靶向腫瘤微環(huán)境標志物及其分子影像學應用進展

姜楊宏巖，馮蓓，于亞萍，趙倩

1.寧夏醫(yī)科大學總醫(yī)院核醫(yī)學科，寧夏 銀川 750004；2.寧夏醫(yī)科大學研究生院，寧夏 銀川 750004；*通信作者 趙倩 cecilia_hh@126.com

腫瘤生活的環(huán)境稱為腫瘤微環(huán)境，其生理狀態(tài)與腫瘤的起始、進展和轉(zhuǎn)移密切相關。因此在腫瘤治療和預防中，腫瘤微環(huán)境的組成成分扮演不同的角色。腫瘤微環(huán)境靶點標志物的發(fā)現(xiàn)是目前的研究熱點[1]。分子成像在非侵入性早期診斷、疾病或功能障礙的準確檢測、治療隨訪、個性化治療方面發(fā)揮重要作用。此外，分子影像可在細胞或分子水平可視化人體內(nèi)的生理或病理過程，通過影像學方法進行定性和定量研究，從而有利于疾病診斷和治療[2]。放射性核素與腫瘤相關分子的配體結(jié)合，確保對癌細胞的精確靶向，既可用于診斷和治療，又可用于實時監(jiān)測治療效果，從而實現(xiàn)診療一體化[3]。本文總結(jié)以腫瘤微環(huán)境作為靶點，通過具有高度特異性、高親和力的標記探針實現(xiàn)腫瘤診斷及治療的應用進展。

1 靶向基質(zhì)細胞的標志物及其分子影像學應用

1.1 腫瘤相關成纖維細胞 腫瘤相關成纖維細胞是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，可以促進組織重塑、耐藥發(fā)展和免疫逃避腫瘤[4]。成纖維活化蛋白（fibroblast activation protein，F(xiàn)AP）是成纖維細胞的特征性蛋白，在大多數(shù)正常組織中低表達或不表達，而在腫瘤相關的成纖維細胞中過表達。因此，以FAP的小分子抑制劑FAPI作為特異性分子探針具有重要研究意義。以正電子68Ga標記的FAPI，通過PET成像，Giesel 等[5]和Kratochwil 等[6]研究發(fā)現(xiàn)68Ga-FAPI PET/CT可用于對各種癌癥進行成像，尤其是胰腺癌、頭頸部癌、結(jié)腸癌、肺癌和乳腺癌，是一種有前途的新診斷方法。腫瘤與背景的對比度等于甚至優(yōu)于18FFDG，高選擇性的腫瘤攝取，為腫瘤TNM分期和放射性治療提供強有力的依據(jù)。與MRI和18F-FDG相比，68Ga-FAPI-04在32例肝癌中顯示出優(yōu)越的診斷優(yōu)勢[7]。68Ga-FAPI-04是一種具有應用前景的示蹤劑，其標記簡單，體內(nèi)外穩(wěn)定性良好，在動物實驗和健康志愿者中均獲得良好的顯像結(jié)果[8]。與68Ga-FAPI PET/CT顯像比較，99Tcm-FAPI-34是一種強大的診斷顯像示蹤劑，可通過快速攝取腫瘤和快速從身體其他部位清除而獲得高對比度，因此FAPI-34具有對FAP陽性腫瘤的閃爍顯像和內(nèi)放射治療的潛力[9]。以上研究通過FAP靶向方法為非侵入性腫瘤特征化開辟了新的應用，以FAPI為靶點作為腫瘤基質(zhì)標志物，通過分子成像對腫瘤的病理診斷、分期或必要治療的改進具有重要意義。

