分子影像引導(dǎo)HER2陽(yáng)性腫瘤診療新進(jìn)展

郭曉軼，周妮娜，劉特立，徐曉霞，夏雷，朱華，楊志

0 引言

酪氨酸激酶受體erbB-2是由原癌基因ERBB2基因編碼的一種蛋白，常被稱為人表皮生長(zhǎng)因子2（HER2），是人表皮生長(zhǎng)因子（HER/EGFR/ERBB）家族成員之一[1]。HER2擴(kuò)增或過表達(dá)與腫瘤高侵襲性，易復(fù)發(fā)，死亡率增加密切相關(guān)。研究顯示,在乳腺癌（20%～30%）[2]、胃癌（7%～34%）[3-4]、卵巢癌、肺癌和前列腺癌中均存在不同程度的HER2過表達(dá)，HER2過表達(dá)往往預(yù)示患者預(yù)后差。HER2過表達(dá)的患者能夠從HER2靶向治療中獲益。HER2的表達(dá)水平對(duì)腫瘤靶向治療具有指導(dǎo)作用[4]。目前，IHC/FISH等傳統(tǒng)的HER2檢測(cè)方法為局部有創(chuàng)檢測(cè)，無法實(shí)現(xiàn)全身評(píng)估、療效監(jiān)測(cè)，也無法解決腫瘤異質(zhì)性的問題。分子影像診斷以人全身為研究對(duì)象，將腫瘤影像診斷提高到腫瘤細(xì)胞特異性表達(dá)的分子水平，通過生物靶向探針，在組織水平、細(xì)胞和亞細(xì)胞水平反映活體狀態(tài)下分子水平變化，對(duì)其生物學(xué)行為在影像學(xué)方面進(jìn)行定性和定量研究[5]。通過核素標(biāo)記免疫治療藥物分子并利用分子影像診斷方式進(jìn)行實(shí)時(shí)、在體的檢測(cè)，能夠?yàn)榛颊吆Y選、療效監(jiān)測(cè)、治療方案優(yōu)化、預(yù)后評(píng)估提供新方法。本綜述以目前已有的HER2分子探針為基點(diǎn)，對(duì)分子影像引導(dǎo)腫瘤靶向治療發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

1 HER2靶向藥物的應(yīng)用

分子靶向治療以腫瘤細(xì)胞的特性改變，即以已知與腫瘤惡性行為密切相關(guān)的異常分子和基因?yàn)樽饔冒悬c(diǎn)，可以選擇性殺傷腫瘤細(xì)胞，在發(fā)揮更強(qiáng)的抗腫瘤活性的同時(shí)，減少對(duì)正常細(xì)胞的毒副作用，具體機(jī)制見圖1。目前HER2分子靶向藥物主要分為兩大類：（1）單克隆抗體：曲妥珠單抗，帕妥珠單抗；曲妥珠單抗-美坦新偶聯(lián)物（T-DM1）；（2）酪氨酸激酶抑制劑：拉帕替尼、阿法替尼、來那替尼。

HER2分子靶向藥物在臨床應(yīng)用的過程中，我們需要考慮的問題：如何篩選HER2分子靶向治療可能有效的患者、如何監(jiān)測(cè)患者對(duì)分子靶向藥物的響應(yīng)、如何與傳統(tǒng)治療方法配合以提高療效、如何解決分子靶向藥物的耐藥性問題等。

ToGA的臨床三期研究結(jié)果顯示，HER2過表達(dá)晚期胃癌患者抗HER2 靶向治療客觀有效率僅為47.3%。即使初始有效，也最終出現(xiàn)惡性腫瘤復(fù)發(fā)及耐藥。此外，Trastuzumab單抗自身具有較強(qiáng)的心臟毒副作用，每10例接受Trastuzumab單抗治療的乳腺癌患者中就有1例會(huì)發(fā)生心臟毒性[4,6]。另一方面，單克隆抗體在惡性腫瘤的靶向治療中表現(xiàn)出高度異質(zhì)性。如胃癌中，僅組織學(xué)HER2表達(dá)陽(yáng)性的胃癌患者可以從Trastuzumab抗HER2的靶向治療中獲益[7]。因此，實(shí)現(xiàn)靶向藥物在腫瘤治療中的個(gè)體化治療、精準(zhǔn)治療將成為腫瘤診療最值得關(guān)注的問題。臨床檢測(cè)HER2表達(dá)是通過免疫組織化學(xué)（IHC）和熒光原位雜交（FISH）等傳統(tǒng)方法，但I(xiàn)HC/FISH方法測(cè)定結(jié)果僅為病理切片的HER2表達(dá)水平，不能提供機(jī)體整體與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移時(shí)HER2表達(dá)信息[8]，且無法實(shí)現(xiàn)在體、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)HER2表達(dá)狀態(tài)；除此之外，HER2在惡性腫瘤中表現(xiàn)出高度異質(zhì)性，IHC/FISH方法僅能檢測(cè)出10%～24%原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移灶之間HER2表達(dá)水平不一致[9]。我們迫切需要新的檢測(cè)方法解決這些問題。

