分子成像技術(shù)在小分子酪氨酸激酶抑制劑開發(fā)中的應(yīng)用

程雁，孫夕林，申寶忠

分子影像技術(shù)是指運(yùn)用影像學(xué)方法研究活體狀態(tài)下組織、細(xì)胞和亞細(xì)胞等的特定分子水平變化。其中，分子或細(xì)胞水平反映的是生物體生理、病理變化，它為在體監(jiān)測(cè)疾病過程、在體示蹤基因治療、在體評(píng)價(jià)藥物療效及在體揭示分子活動(dòng)規(guī)律提供了嶄新的技術(shù)方向。并將遺傳基因信息、生物化學(xué)與新的成像探針進(jìn)行綜合，利用精密的成像技術(shù)來檢測(cè)，通過一系列的圖像后處理技術(shù)，真正達(dá)到在體、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、無創(chuàng)、特異等優(yōu)點(diǎn)[1，2]。以往的小分子酪氨酸激酶抑制劑的臨床前治療藥物療效評(píng)價(jià)都是在離體細(xì)胞水平以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上開展的。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究通過觀察移植瘤經(jīng)藥物治療前后的體積，并根據(jù)治療前后體積縮小的程度來評(píng)價(jià)不同藥物治療的效果，從而篩選出臨床候選藥物及藥物的最佳使用劑量?，F(xiàn)如今，利用分子成像新技術(shù)可獲取許多新的在體數(shù)據(jù)，如腫瘤生長動(dòng)力學(xué)評(píng)估；腫瘤功能及分子成像；促血管生長因子；腫瘤細(xì)胞標(biāo)記物等活體分子成像，并可在無創(chuàng)的條件下研究肺癌發(fā)病機(jī)制。此外分子影像技術(shù)還有可能通過對(duì)活體實(shí)時(shí)分子靶目標(biāo)評(píng)估來篩選治療藥物[1，3]。如果將分子成像與微創(chuàng)治療相結(jié)合，使我們有可能在發(fā)現(xiàn)疾病的同時(shí)實(shí)現(xiàn)在體直接治療。

分子影像技術(shù)與傳統(tǒng)影像技術(shù)

分子影像技術(shù)主要利用核醫(yī)學(xué)（positron emission tomography，PET）、磁共振（magnetic resonance imaging，MRI）和光學(xué)（optical coherence tomography，OCT）等醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，在分子水平上對(duì)人體內(nèi)部生理或病理過程進(jìn)行無創(chuàng)、實(shí)時(shí)成像。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)以人體內(nèi)部的物理性質(zhì)或生理特性作為成像對(duì)比源，這些物理量和生理量沒有特異性。經(jīng)典的影像診斷（X線、CT、MRI、超聲等）主要顯示的是一些分子的改變，即器官發(fā)生了器質(zhì)性變化之后才能檢查到，僅能用于具有解剖學(xué)改變的疾病檢測(cè)。而分子影像技術(shù)不僅能夠探查疾病過程中細(xì)胞和分子水平的異常，還能在疾病尚無解剖改變前檢出異常，為探索疾病的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸，評(píng)價(jià)藥物的療效以及在生物學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展之間起到橋梁作用[1，4，5]。

酪氨酸激酶及其小分子抑制劑

近年來，腫瘤病理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、腫瘤基因?qū)W等研究取得了巨大的進(jìn)展，其中惡性腫瘤細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞周期的調(diào)控、細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)、血管生成以及細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用等各種過程正在被逐步闡明。將這些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵酶作為藥物篩選靶點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)選擇性作用于特定靶點(diǎn)的高效、低毒、特異性強(qiáng)的新型抗腫瘤藥物已成為當(dāng)今抗腫瘤藥物研究發(fā)展的重要方向。蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase，PTK）是一類具有酪氨酸激酶活性的蛋白質(zhì)，它能催化ATP分子上γ-磷酸基轉(zhuǎn)移到許多重要底物蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基上，使其發(fā)生磷酸化。這一過程是酪氨酸激酶抑制劑研發(fā)的重要切入點(diǎn)，研究者們也是依據(jù)ATP競(jìng)爭(zhēng)性抑制的原理建立了眾多酪氨酸激酶抑制劑分子水平的影像篩選方法[3，6，7]。已有資料表明，超過50%的原癌基因和癌基因產(chǎn)物都具有蛋白酪氨酸激酶活性，他們的異常表達(dá)將導(dǎo)致細(xì)胞增殖調(diào)節(jié)發(fā)生紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤發(fā)生[6，8]。事實(shí)上，以酪氨酸激酶為靶點(diǎn)進(jìn)行抗腫瘤藥物的開發(fā)已成為國際研究的前沿[8，9]。

