多肽探針在腫瘤成像中的研究進展

郭玲 綜述 蘇亞娟 審校

據統(tǒng)計，2020年全球腫瘤新增發(fā)病人數約1 930萬，死亡人數1 000萬[1]，嚴重威脅著人類的生命健康。腫瘤的早期診斷是提高治愈率的關鍵，而腫瘤的大小、浸潤程度、轉移部位都離不開成像診斷。成像診斷不僅具有可重復性和無創(chuàng)傷性等眾多優(yōu)點，還為疾病的診斷和治療提供了精準化信息[2]。近年來，多肽已成功應用于腫瘤防治的多個方面，如肽疫苗、藥物遞送和作為新型治療藥物等[3-4]。在腫瘤診斷和治療探針方面，與癌細胞表面特異性受體結合的多肽也得到了廣泛開發(fā)[5]。因此，我們總結了多肽在成像中的優(yōu)勢、修飾方法以及一些能與腫瘤相關受體特異性結合的多肽探針，并討論了它們在腫瘤診斷或治療中的潛力。

1 多肽探針在腫瘤成像中的優(yōu)勢

適合臨床使用的成像探針應滿足一定的要求，如具有良好的靶向性、足夠長的半衰期、在體內穩(wěn)定、無毒副作用、清除能力強等。作為診斷系統(tǒng)的工具，多肽、抗體和小分子等都可以作為特異性分子探針，在這些候選物中抗體的親和力和特異性最強，但近年來多肽在腫瘤成像中的應用和開發(fā)遠遠多于單克隆抗體[6]。多肽與單克隆抗體相比具有幾個優(yōu)勢：(1)多肽分子量小，可以被迅速攝取并保留在靶組織中，同時大部分經腎臟排泄并有快速的血漿清除；(2)易于合成，表現(xiàn)出低免疫原性；(3)多肽不受單克隆抗體兩個主要限制的影響：腫瘤體積大導致遞送不佳和網狀內皮系統(tǒng)非特異性攝取導致的全身毒性[7]。此外，多肽可通過固相肽合成方法(SPPS)進行定制，并且獲得的肽鏈還可以被功能化，如利用氨基酸的側鏈官能團偶聯(lián)螯合劑用于特異性靶向。

2 多肽探針在腫瘤成像中的修飾策略

盡管多肽探針對腫瘤細胞表現(xiàn)出特異性靶向能力和理想的藥代動力學，但很少直接用于體內成像，這是因為天然的多肽在體內容易被蛋白酶降解，具有不穩(wěn)定性等。因此，為了使多肽探針具有更高的腫瘤顯像效果，如高穩(wěn)定性、高親和性和更好的藥代動力學效應，就必須對多肽進行化學修飾[8]，如：(1)氨基酸的替換：體內肽酶只識別L型氨基酸，通過替換某幾個氨基酸或引入D型氨基酸可以提高多肽探針在體內的半衰期，增強穩(wěn)定性[9]；(2)環(huán)化：除了引入非天然氨基酸增強穩(wěn)定性，還可以通過在兩個半胱氨酸之間形成二硫鍵，得到環(huán)肽，防止蛋白酶的水解[10]；(3)多聚化：可以是同源多聚化也可以是異源多聚化，將單體偶聯(lián)形成二聚體、四聚體、八聚體等，從而提高靶標親和力[11]。這些修飾策略也通常是其臨床應用轉化所必需的。

