功能化PSMA在前列腺癌核素靶向治療中的研究進(jìn)展

任亞楠，劉特立，李大鵬，李慧，丁縉，朱華，楊志

0 引言

前列腺癌（prostate cancer,PCa）是男性最常見的癌癥之一，其發(fā)生位置隱匿，早期缺乏特異性，多涉及骨或淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移[1]。前列腺特異性膜抗原（prostate specific membrane antigen,PSMA）是前列腺癌診療的重要靶點(diǎn)。靶向PSMA放射性核素標(biāo)記的脲基衍生物在前列腺癌中的臨床研究進(jìn)展迅速。其中177Lu-PSMA-617是PSMA放射性配體治療（PSMA radioligand therapy,PRLT）中最常用的配體，在轉(zhuǎn)移性去勢(shì)抵抗性前列腺癌（metastatic castration-resistant prostate cancer,mCRPC）病變中有特異性的濃聚，同時(shí)，在腎臟、淚腺、唾液腺和近端小腸中也有不同程度的高攝取[2-3]。作為小分子化合物，PSMA-617在血液中代謝半衰期較短，靶器官攝取受限，有效劑量較低導(dǎo)致需要使用高劑量或更頻繁的治療，增加了不良反應(yīng)的可能性。

為提高核素使用效率，延長(zhǎng)PSMA靶向分子的體內(nèi)代謝時(shí)間，對(duì)PSMA分子探針進(jìn)行功能化修飾引起了大量的關(guān)注。一種延緩藥物清除速度的化學(xué)修飾是添加聚乙二醇（polyethylene glycol,PEG）[4]，可以獲得更高的腫瘤攝取；隨著可逆性白蛋白結(jié)合劑伊文思藍(lán)（Evans blue,EB）和4-(p-碘苯基)丁酸衍生物被用于修飾藥代動(dòng)力學(xué)，以提高治療效果，功能化PSMA探針在前列腺癌放射性靶向治療的研究也取得了系列進(jìn)展[5]。功能化PSMA探針經(jīng)治療性放射性核素標(biāo)記后不僅改善了PSMA小分子抑制劑在腫瘤體內(nèi)的代謝行為，而且有望通過減少患者的治療次數(shù)和降低注射劑量提高腫瘤抑制效率，降低腎臟、肝臟或骨髓毒性，以安全高效的提高前列腺癌，尤其是mCRPC患者的治療療效。本文針對(duì)近年來幾種修飾分子（化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示）功能化PSMA分子探針在前列腺癌核素靶向治療中顯著進(jìn)展，特別注重其中的臨床轉(zhuǎn)化結(jié)果，進(jìn)行綜述，以期會(huì)有更多功能化PSMA分子探針步入臨床研究，以精準(zhǔn)、高效地為前列腺癌及其他腫瘤患者提供治療。

1 基于伊文思藍(lán)（EB）功能化PSMA用于前列腺癌診療及臨床轉(zhuǎn)化

1.1 EB與白蛋白作用機(jī)制

結(jié)合位點(diǎn)1是白蛋白在血液循環(huán)中攜帶和傳遞小分子的重要口袋。與該位點(diǎn)結(jié)合的分子通常在中間含有親脂芳香結(jié)構(gòu)，并被負(fù)電荷球形包圍[6]。EB是一種具有該芳香結(jié)構(gòu)的偶氮染料，它與白蛋白的結(jié)合位點(diǎn)1具有很高的親和力（Kd=2.5 μM），見圖1A[6]。是許多生理和臨床研究的重要工具，并作為一種測(cè)定患者血漿容量的方法在臨床實(shí)踐中使用，也被用于觀察血腦屏障（blood-brain barrier,BBB）的完整性[7]。截?cái)郋B可以實(shí)現(xiàn)功能化，如68Ga-NEB用于正電子發(fā)射斷層顯像（positron emission tomography,PET），藥代動(dòng)力學(xué)和成像質(zhì)量顯著提高，具有鑒別肝血管瘤與其他肝良性或惡性局灶性病變的潛力[8]；64Cu/90Y放射標(biāo)記的NMEB-RGD和DMEB-RGD PET成像顯示血液循環(huán)半衰期明顯延長(zhǎng)和腫瘤攝取增加[9]。這些研究表明，優(yōu)化的EB衍生物能顯著改善藥物在體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)特性，為分子探針靶向治療癌癥提供了良好的應(yīng)用前景。

