李貴平,黃 凱,黃寶丹,齊永帥,池曉華,江 英
(南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,廣東廣州 510515)
肺癌是全球最常見、病死率最高的惡性腫瘤[1],危害巨大,其中非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)占所有肺癌的80%以上[2],隨著人們對(duì)腫瘤生物學(xué)和基因組學(xué)技術(shù)認(rèn)識(shí)的迅速發(fā)展,NSCLC 已被公認(rèn)為一種分子和基因組上復(fù)雜的異質(zhì)性疾?。?]。盡管在早期發(fā)現(xiàn)和治療方面取得了進(jìn)展,但仍有很多患者出現(xiàn)局部晚期或轉(zhuǎn)移性NSCLC,其預(yù)后仍然很差。為了進(jìn)一步提高NSCLC 患者的臨床療效,需要新的靶點(diǎn)和治療策略[3-4]。近年來(lái),以整合素信號(hào)通路為靶點(diǎn)的腫瘤分子顯像和靶向治療的研究初現(xiàn)端倪[3-5]。我校郭琳瑯教授[6]利用組合化學(xué)肽庫(kù)技術(shù)篩選出一種能夠與NSCLC 結(jié)合的小分子肽cNGQGEQc,用不同整合素抗體進(jìn)行抑制實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其與肺癌細(xì)胞的結(jié)合可以被整合素α3β1所阻斷。而在多肽分子結(jié)構(gòu)中連接上放射性核素則可利用射線的電離輻射作用來(lái)增強(qiáng)多肽的腫瘤殺傷效應(yīng),現(xiàn)有的研究資料已證實(shí)放射性標(biāo)記多肽在腫瘤靶向治療中的應(yīng)用價(jià)值[7-8]。而放射性核素188Re 因可同時(shí)發(fā)射適于治療的高能β-射線和用于SPECT 顯像的γ射線而受到關(guān)注,是目前較理想的治療性放射性核素之一[9-10]。為此,本文選擇能與肺腺癌A549 細(xì)胞膜上整合素受體特異結(jié)合的cNGQGEQc 作為靶向載體,以雙半胱氨酸作為188Re 標(biāo)記的雙功能螯合劑,建立188Re 對(duì)小分子肽的間接標(biāo)記方法,在細(xì)胞層面通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)觀察188Re-cNGQGEQc 對(duì)肺腺癌A549 細(xì)胞的增殖抑制作用,為標(biāo)記多肽體內(nèi)靶向治療的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
肺腺癌A549 細(xì)胞株(由中國(guó)科學(xué)院上海生科院細(xì)胞庫(kù)提供),常規(guī)方法進(jìn)行細(xì)胞的凍存、復(fù)蘇、培養(yǎng)和傳代,選用指數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
無(wú)水乙腈、二甲基甲酰胺、三氟乙酸(TFA)、正辛醇、氯化亞錫(SnCl2·2H2O)、抗壞血酸、體積分?jǐn)?shù)2.5 g/L 胰蛋白酶消化液和青鏈霉素雙抗(美國(guó)Sigma-Aldrich 公司);CCK-8 試劑盒(英國(guó)Abcam 公司);RPMI 1640 培養(yǎng)基、胎牛血清(美國(guó)Gibco 公司);伯樂(lè)680 酶標(biāo)儀(美國(guó)伯樂(lè)公司);Sep-Pak C18 柱(美國(guó)Waters 公司);CO2孵箱及細(xì)胞培養(yǎng)超凈工作臺(tái)(美國(guó)賽默飛公司);TLC 薄層掃描儀(美國(guó)Bioscan 公司);GC-911 型放射免疫γ計(jì)數(shù)儀(安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司);CRC-25R 活度計(jì)(美國(guó)CAPINTEC 公司);188W/188Re 發(fā)生器(德國(guó)ITG 公司)。
