HER-2 陽(yáng)性乳腺癌PET 及SPECT 靶向探針研究進(jìn)展

陳旖文 李小鳳 ，2，3 尹國(guó)濤 陳薇 ，2，3*

乳腺癌可分為4 種亞型，其中人表皮生長(zhǎng)因子受體-2（human epidermal growth factor receptor 2，HER-2）陽(yáng)性乳腺癌占乳腺癌總發(fā)病率的20%～30%[1-2]。目前，常采用活檢確定乳腺癌中HER-2 表達(dá)狀態(tài)，但由于乳腺癌具有高度異質(zhì)性，活檢組織、原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶之間的HER-2 表達(dá)水平可能不一致，因此活檢確定HER-2 表達(dá)狀態(tài)可能會(huì)產(chǎn)生誤差。由于HER-2 表達(dá)水平在疾病發(fā)展及治療過(guò)程中不斷發(fā)生變化，故確定HER-2 表達(dá)水平可能需要反復(fù)進(jìn)行活檢。此外，有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明組織活檢可能會(huì)提高乳腺癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移概率[3]。因此，臨床診療過(guò)程中無(wú)創(chuàng)地對(duì)體內(nèi)HER2 表達(dá)狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確地評(píng)估至關(guān)重要。隨著分子探針技術(shù)及分子成像手段的快速發(fā)展和不斷完善，對(duì)HER-2 陽(yáng)性乳腺癌進(jìn)行無(wú)創(chuàng)及特異性成像成為可能。目前，常采用單光子發(fā)射體層成像（SPECT）和正電子發(fā)射體層成像（PET）進(jìn)行乳腺癌的分子成像，不僅能避免檢測(cè)過(guò)程中可能出現(xiàn)的假陽(yáng)性及假陰性結(jié)果，同時(shí)能對(duì)腫瘤準(zhǔn)確分期，評(píng)估腫瘤異質(zhì)性及療效[4]。常用于SPECT 及PET 成像的HER-2 靶向探針包括放射性核素標(biāo)記的抗體、抗體片段、多肽及工程支架蛋白（engineered scaffold proteins，ESPs）等多種類(lèi)型。

1 抗體

1.1 單克隆抗體（monoclonal antibodies，mAbs） 長(zhǎng)半衰期核素的研究促進(jìn)了mAbs 作為分子成像的靶向分子探針的發(fā)展，通過(guò)對(duì)抗體的關(guān)鍵特性進(jìn)行修飾，合成了很多適合靶向成像的分子探針。較為常見(jiàn)的是使用89Zr 標(biāo)記的曲妥珠單抗進(jìn)行PET 成像，能有效檢測(cè)HER-2 陽(yáng)性乳腺癌病灶，即使在原發(fā)病灶及轉(zhuǎn)移病灶存在異質(zhì)性的情況下，仍能識(shí)別HER-2 陽(yáng)性病灶[5]。

雖然放射性核素標(biāo)記的mAbs 成像已經(jīng)應(yīng)用于臨床，但mAbs 的相對(duì)分子質(zhì)量較大，血液清除率及組織吸收速率低（注射藥物后3～5 d 才可進(jìn)行成像），且易于在肝臟、脾及骨髓等正常器官和組織內(nèi)積聚，而獲得影像的腫瘤/本底比值卻并不理想[6]。此外，89Zr 標(biāo)記的曲妥珠單抗在骨骼中的積聚可能會(huì)造成乳腺癌骨轉(zhuǎn)移的假陽(yáng)性診斷[7]。這些缺陷限制了mAbs 探針在臨床的廣泛應(yīng)用。

1.2 功能性抗體片段

1.2.1 抗體Fab 片段 Fab 片段是抗體經(jīng)蛋白酶水解后得到的抗原結(jié)合片段，相對(duì)分子質(zhì)量與完整的抗體相比大大降低，但保留了與抗原結(jié)合的特性，在體內(nèi)血液清除率和腫瘤組織的吸收率增加，在注射后短時(shí)間內(nèi)即可成像[8]。Richter 等[8]采用PASylation 技術(shù)修飾Fab 片段并使用放射性核素89Zr 標(biāo)記，制備的89Zr·Df-HER-2-Fab-PAS200進(jìn)行 PET 顯像，能夠顯示HER-2 陽(yáng)性乳腺癌的原發(fā)病灶及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移病灶，提示放射性核素標(biāo)記的Fab 片段作為HER-2 靶向探針具有可行性，但抗體Fab 片段在成像時(shí)無(wú)法避免被肝臟等正常組織非特異性攝取。