2 臨床轉(zhuǎn)化的靶向HER2分子探針

核醫(yī)學(xué)分子示蹤技術(shù)利用放射性分子探針可以特異性的無創(chuàng)檢測(cè)和評(píng)估腫瘤患者的全身病灶的HER2表達(dá)信息，早期獲得患者腫瘤組織對(duì)單抗的響應(yīng)情況，為HER2高表達(dá)腫瘤治療過程中患者篩選、監(jiān)測(cè)療效、耐藥性和復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移提前預(yù)警，為HER2生物學(xué)行為密切相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路提供可視化研究方法。

目前靶向HER2的配體包括單克隆抗體、Fab、Affibody等。制備分子探針需要選擇物理半衰期與HER2配體生物半衰期相匹配的放射性核素，得到最佳成像時(shí)間。單克隆抗體選擇長(zhǎng)物理半衰期核素如89Zr（T1/2=78 h）和111In（T1/2= 67 h）進(jìn)行標(biāo)記，可以與單抗的生物半衰期（T1/2約72 h）相匹配。Fab和Affibody可以選擇短半衰期核素如68Ga或18F（68Ga，T1/2=68 min；18F，T1/2=110 min）標(biāo)記。中等半衰期核素如64Cu（T1/2=12.7 h）也可用于對(duì)單克隆抗體進(jìn)行標(biāo)記。常規(guī)正電子核素（如11C、13N、15O、18F）的半衰期太短，不支持抗體成像。

目前許多PET和SPECT分子探針已進(jìn)入臨床（臨床期或已進(jìn)入臨床Ⅰ期、Ⅱ期試驗(yàn)）檢測(cè)HER2陽(yáng)性乳腺癌原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶，見表1，本文主要介紹以曲妥珠單抗、Fab、Affibody為標(biāo)記前體的分子探針。這些分子探針可更準(zhǔn)確的診斷和指導(dǎo)HER2靶向治療。

圖1 HER2介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(A)和HER2靶向藥物的抗腫瘤作用機(jī)制(B)Figure1 HER2-mediated signal-transduction pathways(A) and antitumor mechanism of HER2 targeted drugs(B)

表 1 已進(jìn)入臨床轉(zhuǎn)化階段的HER2分子探針Table1 HER2 molecular probe in clinical research

2.1 Trastuzumab為標(biāo)記前體的核素靶向分子探針

2.1.1111In-MxDTPA-trastuzumab 2001年，Behr教授用單光子核素銦-111標(biāo)記曲妥珠單抗，成功檢測(cè)到肝轉(zhuǎn)移灶，這是首次用核素標(biāo)記曲妥珠單抗，具有里程碑意義[23]。2006年，Perik實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)用111In-MxDTPA-trastuzumab分子探針評(píng)估曲妥珠單抗治療相關(guān)的心臟毒性和分子探針在腫瘤中的攝取。這項(xiàng)研究的結(jié)果顯示在111In-MxDTPA-trastuzumab分子探針篩選HER2陽(yáng)性患者是可行的，且篩選的患者可以從曲妥珠單抗治療中獲益[11]。Gaykema實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)研究曲妥珠單抗的治療是否影響腫瘤對(duì)111Intrastuzumab的攝取。研究表明，曲妥珠單抗治療使腫瘤對(duì)111In-trastuzumab的攝取降低20%，111Intrastuzumab可以用于曲妥珠單抗靶向治療過程中的顯像[12]。

Wong實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)評(píng)估111In-MxDTPA-trastuzumab分子探針在HER2陽(yáng)性患者的體內(nèi)生物分布、藥代動(dòng)力學(xué)、免疫原性和腫瘤攝取情況[10]。在此研究中，注射111In-MxDTPA-trastuzumab的8例患者耐受良好，未出現(xiàn)不良反應(yīng)。7例已知陽(yáng)性患者中，3例腫瘤位置有高攝取。繼續(xù)觀測(cè)2月，患者未出現(xiàn)免疫反應(yīng)，說明該分子探針的安全性。