肺腺癌整合素受體特異性靶向小分子多肽的氨基酸序列為cNGQGEQc,簡(jiǎn)稱為陽(yáng)性多肽;而對(duì)照小分子多肽的氨基酸序列為cNAQAEQc,簡(jiǎn)稱為陰性多肽,由上海楚肽生物科技有限公司合成。
雙半胱氨酸(ethylene dicysteine,EC)與陽(yáng)性多肽偶聯(lián)物的制備:在常規(guī)固相法合成陽(yáng)性多肽cNGQGEQc 的過(guò)程中在其氨基端N 端連接EC,直接完成EC 對(duì)多肽的偶聯(lián),由上海楚肽生物科技有限公司合成;EC-cNGQGEQc 偶聯(lián)物的分子量為1 201.37,合成純度大于95%,符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。陰性多肽cNAQAEQc 與EC 的偶聯(lián)方法同上述陽(yáng)性多肽。
采用EC 作為雙功能螯合劑的間接標(biāo)記法進(jìn)行188Re 標(biāo)記小分子多肽。分別取氨基端連接有EC 的cNGQGEQc 陽(yáng)性多肽和cNAQAEQc 陰性多肽溶液(1~10 g/L,生理鹽水配制)20 μL,依次加入100 μL 的氯化亞錫溶液(10~50 g/L,1 mol/L HCl 新鮮配制,含100 g/L 的抗壞血酸),最后加入從188W/188Re 發(fā)生器中新鮮淋洗的37~111 MBq/100 μL 的Na188ReO4淋洗液,1 mol/L NaOH及1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH 至2.0,然后振蕩混均,充氮?dú)饷芊猓糜?7 ℃溫育箱中孵育反應(yīng)1 h。反應(yīng)結(jié)束后,調(diào)整反應(yīng)混合液pH 至中性,充氮其密封保存。標(biāo)記率的測(cè)定采用紙層析法,具體測(cè)定方法參見文獻(xiàn)[11]。
采用Sep-Pak C18 柱法進(jìn)行188Re 標(biāo)記多肽的分離純化,方法如下:首先在加樣前分別以甲醇、雙蒸水和體積分?jǐn)?shù)為0.1%TFA 各5 mL 依次通過(guò)Sep-Pak C18 柱,使其活化;然后將所制備的標(biāo)記多肽上樣后,將9.5 mL 的體積分?jǐn)?shù)為0.1%TFA 與等體積的60%乙腈依次過(guò)柱進(jìn)行洗脫,每管收集1 mL,測(cè)定每管的放射性計(jì)數(shù);最后收集標(biāo)記物待用。其中0.1%TFA洗脫C18柱上游離的188Re,60%乙腈洗脫液前3 mL 為標(biāo)記物的放射性主峰。然后取10 μL 少許標(biāo)記峰產(chǎn)物作紙層析分析,計(jì)算188Re 標(biāo)記多肽的放化純度。
分別檢測(cè)188Re-cNGQGEQc及188Re-cNAQAEQc在血清中的穩(wěn)定性,測(cè)定方法如下:取10 μL 標(biāo)記多肽,加入至1 mL 正常人新鮮血清中,振蕩混勻,充氮?dú)饷芊夂蠓胖糜?7 ℃水浴箱中孵育,分別于3、6 和24 h 3 個(gè)時(shí)間點(diǎn)取微量樣品樣進(jìn)行紙層析測(cè)定,觀察標(biāo)記多肽的放化純度變化情況,紙層析的方法參考文獻(xiàn)[11]。
188Re標(biāo)記多肽的脂水分配系數(shù)lgP測(cè)定:在EP管內(nèi)分別加入1 mL 正辛醇和1 mL 雙蒸水,同時(shí)取10 μL 標(biāo)記多肽加入EP 管中,振蕩混合10 min,然后使用加樣器分別從EP上層液體(正辛醇)和下層液體(雙蒸水)各抽取100 μL,分別加入試管中測(cè)量放射性計(jì)數(shù)(Cpm)。按下式計(jì)算脂水分配系數(shù):lgP=lg(Cpm正辛醇/Cpm雙蒸水)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次。