1.2 EB-PSMA的臨床前研究

MCG（（（（R）-1-carboxy-2-mcercaptoethyl）carbamoyl）-L-glutamic acid）是一種與PSMA非常相似的酶，基于這種相似性，Wang等[10]將tEB（truncated Evans Blue）與螯合劑DOTA（1,4,7,10-tetraazacyclododecane-N,N,N,N-tetraacetic acid）結(jié)合到MCG上，用86Y進(jìn)行放射性標(biāo)記得到86Y-DOTA-EB-MCG，其PET顯像具有明顯的腫瘤攝取。注入7.4 MBq的90Y-DOTA-EB-MCG能顯著降低PSMA陽性異種移植瘤的生長(zhǎng)，但也存在較高的腎臟攝取。

隨后，該研究組將PSMA-617共價(jià)連接到該種EB衍生物上制得EB-PSMA-617。EB-PSMA-617在腫瘤細(xì)胞中具有更好的內(nèi)化作用和滯留效果。單次注射1.85 MBq的90Y-或3.7 MBq的177Lu-EB-PSMA-617就足以根除小鼠中PMSA陽性腫瘤。重要的是，EB修飾將血液半衰期延長(zhǎng)至數(shù)小時(shí)，病理和血液分析均未觀察到腎臟、肝臟或骨髓毒性，顯示出其安全高效的治療前列腺癌潛力[11]。

1.3 EB-PSMA的臨床轉(zhuǎn)化

EB功能化PSMA分子探針的研究還在不斷探索和優(yōu)化中，其在臨床中的研究也在推進(jìn)。Zang等[12]就對(duì)mCRPC患者使用單次低劑量177Lu-EBPSMA-617的安全性、劑量測(cè)定和治療反應(yīng)進(jìn)行了臨床研究。選取SUVmax基線值在10.0～15.0之間的骨轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行對(duì)比，177Lu-EB-PSMA-617在mCRPC患者中的放射積累約為177Lu-PSMA-617的3.02倍，單次低劑量給藥對(duì)mCRPC患者具有一定的治療效果。低劑量給藥時(shí)，177Lu-EB-PSMA-617在紅骨髓和腎臟中吸收升高但耐受較好。雖然該研究存在樣本量少和觀察時(shí)間短的不足，但它為進(jìn)一步研究mCRPC患者治療劑量調(diào)整奠定了基礎(chǔ)，也為彌漫性骨髓受累患者的研究提供了實(shí)質(zhì)性的建議。

EB及其衍生物技術(shù)用于優(yōu)化PSMA分子探針在前列腺癌中的應(yīng)用取得了階段性的進(jìn)步，更多易于合成、正常器官耐受良好的靶向PSMA分子探針有待開發(fā)。一種理想的二價(jià)伊文思藍(lán)衍生物，即N(tEB)2，可以顯著延長(zhǎng)載體和水溶性藥物的循環(huán)半衰期，同時(shí)保持EB染料的高親和力以及保護(hù)藥物在循環(huán)過程中不被酶降解。這可能為白蛋白結(jié)合分子（Albumin binding moieties,ABMs）與代謝不穩(wěn)定化合物的結(jié)合打開了大門。而且N(tEB)2也表現(xiàn)出在腫瘤組織中積累的傾向，為腫瘤靶向藥物/放射性核素治療提供了潛在的應(yīng)用[13]。相信N(tEB)2和更多其他靶向PSMA配體用于前列腺癌及其他癌癥生物系統(tǒng)的研究也會(huì)陸續(xù)報(bào)道。

2 基于4-（p-碘苯基）丁酸功能化PSMA用于前列腺癌的診療研究

2.1 4-（p-碘苯基）丁酸與白蛋白作用機(jī)制

在白蛋白中，與位點(diǎn)2結(jié)合的大多數(shù)是親脂羧酸衍生物。4-（p-碘苯基）丁酸是由Neri團(tuán)隊(duì)[14]從DNA編碼的化學(xué)文庫(kù)中首次發(fā)現(xiàn)并鑒定的，它們與白蛋白結(jié)合位點(diǎn)2具有穩(wěn)定的非共價(jià)相互作用，其基本結(jié)構(gòu)為4-苯基丁酸基，苯環(huán)上有不同的疏水取代基，見圖1B。該研究采用其中一種衍生物作為白蛋白結(jié)合劑證明可將藥物制劑的體內(nèi)循環(huán)半衰期提高100倍以上。所以其在白蛋白結(jié)合劑，特別是血液循環(huán)半衰期長(zhǎng)的前藥的產(chǎn)生，治療性蛋白和多肽的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的改善，以及血池造影劑中的應(yīng)用具有巨大的潛力。