1.2 間充質(zhì)干細胞 由于間充質(zhì)干細胞的異質(zhì)性，不同亞型的間充質(zhì)干細胞在腫瘤免疫微環(huán)境中通過調(diào)節(jié)免疫細胞的活性，從而抑制或促進腫瘤發(fā)展[10]。間充質(zhì)干細胞具有向腫瘤遷移的特性，遷移至腫瘤微環(huán)境中抑制腫瘤生長，是腫瘤治療中的有力靶向遞送載體[10-11]。間充質(zhì)干細胞可以直接與探針結(jié)合，利用成像技術(shù)，以實現(xiàn)細胞可視化[12]。既往研究采用111In和89Zr標記骨髓間充質(zhì)干細胞，并使用SPECT或PET等技術(shù)對細胞進行追蹤成像，其中89Zr-oxine的優(yōu)點為長半衰期，能在更長時間范圍內(nèi)追蹤細胞，可以代替111In用于細胞遷移成像[13-14]。總之，分子成像為間充質(zhì)干細胞監(jiān)測、治療和改變腫瘤微環(huán)境提供可能，但由于間充質(zhì)干細胞的分子成像已經(jīng)過時，目前尚無廣泛的研究進展。

1.3 腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM）TAM是多功能的生物標志物，它既可以通過刺激血管生成促進腫瘤生長，也可能通過抑制免疫反應促進腫瘤生長[15]。巨噬細胞甘露糖受體（macrophage mannose receptor，MMR）在M2型TAM中過表達，成為TAM最常見的靶點[16]。Xavier等[17]開發(fā)用于PET/CT顯像的68Ga-NOTA-anti-MMR-sdAb化合物，與99Tcm-anti-MMR-sdAb和18F-anti-MMR-sdAb在腫瘤中的攝取相似。與18F標記的化合物比較，68Ga化合物在腫瘤外表達MMR的器官如肝、脾、淋巴結(jié)和骨骼中的攝取率略高，但比99Tcm化合物的攝取低得多。小鼠實驗證實，用18F、99Tcm和68Ga放射性標記表達MMR的巨噬細胞，可作為腫瘤進展和預后指標，并具備安全性及有效性。Mason等[18]提出一種89Zr-HDL納米顆粒作為巨噬細胞PET成像的示蹤劑，在PET/CT和體外分析結(jié)果中均發(fā)現(xiàn)89Zr-HDL納米顆粒的聚集性與巨噬細胞密度相關，該研究能夠更早地揭示免疫抑制的腫瘤微環(huán)境的變化。TAM是腫瘤微環(huán)境的主要組成部分，通過開發(fā)有效的靶向示蹤劑，可以阻斷TAM促腫瘤能力，同時也可以用于診斷腫瘤進展。此外，靶向TAM示蹤劑已經(jīng)明確在臨床前和臨床中具有治療潛力，將為改善患者預后提供可能。

2 靶向間質(zhì)細胞的分泌因子和蛋白酶的標志物及其分子影像應用

2.1 基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）MMP是一類鋅和鈣依賴的內(nèi)肽酶家族，參與腫瘤進展的所有步驟，在許多人類疾病中經(jīng)常過度表達或高度激活[19]，是預后標志物和治療靶點。膠質(zhì)瘤是成人最常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，傳統(tǒng)手術(shù)通常導致膠質(zhì)瘤切除不完全，Li等[20]利用熒光探針MMP-750靶向小鼠原位膠質(zhì)瘤模型，用熒光分子斷層成像進行重建，并指導膠質(zhì)瘤術(shù)中手術(shù)切除，結(jié)果表明MMP-750有助于腫瘤邊緣勾畫，以在手術(shù)中獲得腫瘤體積信息，完全切除腫瘤。此外，臨床前研究表明模型1-基質(zhì)金屬蛋白酶（MT1-MMP，又稱為MMP14）可作為膠質(zhì)瘤分子成像的生物標志物[21]。Kasten等[21]設計出膠質(zhì)瘤的NIRF和PET雙模式成像的MMP-14結(jié)合肽探針，并通過組織染色證實多肽探針的特異性，為在臨床前膠質(zhì)瘤模型中進行圖像引導切除腫瘤研究提供了可靠依據(jù)。在腦腫瘤手術(shù)中，完全切除腫瘤對患者預后至關重要，靶向MMP或可有利于確定手術(shù)切除范圍。如何將其切實應用于臨床，是未來的研究目標。