采用細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)(cell counting kit-8,CCK-8)法測(cè)定體外培養(yǎng)的肺腺癌A549 細(xì)胞的增殖抑制效應(yīng),具體實(shí)驗(yàn)方法如下:取指數(shù)生長(zhǎng)期的A549 細(xì)胞,以細(xì)胞濃度為6×103個(gè)/100 μL 將細(xì)胞接種于96 孔培養(yǎng)板上,設(shè)置3 個(gè)實(shí)驗(yàn)組,分別為188Re-cNGQGEQc(陽(yáng)性多肽組)、188Re-cNAQAEQc組(陰性多肽組)和188ReO4-組,每組均設(shè)5 個(gè)放射性濃度級(jí)別,分別為3.7×107、18.5×107、37×107、55.5×107和74×107Bq·L-1,每個(gè)濃度設(shè)6 個(gè)平行孔(n=6),分別加入200 μL 上述放射性標(biāo)記物,以只加入細(xì)胞和培養(yǎng)液且未加標(biāo)記物者作為對(duì)照組,以只加入標(biāo)記物和培養(yǎng)液且未加細(xì)胞者設(shè)為空白調(diào)零組,各組于孵育培養(yǎng)24 h 后取出,加入10 μL的CCK-8 試劑繼續(xù)孵育2 h,取出96 孔板,用酶標(biāo)儀檢測(cè)450 nm 波長(zhǎng)吸光度,計(jì)算相對(duì)抑制率和半數(shù)抑制濃度(IC50),比較和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)組3 種放射性標(biāo)記物的體外腫瘤抑制效果。
采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 22.0 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示,已通過(guò)正態(tài)性檢驗(yàn)(K-S 檢驗(yàn)),符合正態(tài)分布,采用Pearson 相關(guān)性分析;多組均數(shù)比較,各組定量資料都呈正態(tài)分布并且方差齊性采用ANOVA 進(jìn)行分析,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義時(shí)采用LSD 法進(jìn)行兩兩比較。方差不齊時(shí)采用Tamhane 方法進(jìn)行兩兩比較。P<0.05 認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
188Re間接法標(biāo)記小分子多肽的優(yōu)化條件如下:多肽含量為20 μg,188ReO4-放射性活度為37 MBq,多肽/氯化亞錫質(zhì)量比為1∶150,氯化亞錫與抗壞血酸的質(zhì)量比為1∶3.3,pH 值為2,37 ℃下反應(yīng)60 min。經(jīng)多次標(biāo)記實(shí)驗(yàn),188Re-cNGQGEQc(陽(yáng)性多肽)的標(biāo)記率為(90.24±1.58)%,188Re-cNAQAEQc(陰性多肽)的標(biāo)記率為(90.17±1.52)%。而經(jīng)Sep-Pak C18 柱分離純化測(cè)得兩者的放化純度分別為(98.42 ± 0.32)%和(98.31 ± 0.22)%。經(jīng)計(jì)算188Re-cNGQGEQc 和188Re-cNAQAEQc 的比活度分別為(4.07±0.14)TBq/(mmol/L)和(4.03±0.07)TBq/(mmol/L)。
將標(biāo)記多肽加入正常人血清中,放置于37 ℃水浴中孵育3、6 和24 h,紙層析法測(cè)得188RecNGQGEQc 的放化純度分別為(95.91±0.40)%、(92.44±0.61)%和(89.08±0.94)%;而188Re-cNAQA?EQc 的放化純度分別為(95.08±0.53)%、(91.94±0.54)%和(87.36±0.52)%。體外穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果表明,188Re 標(biāo)記多肽在37 ℃下正常人血清中放置24 h 其放化純度仍大于85%,提示標(biāo)記多肽體外較穩(wěn)定。
188Re-cNGQGEQc和188Re-cNAQAEQc的脂水分配系數(shù)lgP值分別為(-2.90±0.03)和(-2.73±0.03),表明兩種188Re標(biāo)記多肽均具有良好的水溶性。