2.2 4-（p-碘苯基）丁酸-PSMA的臨床前研究

Kelly等[15]報(bào)道了第一類以PSMA為靶點(diǎn)的4-（p-碘苯基）丁酸白蛋白結(jié)合基序共軛谷氨酸脲基衍生物131I-RPS-027。在前列腺癌的臨床前研究中，131I-RPS-027顯示對(duì)PSMA和白蛋白的雙重靶向性，具有腫瘤攝取高、腎臟吸收低等良好的生物分布結(jié)果。

由于RPS-027無法獨(dú)立修飾PSMA和白蛋白結(jié)合以及I-131應(yīng)用于治療的局限性，Kelly等[16]又開發(fā)出一種177Lu標(biāo)記的含谷氨酸脲基、4-碘苯基和聚乙二醇（PEGn）（n=0、3、4、6、8或12）連接螯合劑DOTA的三功能配合物。與177Lu-PSMA-617相比，這種配合物具有更高的腫瘤攝取，其中177Lu-RPS-063（PEG3）攝取值最高（注射后4 h達(dá)30.0±6.9% ID/g），但也預(yù)示著向腫瘤提供的劑量將更大（高達(dá)4倍）。

另外，4-（p-碘苯基）-丁酸修飾的基于氨基磷酸脂PSMA抑制劑的CTT1403中白蛋白結(jié)合部分為PSMA抑制劑支架提供了明顯的優(yōu)勢(shì)，包括增加循環(huán)半衰期和前列腺腫瘤攝取。在PSMA陽性人腫瘤異種移植物模型中具有優(yōu)越的治療效果，表現(xiàn)為腫瘤生長(zhǎng)前3周內(nèi)體積減少90%～95%，中位生存期超過120天[17]。

然而，CTT1403所使用的基于氨基磷酸脂的PSMA結(jié)合物穩(wěn)定性有限，177Lu需要采用多步驟標(biāo)記方法，為臨床應(yīng)用帶來一定的難度。177Lu-PSMA-ALB-02作為一種新的無需進(jìn)一步純化即可直接使用的PSMA配合物，與177Lu-CTT1403相比具有更明顯的免疫特性，即在相同時(shí)間內(nèi)具有更低的血液活性和更快的血液清除速率；與177Lu-PSMA-617相比，血液循環(huán)延長(zhǎng)使腫瘤攝取顯著增加。根據(jù)藥-時(shí)曲線下面積（area under curve，AUC）計(jì)算，腫瘤平均吸收劑量約增加一倍[18]，可降低給藥頻率，有助于提高患者生活質(zhì)量。而且制備活性較低的放射性配體可能有利于防止化合物的輻射降解，從而提高這類新型放射性配體的保質(zhì)期。

3 PEG及其他修飾方法

3.1 PEG修飾原理

聚乙二醇（PEG）是經(jīng)美國(guó)FDA（Food and Drug Administration）批準(zhǔn)的極少數(shù)能作為體內(nèi)注射藥用的合成聚合物之一，見圖1C。PEG具有高度的親水性，當(dāng)偶聯(lián)到藥物分子或藥物表面時(shí)，可以將其優(yōu)良性質(zhì)賦予修飾后的藥物分子，改變它們?cè)谒芤褐械纳锓峙湫袨楹腿芙庑裕谛揎椀乃幬镏車a(chǎn)生空間屏障，減少藥物的酶解，避免在腎臟的代謝中很快消除，并使藥物能被免疫系統(tǒng)的細(xì)胞識(shí)別。

3.2 PEG修飾增加血液清除

前已述及，經(jīng)PEG修飾的三功能配合物具有更高的腫瘤攝取。當(dāng)改變RPS-063中的白蛋白結(jié)合基團(tuán)并插入PEG8時(shí)，延長(zhǎng)的PEG連接劑巧妙地增加了血液和腎臟清除，并且不會(huì)影響腫瘤的吸收或滯留[19]。