2.2 整合素家族 整聯(lián)蛋白細胞黏附受體家族調(diào)節(jié)多種細胞功能，幾乎參與了癌癥進展的每一個過程，在某些癌癥中，部分整聯(lián)蛋白表達失調(diào)，使其成為癌癥診斷、分期、治療的誘人靶標[22]。其中細胞跨膜受體αvβ6整聯(lián)蛋白在多種癌癥中表達上調(diào)，而在正常成人組織中不存在[23]。針對αvβ6整合素的幾種放射性探針已經(jīng)開發(fā)出來。Liu等[24]開發(fā)了一種99Tcm標記的含有“RGDLA TL”序列的線肽，用于胰腺癌進行整合素αvβ6靶向SPECT成像。然而，由于注射線性肽后在體內(nèi)快速代謝，限制了其進一步臨床轉(zhuǎn)化。隨后，F(xiàn)eng等[25]基于靶向整合素αvβ6的“RGDLA TL”序列開發(fā)一種68Ga標記的環(huán)肽，并發(fā)現(xiàn)68Ga-cycratide是一種易于制備的整聯(lián)蛋白αvβ6特異性PET示蹤劑，具有高度靶向特異性、良好的藥代動力學和劑量學特征，可以特異性地檢測胰腺癌，并監(jiān)測治療。還有研究者通過體內(nèi)外測試均顯示出良好的腫瘤親和力及選擇性，證明18F-αvβ6-BP對多種惡性腫瘤具有分子成像的潛力；并進行首次人體研究發(fā)現(xiàn)腫瘤原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶均有明顯攝取，且患者無明顯不良反應，可靠性高[26]。以上結(jié)果證明αvβ6是腫瘤診斷和治療的極具吸引力的靶標，但是部分研究缺乏一系列臨床試驗以評估該方法在人體中的有效性，在未來的研究中有待完善。

3 靶向環(huán)境特征的標志物及其分子影像應用

3.1 低氧環(huán)境 缺氧是惡性實體腫瘤常見的微環(huán)境特征，在缺氧條件下，腫瘤具有更高的侵襲和轉(zhuǎn)移特性，并對免疫細胞的功能產(chǎn)生不利影響[27]。頭頸部癌患者缺氧尤為明顯，并且多預后不良[28]。PET是檢測腫瘤缺氧最廣泛的成像技術(shù)[29]，目前已有許多用于低氧顯像的PET放射性示蹤劑，其中硝基咪唑類藥物應用最廣泛，包括18F-氟異硝唑（FMISO）、18F-氟氮霉素阿拉伯糖苷（FAZA）、18F-紅霉素硝基咪唑（FETNIM）和18F-2-亞硝基咪唑五氟丙基乙酰胺（EF5）等。18F-FMISO是目前應用最廣泛的乏氧示蹤劑。一項納入25例頭頸部癌的前瞻性研究證實缺氧指數(shù)MFMISO與復發(fā)風險的關系，18F-FMISO動態(tài)PET的缺氧指數(shù)可以作為未來個體化放射治療的可靠參數(shù)，表明在放射治療前行18F-FMISO PET有助于對患者的危險程度進行分組，在必要情況下進行個體化治療[30]。FAZA是繼FMISO之后第二大廣泛應用的PET成像示蹤劑。與FMISO相比，F(xiàn)AZA具有更好的動力學和高比活度，并且游離示蹤劑可以迅速從正常缺氧組織中清除，從而提高腫瘤/背景比。Savi等[31]首次介紹了18F-FAZA給藥后人體內(nèi)的生物分布和內(nèi)部劑量學概況，12例頭頸部鱗狀細胞癌患者在放療前和放療中行18F-FAZA PET掃描，結(jié)果顯示全身18F-FAZA PET可適用于臨床缺氧定量，也允許患者安全地連續(xù)進行更多PET/CT掃描，適用于放射治療。18F-FETNIM的親脂性比FMISO低，原則上可以更快地從非缺氧組織中清除。Hu等[32]研究發(fā)現(xiàn)，正常腦組織對18FFETNIM的攝取低于膠質(zhì)瘤組織，并與膠質(zhì)瘤惡性程度分級相關。因此，18F-FETNIM PET/CT可用于評估靶向膠質(zhì)瘤缺氧的新型示蹤劑。18F-EF5是另一種已用于腫瘤患者乏氧顯像的硝基咪唑。Silvoniemi等[33]研究表明放化療前重復行18F-EF5 PET，平均標準化攝取值、最大標準化攝取值和腫瘤/肌肉比值均具有高度相關性和重復性，因此18F-EF5 PET/CT可用于干預頭頸部癌缺氧靶向治療。在所有成像方法中，PET是檢測腫瘤缺氧的理想方法。盡管目前尚無最優(yōu)化的缺氧顯像放射性示蹤劑，但現(xiàn)有的示蹤劑可以測量患者的腫瘤缺氧水平，具有無創(chuàng)、特異度高和敏感度高的特點。