CCK-8 法檢測(cè)188Re-cNGQGEQc、188Re-cNAQ?AEQc 和188ReO4-對(duì)肺腺癌A549 細(xì)胞的增殖抑制作用,雙因素方差分析結(jié)果顯示:三組之間的相對(duì)抑制率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=12.825,P<0.01);5 種放射性劑量之間的相對(duì)抑制率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=40.266,P<0.01)。組間兩兩比較顯示:在相同放射性劑量下,除放射性劑量為3.7×107Bq/L外,188Re-cNGQGEQc組的抑制作用明顯強(qiáng)于188RecNAQAEQc組(P<0.05)和188ReO4-組(P<0.05;表1),而且188Re-cNGQGEQc 對(duì)肺腺癌A549 細(xì)胞的增殖抑制作用與放射劑量呈明顯正相關(guān)(r=0.981,P<0.01)。
188Re-cNGQGEQc組的IC50值為44.88×107Bq/L,明顯低于188Re-cNAQAEQc組(P<0.01)和188ReO4-組(P<0.01),后者的IC50值分別為93.45×107Bq/L 和99.60×107 Bq/L;而188Re-cNAQAEQc 組和188ReO4-組的IC50值差異無(wú)顯著(P>0.05)。提示188Re-cNG?QGEQc 具有特異性抑制肺腺癌A549 細(xì)胞增殖的作用。
整合素在介導(dǎo)細(xì)胞間的粘附、增殖分化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、腫瘤發(fā)生、腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移等方面發(fā)揮了重要作用[12]。整合素的過(guò)度表達(dá)在包括NSCLC在內(nèi)的許多癌癥類型中都有報(bào)道,是目前主要的抗癌藥物靶點(diǎn)[4,12-13]。目前用于腫瘤治療的整合素受體靶點(diǎn)主要有αvβ3、α4β1 和α3β1 等[12-15],使用“一珠一肽鏈”的組合化學(xué)肽庫(kù)技術(shù)發(fā)現(xiàn)在各種癌癥中過(guò)度表達(dá)的整合素(α4β1、α3β1 和αvβ3)的配體,并作為運(yùn)送其他藥物或納米藥物的載體治療腫瘤[12,16]。α3β1 整合素在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、卵巢癌、乳腺癌、肺癌和黑色素瘤等多種癌癥中均過(guò)度表達(dá),并與預(yù)后不良、腫瘤發(fā)生、腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移和對(duì)癌癥治療的抵抗有關(guān)。因此,α3β1 整合素被認(rèn)為是一種有前途的腫瘤特異性生物標(biāo)志物和藥理靶點(diǎn)[4]。多肽受體放射性核素治療(peptide recep?tor radionuclide therapy,PRRT)是一種非常有效的抗癌治療方式,正成為核素靶向治療腫瘤研究的熱點(diǎn)[7-8,17-18],PRRT 具有精準(zhǔn)靶向,療效確切,毒副作用小等特點(diǎn),尤其適用于無(wú)法手術(shù)切除的神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤(NETs)。在前期使用“一珠一肽鏈”的組合化學(xué)肽庫(kù)技術(shù)成功地識(shí)別并表征了一種與肺腺癌整合素受體發(fā)生特異性結(jié)合的小分子肽cNGQGEQc,并進(jìn)一步證實(shí)其可與肺癌細(xì)胞表面的整合素α3β1 結(jié)合。考慮到目前尚無(wú)針對(duì)α3β1整合素的腫瘤治療方法,本文作者進(jìn)一步利用放射性核素99mTc 和131I 標(biāo)記小分子肽cNGQGEQc,并進(jìn)行動(dòng)物SPECT 顯像研究,以及131I-cNGQGEQc 對(duì)肺腺癌NCI-H1975 荷瘤裸鼠的靶向放射治療試驗(yàn),并獲得較滿意的效果[19-20]。為此,本研究選擇目前較理想的放射性核素188Re,采用EC 作為雙功能螯合劑的間接標(biāo)記法對(duì)小分子多肽進(jìn)行放射性標(biāo)記,探索和建立188Re 標(biāo)記多肽的方法學(xué),并確定最佳標(biāo)記條件。