3 基于多肽探針的腫瘤成像

3.1 基于RGD肽探針的腫瘤成像

整合素家族在腫瘤血管生成過程中發(fā)揮重要作用，它介導的細胞黏附和信號傳導的失調是許多疾病的發(fā)病基礎[12]。avβ3作為整合素家族的代表，在正常血管中低表達而在包括肺癌、乳腺癌、骨肉瘤、黑色素瘤和神經母細胞瘤等實體瘤中過表達[11]，是成像的主要靶點。RGD(Arg-Gly-Asp)肽識別腫瘤血管內皮細胞高表達的V5和V3整合素，并與之特異性結合。據報道，一些基于RGD肽的顯像劑已成功應用到臨床中。18F-Galacto-RGD是首個用于臨床患者的顯像劑，由環(huán)肽c(RGDfK)與糖氨基酸偶聯(lián)設計而成，其加入糖氨基酸后降低了親脂性和肝臟攝取，同時對avβ3陽性腫瘤顯示出受體特異性蓄積[13]。Beer等[14]在惡性黑色素瘤、肉瘤和骨轉移患者中評價了該顯像劑，發(fā)現(xiàn)具有良好的耐受性及體內分布，注射60 min后獲得最佳的腫瘤/背景對比。研究發(fā)現(xiàn)，18F-Galacto-RGD在原發(fā)性乳腺癌檢測中表現(xiàn)良好(SUV：1.4～8.7)，但在淋巴結分期或遠處轉移中未顯示足夠的靈敏度[15]。此外，在非小細胞肺癌、直腸癌和腎細胞癌中比較18F-FDG和18F-Galacto-RGD探針對原發(fā)灶與轉移灶的檢測靈敏度時，也發(fā)現(xiàn)18F-Galacto-RGD不足以用于臨床常規(guī)的N或M分期[16]。然而，值得注意的是，對18F-FDG攝取低或中等的腫瘤(如前列腺癌或類癌)，靶向avβ3整合素表達成像的18F-Galacto-RGD在病灶識別和腫瘤分期方面可能比18F-FDG產生更好的結果。此外，RGD肽不會在正常大腦中蓄積，因此從膠質瘤檢測的高靈敏度和特異性角度出發(fā)，基于RGD肽的顯像劑無疑是更好的選擇[17]。

為了進一步提高RGD肽配體的結合親和力和腫瘤攝取引入了多聚體形式。目前RGD二聚體是最成功的，18F-FPPRGD2是食品藥品監(jiān)督管理局批準的第一種二聚體RGD，Minamimoto等[18]研究發(fā)現(xiàn)其高分布在膀胱和腎臟，在腦部與18F-FDG相比具有更高的腫瘤/背景比(13.4±8.5vs.1.1±0.5)。此外，在8例乳腺癌患者中18F-FPPRGD2檢測顯示出原發(fā)病灶和轉移灶攝取，并表現(xiàn)出特異性，同時與PET圖像上觀察到18F-FDG檢測的3個假陽性結果(1個炎性肺結節(jié)，1個炎性腋窩淋巴結和既往化療端口部位的一個皮下結節(jié))相比18F-FPPRGD2成像未見假陽性表現(xiàn)[19]。

3.2 基于NGR肽探針的腫瘤成像

氨肽酶N(APN/CD13)是一種膜蛋白，也是腫瘤血管生成標志物，它促進細胞外基質的降解，有利于腫瘤組織的增殖和轉移，已被認為是抗癌治療的有效靶點[20]。NGR(Asn-Gly-Arg)肽能特異性識別腫瘤血管中的CD13受體。有研究顯示，NGR肽被放射性標記后對CD13表達陽性的腫瘤展現(xiàn)出良好的成像潛力。Kis等[21]研究了68Ga標記的NGR肽衍生物檢測CD13陽性腫瘤的可行性。PET/MRI成像顯示68Ga-NOTA-c(NGR)在肝細胞癌和中胚層腎癌腫瘤模型中表現(xiàn)出高吸收率，并通過免疫組織化學方法證實NGR與CD13受體的強結合親和力。與RGD肽一樣，NGR二聚體形式提高了腫瘤攝取和靶標親和力，Israel等[22]合成68Ga-NODAGA-NGR探針和68Ga-NOTA-(NGR)2探針，在肺癌的體內外研究中發(fā)現(xiàn)NGR二聚體要比單體具有更高的腫瘤/肌肉比(5.3±2.0vs.4.2±1.2)。此外，在卵巢癌小鼠中68Ga-DOTA-c(NGR)2顯像劑表現(xiàn)出卵巢癌ES2細胞的特異性靶向、快速的血液清除和腎臟排泄，同時在注射60 min后產生高腫瘤/背景比(10.30±0.26)[23]。值得注意的是，NGR肽的天冬酰胺傾向于自發(fā)脫酰胺分解成天冬氨酸(Asp)和異天冬氨酸(isoAsp)衍生物，從而將NGR轉化為DGR和isoDGR，這一變化會導致NGR喪失與CD13結合親和力但也獲得了與avβ3整合素結合的能力[24]。利用這一特性可以應用于雙重靶向策略(均可到達CD13和整合素受體)，但這種雙重靶向方法是否比單獨或混合應用NGR和RGD肽有優(yōu)勢，還需要進一步的研究。

