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核素标记小分子多肽靶向诊治肿瘤新生血管的应用研究进展
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2015年中国新发429.20万例侵袭性恶性肿瘤，死亡281.40万例[1]。恶性肿瘤的诊治问题一直困扰人类，虽然各国已经投入巨大人力、物力，却始终未见根本改善。近些年研究发现放射性核素标记特定序列的小分子多肽可以特异性靶向肿瘤新生血管，实现无创条件下动态监视肿瘤新生血管以及反映肿瘤生长情况，同样也实现了肿瘤原发病灶及转移病灶的靶向内照射治疗，并取得显著效果。 1. 肿瘤新生血管及其靶点 肿瘤新生血管（angiogenesis）是指源于周围正常血管，通过出芽、成管的方式，在肿瘤微环境的诱导下形成新生的毛细血管组织，为肿瘤细胞无限增殖及远处转移提供必需的氧气及营养物质，带走代谢废物[2]。它是维持恶性肿瘤生长的必要条件，对肿瘤的生长、侵袭和转移起着十分关键的作用[3]，也是肿瘤诊治的重要靶点[3]。肿瘤新生血管的结构及功能均显著异于正常血管，肿瘤新生血管不规则、管腔扩张、管壁薄、少量细胞覆盖、内皮不连续且常有肿瘤细胞嵌入其中，主要分布于肿瘤生长活跃的边缘区，部分则分布于瘤体内。研究证实肿瘤区血管密度可达正常组织的50~200倍，高度血管生成的肿瘤患者一般预后较差[4]。靶向肿瘤新生血管的优点有药物直接接触内皮细胞，可减少血药浓度；破坏少部分肿瘤内皮细胞使肿瘤细胞缺血坏死；不同肿瘤的血管内皮存在共性，拓宽了靶向肿瘤药物的疾病谱，且不易产生耐药性。理想的肿瘤新生血管诊治靶点应该是位于血管腔面高度增殖的内皮细胞上，在正常的内皮细胞上低表达甚至不表达。 核素标记靶向分子探针种类繁多，近年来利用放射性核素标记具有靶向肿瘤新生血管多肽实现放射免疫显像（radioimmunoimaging，RII）及放射免疫治疗（radioimmunotherapy，RIT）的研究报道较多，尤其多肽受体放射性核素治疗（peptide receptor radionuclide therapy，PRRT），相比于传统化疗、靶向治疗以及外照射放疗，更是具有显著优势[5-7]。 核素标记小分子多肽类探针（ < 50个氨基酸）具有广泛应用前景，其优点包括合成、修饰、放射性标记及容易纯化，化学方法可优化探针与靶点亲和力，无毒性及免疫源性，正常组织器官清除快，肿瘤靶向表现良好；经修饰后其药动学特点及显像性质优于传统抗体及其片段，是较为理想的诊治手段，应用前景非常广阔。近年来本研究团队聚焦在核素标记小分子多肽即精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽（RGD）和精氨酸-精氨酸-亮氨酸肽（RRL）在靶向肿瘤新生血管显像与治疗方面的研究。 2. 精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽 细胞黏附分子分布于胞外基质或细胞表面，可以介导细胞与细胞、细胞与基质间的相互联络，包括：整合素家族、免疫球蛋白超家族、选择素家族、钙离子依赖的细胞黏附素家族、透明质酸黏素。整合素作为细胞黏附分子家族的重要成员之一，其结构为异二聚体跨膜糖蛋白。整合素αvβ3是24种整合素中最为重要的一员，在肿瘤新生血管内皮细胞及多种实体瘤的细胞表面高表达，而在健康人成熟的血管内皮细胞和绝大多数正常组织器官中则呈低表达、甚至不表达，它在血管生成及肿瘤转移浸润方面起着重要的作用[8-9]，是目前研究热点之一。小分子多肽精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列（RGD）可以靶向结合于肿瘤细胞表面整合素αvβ3受体，从而作为体内RGD肽类物质的竞争性抑制剂，抑制肿瘤迁移和肿瘤新生血管生成，诱导肿瘤细胞凋亡[10]。 近年来，各国学者对RGD肽给予高度的关注，一直为研究的热点之一。本研究团队以及其他学者利用放射性核素锝[99mTc]和碘[131I]标记RGD肽进行肿瘤新生血管的显像与治疗的研究，证实环状RGD（cRGD）更为稳定、特异性及亲和力亦更强，对肿瘤新生血管内皮细胞的抑制作用可增强10~200倍[11]，且放射性核素标记未对其产生不利影响[12]。Liu等[13]及Mercier等[14]用一步法实现18F标记RGD多肽，此标记方法及纯化过程简便、易行、快捷，放射性核素显像可见肿瘤病灶放射性摄取明显增高，提示具有较好的靶向性。最近已有报道将99mTc-3PRGD2应用于临床非小细胞肺癌患者的淋巴结转移诊断，与18F FDG PET/CT的对比研究中，也表现出了较高的特异性[15]。有学者对cRGD进行糖基化修饰后与不同的双功能螯合剂进行螯合，而后进行铜[64Cu]标记，结果表明糖基化的cRGD亲和力明显高于一般环状cRGD，且采用双功能偶联剂NOTA螯合效果最优[16]。有学者应用核素标记RGD肽实现影像引导下肿瘤的精准光动力治疗[17]。 通过计算机模拟软件筛选出能与整合素αvβ3受体高特异性结合的cRGD结构，改造后制备成二聚体c（RGD）2，其结构式如图 1所示，完成99mTc标记及后续相关试验。