1.2.2 單結(jié)構(gòu)域抗體（single domain antibodies，sd－Abs） sdAbs 是由天然存在于駱駝科免疫球蛋白的重鏈可變區(qū)組成，具有相對(duì)分子質(zhì)量低、HER-2 親和性高等特點(diǎn)[9]。sdAbs 能更快地與腫瘤組織結(jié)合，具有良好的組織穿透性和血液清除率，可使用半衰期較短的放射性核素進(jìn)行標(biāo)記，在注射后1 h 內(nèi)即可獲得高對(duì)比度影像，常用18F、68Ga 及99Tcm標(biāo)記[10]。2Rs15d是在臨床前研究中常用的sdAbs 類(lèi)HER-2 靶向探針。D’Huyvetter 等[11]使用123I 及131I 標(biāo)記 2Rs15d 進(jìn)行 SPECT 成像，2Rs15d 能與 HER-2 陽(yáng)性腫瘤細(xì)胞結(jié)合，且在進(jìn)行靶向藥物治療時(shí)仍可進(jìn)行成像。Keyaerts 等[12]的臨床Ⅰ期試驗(yàn)利用螯合劑p-SCNBn-NOTA 與2Rs15d 結(jié)合，并使用68Ga 標(biāo)記進(jìn)行PET/CT 成像，結(jié)果表明2Rs15d 在人體內(nèi)對(duì)HER-2陽(yáng)性病灶有著較高的親和性，且在注射后90 min 內(nèi)即可成像。

sdAbs 類(lèi)HER-2 靶向探針對(duì) HER-2 親和性強(qiáng)，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但正常組織（如肝臟及腸道）對(duì)其攝取較多，且易在腎臟內(nèi)累積，可能會(huì)對(duì)影像質(zhì)量造成一定影響。

2 多肽類(lèi)分子

多肽類(lèi)分子有較短的生物半衰期、較好的腫瘤組織穿透性和較低的免疫原性，也易于化學(xué)修飾，在使用過(guò)程中親和性較為穩(wěn)定。

有研究者[13-14]制備了新型肽類(lèi)HER-2 靶向分子探針 H6F（YLFFVFER）及 H10F（KLRLEWNR），并合成了99Tcm-Hydrazinonicotinamide（HYNIC）－H6F 及99Tcm-HYNIC-H10F 用于 SPECT 成像，結(jié)果表明H6F 及H10F 對(duì)HER-2 具有較高的特異性及親和性，且這兩種多肽類(lèi)分子探針與HER-2 結(jié)合位點(diǎn)不同于曲妥珠單抗，在使用曲妥珠單抗治療時(shí)仍能準(zhǔn)確評(píng)估腫瘤細(xì)胞的HER-2 表達(dá)水平。Zhang等[15]在HER-2 靶向小分子模擬肽YCFPDEEGACY的基礎(chǔ)上進(jìn)行化學(xué)修飾，合成了G（D）AGG-Aba-YCFPDEEGACY-NH2（TP1623），并使用99Tcm標(biāo)記用于SPECT 成像，驗(yàn)證了TP1623 分子在細(xì)胞及小鼠體內(nèi)均對(duì)HER-2 有較高的親和性，認(rèn)為其有望成為能夠用于臨床的多肽類(lèi)HER-2 靶向探針。

多肽類(lèi)HER-2 靶向分子探針血液清除率高，可以獲得良好對(duì)比度的影像，但仍會(huì)出現(xiàn)腎臟及膀胱的生理性積聚。如何加快藥物代謝并從體內(nèi)清除，從而減少對(duì)腎臟及膀胱周?chē)≡顧z測(cè)的影響依然是個(gè)挑戰(zhàn)。