表1 CCK-8 測(cè)定各組不同放射性濃度下對(duì)體外培養(yǎng)A549 細(xì)胞增殖的抑制率Table 1 Inhibitory rate of188Re label of different radioactivity on the proliferation of A549 cells measured by CCK-8 assay[,(%)]
表1 CCK-8 測(cè)定各組不同放射性濃度下對(duì)體外培養(yǎng)A549 細(xì)胞增殖的抑制率Table 1 Inhibitory rate of188Re label of different radioactivity on the proliferation of A549 cells measured by CCK-8 assay[,(%)]
The difference of relative inhibition rate between the three groups was statistically significant(F=12.825,P<0.01)and the difference of relative inhibition rate among the five radioactive doses was statistically significant(F=40.266,P<0.01).1)P<0.05,compared with188ReO4-,n=6;2)P<0.05,compared with188Re-cNAQAEQc,n=6;3)P<0.05,compared with188ReO4-.
188Re 和99mTc 同屬于元素周期表Ⅶ族元素,具有類似的化學(xué)性質(zhì),標(biāo)記時(shí)需要借助還原劑如SnCl2·2H2O 將188Re 從高價(jià)態(tài)(+7)還原至低價(jià)態(tài)(+2 或+4),方可與多種配體和雙功能螯合劑結(jié)構(gòu)中的分子基團(tuán)絡(luò)合形成穩(wěn)定的配合物。盡管如此,用于99mTc 標(biāo)記的雙功能螯合劑(DTPA、HYNIC和MAG3等)并不適合于188Re 的標(biāo)記。而三羰基化合物因能夠與188Re 穩(wěn)定的螯合得到高產(chǎn)率的三羰基錸離子[(188Re(OH2)3(CO)3)+]而令人矚目[21],但其缺點(diǎn)是需預(yù)先制備三羰基錸離子,然后再將三羰基錸螯合物偶聯(lián)至多肽分子中,標(biāo)記條件復(fù)雜繁瑣,需要多步反應(yīng)方可完成188Re 的標(biāo)記,而且在標(biāo)記過(guò)程中需要使用對(duì)人體有害的氣體CO并不斷地充入硼氨酸(NH3BH3)的密封小瓶中,因此無(wú)法實(shí)施簡(jiǎn)單易行的一步法188Re 標(biāo)記試劑盒的制備[21-22]。在本文研究中,選擇雙半胱氨酸(EC)作為雙功能螯合劑,在小分子多肽cNGQGEQc 固相合成中通過(guò)共價(jià)鍵完成EC 與多肽氨基端的偶聯(lián)以及188Re 的一步法標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在多肽含量為20 μg,188ReO4-放射性活度為37 MBq,以SnCl2·2H2O 為還原劑,抗壞血酸為穩(wěn)定劑,多肽/SnCl2·2H2O 質(zhì)量比為1∶150,SnCl2·2H2O 與抗壞血酸的質(zhì)量比為1∶3.3,pH 值為2,37 ℃溫育反應(yīng)60 min,即可達(dá)到90%的標(biāo)記率,說(shuō)明188Re 能夠有效地螯合在EC的N2S2分子環(huán)中。188Re-cNGQGEQc經(jīng)C18 柱純化后,放化純度可達(dá)98%以上,其脂水分配系數(shù)為-2.90±0.03,表明具有較好的親水性,在37 ℃正常人血清中孵育24 h 放化純度仍大于85%,提示具有較好的體外穩(wěn)定性,能夠滿足放射性藥物的基本要求。