结果表明该cRGD结构能够较好的被99mTc标记，各项质控标准符合要求，可以与整合素αvβ3受体特异性结合。 图片 131I标记RGD肽二聚体的药代动力学及急性毒性研究的结果证明二硫键成环的c（RGD）2多肽标记方便、标记率高，具有良好的药代动力学特点，且急性毒性试验未见不良反应[18]。131I-c（RGD）2肽进行黑色素瘤荷瘤小鼠体内分布与显像实验研究，结果显示24h肿瘤/肌肉（T/M）放射性比值为6.34，肿瘤/血液（T/B）放射性比值为1.1，肿瘤显影清晰，有较高的放射性浓聚[19]，表明黑色素瘤及其它肿瘤[20]可以特异性摄取131I-c（RGD）2，实现肿瘤新生血管的靶向显像，并可在肿瘤部位保持一定时间。在131I-c（RGD）2靶向治疗肿瘤的研究中，证实131I-c（RGD）2能抑制荷黑色素瘤小鼠肿瘤的生长，对黑色素瘤治疗具有潜在的价值[21]。 尽管RGD肽的结构修饰研究已经进展到八聚体的结构及与其它生物分子构建为多模态肿瘤新生血管分子成像配体的阶段，但是RGD肽作为小分子多肽配体主要存在的问题是正常肝、肾组织的摄取较多。 大量研究表明，核素标记经过不同修饰的RGD肽能够明确地实现肿瘤新生血管内皮细胞上αvβ3受体的靶向显像以及治疗，并且已经进入临床研究阶段，所取得结果也表明其具有广阔的临床应用前景。 3. 精氨酸-精氨酸-亮氨酸肽 2000年Brown等[22]用大肠杆菌肽展示文库获得与肿瘤内皮细胞特异性表面标志物结合的多肽序列RRL（Cys-Gly-Gly-Arg-Arg-Ile-Gly-Gly-Cys）。2005年Weller等[23]将气体微泡（microbubbles，MB）连接于RRL，制得RRL-MB，并在肿瘤新生血管靶向超声显像中证明了RRL-MB优先结合于肿瘤新生血管内皮细胞。2009年王荣福教授研究团队重新设计了RRL的结构，便于放射性核素碘标记，并获得专利[24]（图 2），该探针已入选美国分子探针数据库。本课题组在131I、99mTc-RRL的肿瘤模型动物显像研究中发现肝、肾滞留较少，优于RGD多肽，且RRL多肽探针对前列腺癌模型裸鼠显像效果肯定[25-27]。2011年至2014年，本研究团队进一步证实了131I-RRL在黑色素瘤、肝癌、肺癌等不同肿瘤模型裸鼠中均有阳性显像效果，并在机制上进行了初步研究，考虑血管内皮生长因子受体2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）是其可能的结合位点之一[28-30]，且首次发现RRL不仅能够与肿瘤来源的内皮细胞结合，而且能够与肿瘤实质细胞结合[31]。但在进一步对RRL结构改造研究中未见肿瘤摄取率明显提高[32]。 图片 顺应临床应用研究需求，研发正电子核素标记分子探针或放射性药物是当前世界分子影像领域的热门课题之一。本团队再次对RRL结构进行了修饰和改造（图 3）。目前本团队正在尝试用不同正电子核素如氟[18F]、镓[68Ga]和铜[64Cu]标记RRL，以期实现PET成像。18F标记的正电子药物在当今分子影像中占据重要地位，具有明显的优势，应用最为广泛，但18F标记技术较复杂，难度较大，我们借鉴国际最新标记研究成果[33-34]，利用双功能耦合剂NOTA，进行一步法标记，现已取得阶段性进展。68Ga由68Ge/68Ga发生器生产，不依赖加速器，制备方便，标志着加速器不再是PET的必选项，从而大大减轻成本和制药时间。68Ga的物理半衰期为67.6 min，正电子衰变占89%，优良的物理性质使其在正电子核素标记小分子探针领域具有广阔的应用前景。已经实现68Ga标记RRL，即将开展相关后续实验及临床应用研究。64Cu物理性质特殊，可发生多种衰变方式，包括β+（17.86%），β-（39%），电子俘获（43.08%）以及其它衰变方式，且其半衰期较长（T1/2=12.7 h），可以连续数天显像，实现动态观察。可以利用64Cu标记的分子探针中的β+衰变可用于PET显像，β-衰变产生的能量以及借助标记药物本身的靶向性对肿瘤进行生物靶向放射治疗[35]。64Cu核素生产工艺十分复杂，虽然在北美已经产品化投入市场，但国内尚处于起步探索阶段，有幸获得64Cu正电子核素，并进行了64Cu标记RRL的初步探索，这也将为国内今后64Cu标记小分子多肽积累宝贵经验。64Cu标分子探针在许多方面优于131I，故值得期待和深入试验研究验证。 我们已经完成RRL多肽的不同核素标记、显像、治疗及相关临床前试验，并取得令人满意的结果，将适时进行更加深入的研究，以盼早日进入临床试验阶段。 4. 展望 近期已有学者尝试核素标记双靶点分子探针，这种探针改善了其生物分布[36]，同时对于肿瘤的原发病灶及转移病灶显像的敏感度和特异度明显优于单靶点分子探针[37]，部分甚至已经进入临床试验[38-39]。另外也有许多团队致力于多模态分子影像探针的开发[40]，这些均为未来发展的重要方向。 建立在高度特异且亲和力高的分子探针基础之上的RII及RIT将能改变现存肿瘤诊治思维模式，优化治疗策略，实现肿瘤的精准医疗[41]。 免责声明：本文为行业交流学习，版权归原作者所有，如有侵权，可删除 |
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