3.2 酸性環(huán)境 實體惡性腫瘤大多為酸性微環(huán)境，主要是由于有氧糖酵解，導致灌注不足和乳酸分泌增加，這種現(xiàn)象稱為Warburg效應[34]。細胞外低pH與腫瘤預后不良有關[35]。隨著低pH插入肽（pH low insertion peptide，pHLIP）的發(fā)現(xiàn)，當細胞外環(huán)境呈酸性時，pHLIP自發(fā)以A-螺旋形式插入細胞膜，既往研究使用與pHLIP結(jié)合的64Cu-DOTA-pHLIP對前列腺腫瘤的酸性環(huán)境進行PET成像，結(jié)果證實無創(chuàng)性pH選擇性正電子發(fā)射斷層顯像劑是基于內(nèi)在生理特性（酸性細胞外環(huán)境）靶向腫瘤的創(chuàng)新方法，從而解決了癌癥診斷和監(jiān)測或治療中的重要問題。然而pHLIP對細胞膜的親和力不高，可能會導致細胞外pH測量不準確[36]。在pHLIP肽家族中，變異體7（Var7）是最短、具有最強極性的肽序列，具有易合成、快速血液清除和快速腫瘤靶向的優(yōu)點，適用于PET/SPECT成像[37]。在酸性環(huán)境中，125I-pHLIP（Var7）可以靶向乳腺癌細胞，通過SPECT進行成像觀察到清晰的腫瘤圖像，盡管很難發(fā)現(xiàn)乳腺癌肝轉(zhuǎn)移，但對腫瘤診斷和分期具有一定的應用價值[38]。有研究用超順磁性納米氧化鐵造影劑通過pHLIP靶向腫瘤酸性微環(huán)境，使腫瘤的對比度增強明顯，有助于提高MRI對腫瘤的早期檢測、診斷敏感度和特異度[39]。因此，pHLIP可利用腫瘤微環(huán)境的酸性特征，在pH的基礎上靶向?qū)嶓w腫瘤。

4 總結(jié)

通過分子成像技術(shù)，開發(fā)針對靶向腫瘤特定間質(zhì)和間質(zhì)環(huán)境的示蹤劑，利用放射性標記探針顯示原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移瘤，可以幫助臨床診斷和跟蹤腫瘤，調(diào)整個體化治療方案和改善預后。為抑制腫瘤生長、血管生成以及破壞腫瘤組織結(jié)構(gòu)，目前開發(fā)具有高親和力、高特異性、高靶向性和適宜半衰期的放射性核素腫瘤微環(huán)境標記探針，具有廣闊的發(fā)展前景和臨床意義。在顯像及治療方面，未來需要進行更多的大樣本研究及臨床轉(zhuǎn)化驗證生物標志物的有效性。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突