分子成像技術(shù)在小分子酪氨酸激酶抑制劑開發(fā)中的應(yīng)用

分子影像技術(shù)可對(duì)基于小分子靶向性的酪氨酸激酶抑制劑進(jìn)行篩選，臨床候選藥物的藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)特性分析，藥物分子所作用的靶點(diǎn)以及生物過程的體內(nèi)效果可視化有所幫助[10]。這種方法可用于篩選小分子酪氨酸激酶抑制劑臨床候選藥物和測(cè)定藥物代謝時(shí)間及最佳使用劑量。因此，分子影像技術(shù)具有加快臨床前期和臨床期作用于腫瘤的酪氨酸激酶抑制劑類藥物開發(fā)的潛力[11，12]。

1.同位素法

同位素法是一類較早應(yīng)用于酪氨酸激酶抑制劑篩選的經(jīng)典方法。惡性腫瘤細(xì)胞的主要代謝特點(diǎn)是高葡萄糖代謝，因此我們可以用18F-脫氧葡萄糖（18F-2-fluoro-D-deoxy-glucose，18FFDG）作為篩選腫瘤治療藥物的代謝示蹤劑。NAII等[12]用PET／CT對(duì)經(jīng)吉非替尼治療的非小細(xì)胞肺癌患者進(jìn)行成像獲取18F-FDG-葡萄糖的攝取情況，觀察吉非替尼對(duì)肺癌患者的治療療效，并根據(jù)患者的原發(fā)腫瘤的最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUV）的大小，利用患者的反應(yīng)率和存活率間接評(píng)價(jià)藥物的活性。也有研究報(bào)道對(duì)首次經(jīng)甲磺酸伊馬替尼治療胃腸道間質(zhì)腫瘤病人使用18F-FDG-PET檢測(cè)24h內(nèi)藥物療效改變，研究結(jié)果表明經(jīng)小分子酪氨酸激酶抑制劑伊馬替尼治療后也表現(xiàn)出較好的治療效果[13，14]。最近有研究證實(shí)非小細(xì)胞肺癌小鼠模型給予吉非替尼治療的48h內(nèi)，18F-FDG的攝取敏感型降低，并于48h后評(píng)價(jià)腫瘤對(duì)吉非替尼的反應(yīng)，這有益于我們篩選出吉非替尼治療敏感的患者以及吉非替尼使用的局限性[15，16]。此外，F(xiàn)DGPET影像技術(shù)在評(píng)價(jià)藥物藥效中的作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于以往通過收集患者存活時(shí)間數(shù)據(jù)來評(píng)價(jià)藥物療效[17]。

還有一部分示蹤劑技術(shù)是用來探測(cè)小分子酪氨酸激酶抑制劑對(duì)機(jī)體腫瘤的乏氧顯像。18F標(biāo)記的氟化硝基咪唑阿拉伯糖苷（18F-fluoroazomycin-arabinoside，F(xiàn)AZA）是 腫 瘤 乏 氧 顯 像的常見示蹤劑，該示蹤劑在缺氧環(huán)境中可形成活躍的自由基并與細(xì)胞大分子共價(jià)結(jié)合。結(jié)合FAZA的PET成像技術(shù)顯示：EGFR受體酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼（易瑞沙，阿斯利康公司）降低了大鼠鱗狀細(xì)胞癌轉(zhuǎn)移中的組織缺氧[18]，間接地證實(shí)了吉非替尼對(duì)腫瘤的治療療效。腫瘤的乏氧顯像在酪氨酸激酶抑制藥物開發(fā)中具有重要的價(jià)值。