3.3 基于BBN肽探針的腫瘤成像

蛙皮素(BBNs)/胃泌素釋放肽(GRP)是在神經系統(tǒng)、胃腸道和呼吸系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用的胃腸激素，同時對腫瘤細胞的增殖、轉移起到促進作用。其相應受體(BN2R/GRPR)過表達于多種腫瘤細胞表面[25]，特別是乳腺癌和前列腺癌，是腫瘤檢測和治療的潛在分子靶點。據報道，放射性標記的BBN肽類似物對原發(fā)性前列腺癌和轉移性淋巴結的檢測表現(xiàn)出良好的靈敏度，分別為88%和70%[26]。此外，相對于在復發(fā)性前列腺癌及18F-ECH陰性或不確定的患者群體中，靶向胃泌素釋放肽受體也是一種有前景的診斷方法，Wieser等[27]研究發(fā)現(xiàn)在18F-ECH對淋巴結和骨轉移灶結果不確定的兩名患者中68Ga-RM2(胃泌素釋放肽探針)顯示出明顯的陽性結果，并通過組織學證實了這些病變，這不僅補充了遺漏病灶，還對臨床決策提供了重要信息。Minamimoto等[28]在7例生化復發(fā)性前列腺癌患者中發(fā)現(xiàn)68Ga-RM2和68Ga-PSMA在疑似病灶中的攝取模式相似，但不同的是，與68Ga-PSMA的腎和肝膽清除相比68Ga-RM2主要具有腎清除，肝膽清除極少，這對檢測腹部和盆腔病變更有意義，因為腸道攝取或清除可能掩蓋小病變?？傊?，基于蛙皮素/胃泌素釋放肽的成像探針在腫瘤中表現(xiàn)出良好的診斷和治療前景，最近，以特異性熒光IRDye800標記的胃泌素釋放肽已成功引導神經外科醫(yī)生對多形性膠質母細胞瘤的切除，它可以敏感和特異性識別腫瘤邊界，并可能改善生存結果[29]。

3.4 基于生長抑素探針的腫瘤成像

生長抑素(STT)作為環(huán)狀多肽通過與在神經內分泌腫瘤、肝癌、甲狀腺癌和乳腺癌中高表達的生長抑素受體(STTR)相互作用來調節(jié)神經傳遞和細胞增殖[30]。研究顯示，放射性標記的生長抑素類似物是診斷和治療神經內分泌腫瘤的一種有價值的工具，已被證明比常規(guī)成像模式具有優(yōu)勢。Zhang等[31]合成生長抑素類似物探針68Ga-DOTATATE，在高表達SSTR2的神經母細胞瘤細胞系中通過放射自顯影-免疫組織化學聯(lián)合檢測顯示，SSTR2與68Ga-DOTATATE攝取具有組織學共定位，在檢測腫瘤方面比靶標為去甲腎上腺素轉運蛋白的123I-MIBG成像探針更優(yōu)。Sadowski等[32]在一項前瞻性研究中，以111In-pentetreotide探針為對比來評價68Ga-DOTATATE對神經內分泌腫瘤患者的檢測敏感度，結果表明68Ga-DOTATATE在腸和骨部位可以明顯檢測到更多的病變，同時，對分期和檢測未知原發(fā)性神經內分泌腫瘤表現(xiàn)出高敏感性(95.2%vs.30.9%)，對生化檢測陰性而有癥狀的患者檢出率高達65.2%，這為準確分期和選擇適當的治療干預提供了重要信息。此外，相應治療劑177Lu-DOTATATE已被美國FDA批準用于神經內分泌腫瘤患者。Xie等[33]基于生長抑素拮抗劑JR11，合成18F-AlF-NOTA-JR11探針，其在腫瘤中表現(xiàn)出高攝取(60 min：9.02±0.92% ID/g)，同時對檢測原發(fā)和轉移病灶具有高靈敏性，尤其是肝轉移灶。

4 小結與展望

多肽探針以其高特異性、高親和力、高滲透性、易修飾和快速清除能力等優(yōu)點對成像診斷和治療起到了強有力的推進作用，也為臨床提供了更精準的病變信息。重要的是，隨著納米技術的飛速發(fā)展，通過靶向肽多價表面偶聯(lián)提供了協(xié)同識別，適用于納米材料功能化，增強了通透性和組織滯留效應。當然，多肽探針也存在一些常見的問題，包括在體內容易被蛋白酶降解，代謝穩(wěn)定性低，一些多肽分子量較小也會降低探針在腫瘤組織中的攝取和保留時間。通過化學修飾的方法可以使這些問題得以解決，并優(yōu)化結合親和性和生物分布。總之，多肽探針為腫瘤成像注入了新活力，展示出了其巨大的應用潛力。