基于PEG修飾、68Ga標(biāo)記的用于前列腺癌靶向成像的小分子藥物NO3A-DM1-Lys-Urea-Glu的小動(dòng)物PET顯像顯示，注射后1小時(shí)，PSMA陽性PC3-PIP腫瘤的攝取值（4.30±0.20% ID/g）明顯高于PSMA陰性PC3-Flu腫瘤（1.12±0.42% ID/g）的攝取值[20]。

另外，也有報(bào)道PEG修飾脂質(zhì)體功能化PSMA的應(yīng)用。一種以阿霉素為載體，用99mTc放射性核素標(biāo)記的由PSMA配體（PSMAL）、聚乙二醇（PEG2000）和棕櫚酸酯組成的脂聚合物（P3）顯示在PSMA陽性人前列腺癌細(xì)胞（LNCaP）中的攝取顯著增加，IC50值降低了約5倍，而對(duì)PSMA陰性PC3細(xì)胞的毒性較小。這說明具有PSMA結(jié)合基序（如PSMAL）的脂質(zhì)體的表面功能化，可以為PSMA陽性前列腺癌的診療提供可行的方法[21]。

圖1 用于功能化修飾PSMA分子探針的分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)Figure 1 Chemical structures of modifying molecules to functionalize the PSMA molecular probes

3.3 其他修飾方法

近年來，雙特異性肽的應(yīng)用，即低分子量異質(zhì)二聚體，已成為一種很有前景的增強(qiáng)腫瘤靶向的新方法。Liolios等[22]制備了同時(shí)靶向在前列腺癌細(xì)胞中表達(dá)的PSMA和胃泌素釋放肽受體（gastrin releasing peptide receptor，GRPr）的雙特異性放射性配體68Ga-HEn（n=0-3），在PSMA陽性LNCaP腫瘤和GRPr陽性PC-3腫瘤中表現(xiàn)出協(xié)同作用，極大提高了前列腺癌檢測(cè)的敏感度；由帶正電荷的組氨酸（H）和帶負(fù)電荷的谷氨酸（E）組成的-（HE）n-（n=1-3）鏈接物，見圖1D，顯著降低了腎和脾臟的攝取?？傊@些新型低分子量異質(zhì)二聚體具有更好的藥代動(dòng)力學(xué)，可能作為雙靶向性示蹤劑，通過PET/CT和PET/MRI對(duì)前列腺癌各分期進(jìn)行無創(chuàng)成像，在臨床中得到應(yīng)用。

Frei等[23]使用多功能環(huán)戊二烯（cyclopentadiene,Cp）配體作為金屬配位體和兩個(gè)Lys-urea-Glu（LuG）PSMA配體的鏈接劑，制成了一類新的結(jié)合親和力可與臨床評(píng)價(jià)的化合物相媲美的雙功能Cp-Re（I）/99mTc（I）復(fù)合物，見圖1E，有望將其擴(kuò)展到結(jié)合靶向性和治療性兩方面的具有Re/99mTc的診療一體化系統(tǒng)。

4 總結(jié)及展望

白蛋白結(jié)合劑伊文思藍(lán)、4-（p-碘苯基）丁酸衍生物以及聚合物PEG等修飾PSMA配體的放射性標(biāo)記及分子探針的開展，使PSMA抑制劑在前列腺癌中的藥代動(dòng)力學(xué)得到巨大的改善（如延長(zhǎng)血液循環(huán)半衰期、增加前列腺腫瘤攝取、降低腎臟攝取等），為前列腺癌的核素靶向治療帶來更多、更精準(zhǔn)的信息，有效降低治療核素使用劑量，減少器官毒性，有望使前列腺癌的臨床治療效果得到提升。初步的臨床經(jīng)驗(yàn)表明，177Lu-EBPSMA-617治療通常耐受良好，腫瘤攝取高，有必要進(jìn)一步開展大范圍的臨床研究。

總之，科學(xué)的不斷進(jìn)步推動(dòng)著醫(yī)學(xué)診療手段的不斷革新，靶向PSMA分子探針的開發(fā)也會(huì)繼續(xù)朝著高敏感度、高特異性及低成本的目標(biāo)邁進(jìn)。放射性核素標(biāo)記的功能化PSMA探針也將為非前列腺腫瘤患者帶來新的治療希望。