近年來，隨著分子靶向治療的深入，以TK為前體標(biāo)記核素的腫瘤表皮生長因子受體（EGFR）分子影像酶顯像也逐漸受到關(guān)注。因?yàn)槊覆粌H能催化體內(nèi)生物化學(xué)過程還具有極高效率、高度特異性及反應(yīng)的可調(diào)節(jié)性等優(yōu)點(diǎn)。Johnstrom等[19，20]合成11C-4-（3-溴苯氨基）-6，7-雙甲基喹唑啉（PD153035），并應(yīng)用PET顯像評(píng)價(jià)其在裸鼠體內(nèi)的分布，隨著EGFR表達(dá)水平的升高攝取量增加。研究結(jié)果顯示11C-PD153035的放射性攝取與EGFR表達(dá)水平顯著相關(guān)，T／NT比值在40～50min內(nèi)達(dá)高峰，不同的腫瘤峰值不同，T／NT比值與EGFR的表達(dá)水平成明顯正相關(guān)。間接說明腫瘤組織對(duì)小分子酪氨酸激酶抑制劑PD153035有較高的敏感性。

2.膽堿酯酶標(biāo)記法

膽堿標(biāo)記物通常反應(yīng)腫瘤細(xì)胞的增殖情況，14C-甲基標(biāo)記的膽堿可用于針對(duì)酪氨酸激酶受體（TKR-Ras-Rafl-MEKERK）級(jí)聯(lián)反應(yīng)，這為分子成像技術(shù)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中可視化應(yīng)用提供了可能，也為檢測(cè)小分子酪氨酸激酶抑制劑在體內(nèi)的作用提供了可能性[21]。目前胸腺嘧啶核苷（18F-FLT）在檢測(cè)核酸的合成和代謝情況中的特異性高于臨床常用的腫瘤PET藥物18F-FDG，為酪氨酸激酶抑制劑抑制腫瘤細(xì)胞增殖的檢測(cè)及監(jiān)控此類藥物代謝情況提供了有效的方法[22，23]。

Hsin等[24]發(fā)現(xiàn)與之前報(bào)道的小分子酪氨酸激酶顯像劑[124I]-IPQA相比，[18F]F-PEG6-IPQA具有更好的藥代動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)。這一特點(diǎn)說明PEG6具有提高EGFR高表達(dá)的放射性標(biāo)記化合物示蹤技術(shù)在腫瘤分子成像應(yīng)用中的潛能。[18F]FPEG6-IPQA的PET／CT成像技術(shù)可被用來檢測(cè)表達(dá)EGFR L858R突變的腫瘤以及與[18F]F-PEG6-IPQA藥代動(dòng)力學(xué)相似的小分子酪氨酸激酶抑制劑治療優(yōu)勢(shì)人群的篩選。本研究還可以通過對(duì)比治療前后[18F]F-PEG6-IPQA的攝取情況評(píng)價(jià)小分子酪氨酸激酶抑制劑的療效。

3.多模態(tài)分子成像

多模態(tài)分子影像技術(shù)在腫瘤早期診斷中的應(yīng)用主要以熒光分子探針為基礎(chǔ)，合成多功能靶向探針，結(jié)合光學(xué)成像與MRI來實(shí)現(xiàn)腫瘤及癌前病變的早期診斷[25，26]。宋歌[27]構(gòu)建了QDs＠Gd3±RGD[一類含有精氨酸.甘氨酸-天冬氨酸（Arg.Gly.Asp）的短肽]雙模態(tài)顯像納米探針成功實(shí)現(xiàn)體外大腸癌Lovo細(xì)胞的MRI顯像及治療作用。張琨[28]采用化學(xué)交聯(lián)法構(gòu)建VEGF抗體MR靶向超順磁性分子探針，研究表明攜帶納米鐵顆粒的抗VEGF分子探針已將腫瘤血管生成的評(píng)價(jià)發(fā)展到受體水平，為腫瘤血管生成的診斷與抗血管生成的治療提供了新的思路。Blankenberg[29]等用99mTc標(biāo)記血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothrlia growth factor，VEGF）的 一 條 單 鏈（scVEGF／99mTc）可用來評(píng)估VEGF受體（VEGFR）對(duì)腫瘤治療藥物帕唑替尼抗血管生成療效。