3 生物工程支架蛋白

3.1 親合體分子 親合體分子最初來(lái)源于葡萄球菌蛋白A 的B 結(jié)構(gòu)域，是具有58 個(gè)氨基酸殘基和三螺旋束結(jié)構(gòu)的ESPs，也是一種具有高親和力的配體[16]。因其相對(duì)分子質(zhì)量比單結(jié)構(gòu)域抗體相對(duì)分子質(zhì)量更低，因而腫瘤細(xì)胞對(duì)其識(shí)別更快、攝取更多，且其在血液中的清除速率也更快，因而易在短時(shí)間內(nèi)獲得更高對(duì)比度的影像[17]。此外，親合體的分子結(jié)構(gòu)較為固定，更易被設(shè)計(jì)及修飾。

因親合體分子的空間折疊不依靠二硫鍵，在進(jìn)行放射核素標(biāo)記時(shí)不受氧化劑和還原劑影響，所以可以使用多種放射性核素標(biāo)記進(jìn)行PET 及SPECT成像，如18F、64Cu、68Ga、111In、125I、177Lu、99Tcm、90Y、188Re及44Sc 等。其中，PET 成像中應(yīng)用較多的短半衰期放射性核素為68Ga 及18F。68Ga 使用68Ge-68Ga 發(fā)生器獲得，相比于需要回旋加速器生成的放射性核素18F，在實(shí)驗(yàn)室及臨床使用中更加經(jīng)濟(jì)[18]。SPECT 成像中最常用的放射性核素是111In。

部分研究使用放射性核素68Ga 標(biāo)記的親合體分子ABY-025 進(jìn)行PET 成像，影像對(duì)比度高，肝臟攝取較低，在早期成像中HER-2 陽(yáng)性病灶檢出率高[19]。ABY-025（ZHER-2:2891）是第 2 代親合體分子，與第1 代親合體分子（ZHER-2:342）比較，具有改良后的支架蛋白，降低了肝臟的非特異性攝取，其對(duì)HER-2受體胞外部分的結(jié)構(gòu)域有很高的親和力，不與抗HER-2 治療的靶向藥物曲妥珠單抗和帕妥珠單抗競(jìng)爭(zhēng)，在靶向藥物治療期間也可進(jìn)行成像[20]。ABY-025 具有較好的熱穩(wěn)定性，分子結(jié)構(gòu)不會(huì)被放射性核素標(biāo)記過(guò)程中的高溫破壞[21]。在此基礎(chǔ)上，部分研究使用68Ga 標(biāo)記ABY-025 分子獲得對(duì)HER-2 具有較高親和力的靶向探針68Ga-DOTA-ZHER-2:2891[22]。雖然親合體分子類(lèi)探針能夠短時(shí)間內(nèi)獲得高對(duì)比度影像，但無(wú)法避免腎臟的放射性藥物濃聚。

3.2 蛋白結(jié)合域衍生的親和蛋白（albumin-binding domain-derived affinity proteins， ADAPTs） 在鏈球菌蛋白G 的蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域分子基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)產(chǎn)生的ADAPTs 相對(duì)分子質(zhì)量較低，其熔點(diǎn)高、水溶性較好，具有熱變性或化學(xué)變性后的高保真重折疊能力[23]。除具有上述優(yōu)勢(shì)外，ADAPTs 減少了與血液中白蛋白的結(jié)合，加快了血液清除率，提高了影像對(duì)比度。

Lindbo 等[24]篩選了 2 種可能應(yīng)用于臨床的ADAPTs 類(lèi) HER-2 靶向探針 DOTA-C59-DEAVDANS -ADAPT6 -GSSC 及 DOTA -C61 －（HE）3DANS-ADAPT6-GSSC，使用111In、68Ga 標(biāo)記分別進(jìn)行SPECT 成像和PET 成像，并對(duì)2 種探針在活體腫瘤組織內(nèi)的吸收情況進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)DOTAC61－（HE）3DANS-ADAPT6-GSSC 在111In 及68Ga 標(biāo)記時(shí)均顯示出對(duì)HER-2 陽(yáng)性腫瘤組織的較高親和性，且使用111In 標(biāo)記比68Ga 標(biāo)記時(shí)具有更高的腫瘤/本底比值，提示ADAPTs 有望成為廣泛應(yīng)用的HER-2 靶向探針。