188Re 因其理想的核物理性能[T1/2=16.9 h,Eβmax=2.12 MeV,Eγ=155 KeV(15%)]以及很方便地按需通過(guò)188W/188Re 發(fā)生器淋洗獲得高比活度的188Re 而特別引人注目[23]。188Re 可同時(shí)發(fā)射β-和γ兩種射線,β-射線的平均能量784 keV,最大組織穿透力約11 mm,足以穿透和破壞靶向的腫瘤組織,同時(shí)避免對(duì)鄰近正常組織造成不必要的輻射損傷;而188Re 還可同時(shí)發(fā)射出能量為155 keV的γ射線,適用于體外SPECT 顯像以觀察藥物在體內(nèi)的生物分布、監(jiān)測(cè)治療效果和評(píng)估輻射吸收劑量。在成功地利用EC 作為雙功能螯合劑、SnCl2·2H2O 作為還原劑以及抗壞血酸作為穩(wěn)定劑建立了標(biāo)記率高且穩(wěn)定性良好的188Re-cNGQGEQ 標(biāo)記方法的基礎(chǔ)上,本實(shí)驗(yàn)從細(xì)胞層面采用CCK-8 法觀察188Re-cNGQGEQc 對(duì)體外培養(yǎng)的肺腺癌A549細(xì)胞增殖抑制作用,結(jié)果顯示188Re-cNGQGEQc(陽(yáng)性多肽)對(duì)肺腺癌A549 細(xì)胞的增殖具有顯著的抑制作用,且與放射劑量呈明顯正相關(guān);其中188Re-cNGQGEQc 的抑制作用在相同放射性劑量下,除低濃度的放射性劑量(3.7×107Bq·L-1)外,均明顯強(qiáng)于188Re-cNAQAEQc 和188ReO4-,而188RecNAQAEQc 和188ReO4-的抑制作用除放射性劑量為37×107Bq·L-1和55.5×107Bq·L-1外均無(wú)顯著差異。188Re-cNGQGEQc 的半數(shù)有效抑制濃度(IC50)為44.88×107Bq·L-1,明顯低于188Re-cNAQAEQc 的93.45×107Bq·L-1和188ReO4-的99.60×107Bq·L-1。我們的研究結(jié)果提示188Re-cNGQGEQc具有特異性殺傷A549細(xì)胞株的作用。小分子多肽cNGQGEQc通過(guò)與A549 細(xì)胞膜上的整合素α3β1 受體特異性結(jié)合而將攜帶的188Re 固定至腫瘤細(xì)胞膜上,通過(guò)這種特異性結(jié)合機(jī)制延長(zhǎng)標(biāo)記多肽的輻射殺傷作用時(shí)間以及利用β-射線的“交叉火力”作用殺傷鄰近未結(jié)合標(biāo)記多肽的A549 細(xì)胞,從而增強(qiáng)了188Re-cNGQGEQc 殺傷A549細(xì)胞的輻射生物效應(yīng);而陰性多肽(188Re-cNAQAEQc)及188ReO4-兩者均不能與A549 細(xì)胞發(fā)生特異性結(jié)合,在加入培養(yǎng)板孔中培養(yǎng)以及吸取藥物浸洗后,其輻射殺傷作用也隨之中止,因而對(duì)A549 細(xì)胞的殺滅作用較弱。本研究不足之處僅從體外細(xì)胞層面評(píng)價(jià)188Re-cNGQGEQc 殺傷腫瘤細(xì)胞作用,后續(xù)將在荷瘤裸鼠動(dòng)物模型上評(píng)價(jià)標(biāo)記多肽對(duì)移植腫瘤的特異性靶向定位和放射治療效果。
綜上所述,本文利用EC 作為雙功能螯合劑建立了標(biāo)記率高、放化純度高、穩(wěn)定性良好的188Re 標(biāo)記小分子多肽的間接標(biāo)記法,并且188RecNGQGEQc 可有效地抑制體外培養(yǎng)的A549 細(xì)胞的增殖,本文研究結(jié)果為進(jìn)一步開展基于整合素α3β1 為靶點(diǎn)的NSCLC 的PRRT 治療應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。