多模態(tài)分子成像研究是對(duì)腫瘤關(guān)鍵分子靶點(diǎn)表皮生長因子受體（EGFR），采用光學(xué)、PET等不同成像方法，進(jìn)行多模態(tài)分子成像，實(shí)現(xiàn)不同影像設(shè)備的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得多元化信息，使監(jiān)測(cè)結(jié)果更為精確[30，31]。腫瘤微環(huán)境分子成像研究。在肺癌腫瘤微環(huán)境方面，項(xiàng)目組利用18F-FDG（糖代謝成 像）、18F-FLT（增殖成像）和18F-FMISO（乏氧成像）三種分子成像探針，檢測(cè)其在肺癌腫瘤細(xì)胞內(nèi)的攝取機(jī)制和分布，探討肺癌組織內(nèi)18FFDG、18F-FLT和18F-FMISO三種分子探針攝取和腫瘤乏氧、增殖和血流灌注微環(huán)境的關(guān)系[32]。

4.評(píng)價(jià)小分子酪氨酸激酶抑制劑動(dòng)力學(xué)模式

經(jīng)分子影像技術(shù)篩選得到的有活性的酪氨酸激酶抑制劑，它與激酶之間的作用模式非常復(fù)雜。因此，我們需要進(jìn)一步的對(duì)其激酶的動(dòng)力學(xué)作用模式進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)抑制劑與激酶之間的作用特點(diǎn)不同，我們通常將抑制劑作用分為可逆性抑制劑和不可逆性抑制劑兩大類，而可逆性抑制劑又大致可分為競(jìng)爭(zhēng)性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制和混合型抑制等。目前已知的酪氨酸激酶抑制劑大多數(shù)是可逆的ATP競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，近幾年來研究者們用分子影像技術(shù)發(fā)現(xiàn)不可逆性抑制劑和底物競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑具有較好的療效、較高的選擇性和較低的毒副作用[33]。

可逆性抑制與不可逆性抑制：Rabindran等[34]用同位素[14C]標(biāo)記的HKI-272，證明無論從分子水平還是細(xì)胞水平來說化合物HKI-272均是酪氨酸激酶HER-2的非可逆性抑制劑。

ATP競(jìng)爭(zhēng)性抑制：Gumireddy等[35]用同位素法研究了化合物ON012380對(duì)BCR-ABL的ATP競(jìng)爭(zhēng)性抑制。用[γ-32P]標(biāo)記ATP，由此來證明化合物ON012380是酪氨酸激酶BCRABL的非ATP競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。

底物競(jìng)爭(zhēng)性抑制：Galia Blum等[36]用同位素法研究了化合物AG538對(duì)酪氨酸激酶IGF-IR的底物競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，證實(shí)了AG538是IGF-IR的底物競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。

展望

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)醫(yī)學(xué)已經(jīng)逐步進(jìn)入分子醫(yī)學(xué)時(shí)代，認(rèn)識(shí)疾病必須從孤立的器官和系統(tǒng)深入到生理和生化的細(xì)胞分子水平，揭示疾病細(xì)胞分子水平上的細(xì)微變化信息，闡明病變組織代謝活性的高低來幫助疾病的診斷、治療以及藥效評(píng)價(jià)。腫瘤組織血供豐富，代謝能力增強(qiáng)，耗能也增加，分子影像技術(shù)檢查常用分子探針了解腫瘤在糖、脂肪和蛋白質(zhì)方面的代謝活躍程度，從而對(duì)良、惡性腫瘤進(jìn)行鑒別診斷。這種檢查技術(shù)對(duì)腫瘤的分級(jí)、療效觀察以及放射治療和化療所致壞死與腫瘤復(fù)發(fā)的鑒別診斷都有較高的臨床價(jià)值。分子影像技術(shù)在小分子酪氨酸激酶抑制劑開發(fā)中的巨大臨床價(jià)值和發(fā)展?jié)摿σ训玫綇V泛的認(rèn)可并在開發(fā)新型的靶向酪氨酸激酶抑制劑中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

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