3.3 預(yù)設(shè)計(jì)錨蛋白重復(fù)蛋白（designed ankyrin repeat proteins，DARPins） DARPins 是含有 4～6 個(gè)重復(fù)部分的工程支架蛋白，每個(gè)重復(fù)部分含有33 個(gè)氨基酸，相對(duì)分子質(zhì)量較親合體分子高[25-26]。DARPins 有多種變體，用于臨床前HER-2 靶向成像的常見(jiàn)變體是DARPin G3，也有研究使用DARPin 9_29 作為HER-2 靶向探針[26]。常用放射性核素124I 及99Tcm標(biāo)記DARPins 進(jìn)行SPECT 成像，部分研究還表明放射性碘標(biāo)記DARPins 的方式及標(biāo)記的位點(diǎn)會(huì)影響DARPins 在活體內(nèi)的生物分布和腫瘤組織對(duì)其的攝取[27]。

4 其他

4.1 酪氨酸激酶抑制劑（tyrosine kinase inhibitor，TKI） 與抗體、抗體片段及部分工程支架蛋白相比，TKI 有著更低的相對(duì)分子質(zhì)量及更高的血液清除速率，且可評(píng)估以TKI 為主要靶點(diǎn)的細(xì)胞內(nèi)酪氨酸激酶的密度及狀態(tài)[28]。

在TKI 類(lèi)HER-2 靶向探針發(fā)展的早期，Gniazdowska 等[29]合成了99Tcm標(biāo)記的拉帕替尼，用于HER-2 陽(yáng)性腫瘤的SPECT 靶向成像，但因拉帕替尼對(duì)人表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）及 HER-2 均具有較高的親和性，因此無(wú)法鑒別HER-2 陽(yáng)性腫瘤和EGFR 表達(dá)陽(yáng)性腫瘤。Tang 等[30]篩選了其中親和性較高的CP724，714分子，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)修飾，用放射性核素125I 和131I標(biāo)記制備的125/131I-IBA-CP 進(jìn)行SPECT 成像，并對(duì)2種探針進(jìn)行了比較，證實(shí)125I-IBA-CP 在體內(nèi)外均具有良好的穩(wěn)定性。說(shuō)明放射性碘化IBA-CP 可作為HER-2 靶向成像的分子探針來(lái)評(píng)估HER-2 的表達(dá)水平。

盡管TKI 作為探針在HER-2 靶向成像中有很多優(yōu)勢(shì)，且在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中對(duì)HER-2 陽(yáng)性病灶的識(shí)別效果良好，但TKI 較高的肝臟非特異性攝取和較慢的血液清除率限制了其在臨床中的應(yīng)用，因此如何在增加其細(xì)胞膜通透性的同時(shí)，減少肝膽排泄及非特異性攝取是制備TKI 探針的關(guān)鍵。

4.2 雙標(biāo)記抗體 雙標(biāo)記抗體探針為HER-2 多模態(tài)成像提供了可能。部分臨床前研究合成了111In-DTPA-trastuzumab-IRDye800CW 用于 SPECT 和熒光雙模態(tài)顯像并進(jìn)行了細(xì)胞及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，證實(shí)該探針對(duì)HER-2 陽(yáng)性腫瘤具有較高的親和性[31]。Deken等[32]則使用111In-DTPA-trastuzumab-IRDye800CW在術(shù)前和術(shù)中分別進(jìn)行SPECT 和熒光成像，對(duì)HER-2 陽(yáng)性腫瘤的邊界進(jìn)行定位，提高了腫瘤的完全切除率。但是，雙標(biāo)記抗體探針仍不能避免抗體類(lèi)探針在肝臟內(nèi)非特異性攝取較高的缺陷[33]。

5 前景及挑戰(zhàn)

用于HER-2 陽(yáng)性乳腺癌SPECT 及PET 成像的多種靶向分子探針在實(shí)驗(yàn)和少數(shù)臨床應(yīng)用中顯示出了良好的效果，但也存在一些不足：①在正常肝臟非特異性攝取較高，可能會(huì)掩蓋轉(zhuǎn)移病灶；②為獲得最佳對(duì)比度影像，仍需大量試驗(yàn)確定放射性示蹤劑的最佳劑量；③缺少與其他靶向分子探針成像效果的比較。因此，HER-2 靶向分子探針能否廣泛應(yīng)用于臨床尚需更多的研究，研發(fā)指導(dǎo)臨床診療的新型HER-2 靶向分子探針具有重要的意義。