2.1.289Zr-DFO-trastuzumab89Zr是一種富有魅力的核素，89Zr的物理半衰期是78 h與單抗的生物半衰期72 h相匹配。89Zr與111In相比，具有更高的空間分辨率和更好的信噪比，而且PET相比SPECT而言，能夠定量分析。2009年，格羅寧根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心Dijkers教授及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)曲妥珠單抗進(jìn)行89Zr放射性標(biāo)記及動(dòng)物成像研究。在此研究中發(fā)現(xiàn)89Zr-DFO-trastuzumab分子探針有較好的腫瘤放射性攝取和較高的T/NT值，且生物分布與111In-MxDTPA-trastuzumab相一致[13]。在Dijkers及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的后續(xù)臨床轉(zhuǎn)化研究中，招募40名HER2陽(yáng)性乳腺癌患者進(jìn)行89Zr-DFO-trastuzumab顯像研究。在此研究中顯示評(píng)估最佳時(shí)間是4～5天。89Zr-DFO-trastuzumab分子探針能檢測(cè)出大部分陽(yáng)性病灶，不僅能檢測(cè)出HER2陽(yáng)性的原發(fā)灶，也能檢測(cè)出HER2陽(yáng)性的轉(zhuǎn)移灶，而且能檢測(cè)出18FFDG未發(fā)現(xiàn)的腦轉(zhuǎn)移灶[14]。

斯隆-凱特林紀(jì)念癌癥中心MSKCC的Ulaner教授及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)研究89Zr-DFO-trastuzumab分子探針是否可以檢測(cè)出HER2陰性原發(fā)腫瘤的HER2陽(yáng)性轉(zhuǎn)移灶。該臨床試驗(yàn)招募了9例HER2陰性患者，所有患者病理證實(shí)HER2陰性。在此研究中，5例患者檢測(cè)出轉(zhuǎn)移灶有高攝取，病理活檢發(fā)現(xiàn)2例患者病理證實(shí)HER2陽(yáng)性，3例患者病理證實(shí)HER2陰性。本研究的重要發(fā)現(xiàn)是89Zr-DFO-trastuzumab分子探針可以檢測(cè)出HER2陰性患者的HER2陽(yáng)性轉(zhuǎn)移灶。雖然只是小樣本，這些結(jié)果可以為HER2腫瘤異質(zhì)性提供了一種解釋假設(shè)：為什么少數(shù)HER2陰性患者可以從HER2靶向治療中獲益[15]。目前該中心O'Donoghue教授及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)正在招募HER2陽(yáng)性食管胃交界腫瘤患者進(jìn)行89Zr-DFO-trastuzumab的臨床研究[16]。

2.1.364Cu-DOTA-trastuzumab64Cu（T1/2=12 h）是中等半衰期核素。MSKCC的Tamura教授及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)首次發(fā)起64Cu-DOTA-trastuzumab臨床研究，研究該分子探針在人體內(nèi)的安全性、生物分布、輻射吸收劑量和HER2陽(yáng)性腫瘤的顯像。此項(xiàng)研究招募6例原發(fā)性或轉(zhuǎn)移性HER2陽(yáng)性乳腺癌患者，注射130 MBq64Cu-DOTA-trastuzumab后，分別于注射后1、24、48 h采集圖像。收集血液、尿液和非靶組織等樣本來評(píng)估此分子探針的生物分布、輻射吸收劑量。該研究顯示，注射后48 h是圖像最佳采集時(shí)間。該研究的重要發(fā)現(xiàn)是64Cu-DOTA-trastuzumab整個(gè)過程中的輻射吸收劑量與PET經(jīng)典顯像劑18F-FDG的輻射吸收劑量相近。在6例患者中，2例患者檢測(cè)出腦轉(zhuǎn)移灶。3例患者檢測(cè)出原發(fā)病灶，且檢出區(qū)域與CT相同[17]。

基于Tamura教授及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)64Cu-DOTA-trastuzumab能成功檢測(cè)出HER2陽(yáng)性原發(fā)性乳腺癌患者的腦轉(zhuǎn)移灶的發(fā)現(xiàn)，國(guó)立癌癥中心醫(yī)院Kurihara教授及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行更深入64Cu-DOTA-trastuzumab對(duì)檢出HER2陽(yáng)性患者腦轉(zhuǎn)移灶的研究。此項(xiàng)研究招募5例確診為HER2陽(yáng)性乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移患者，進(jìn)行64Cu-DOTA-trastuzumab顯像研究。5例患者腦轉(zhuǎn)移灶中均可見陽(yáng)性攝取。該研究進(jìn)一步證實(shí)曲妥珠單抗可能通過血腦屏障，可以檢測(cè)到HER2陽(yáng)性轉(zhuǎn)移灶[24]。這些研究證實(shí)，64Cu-DOTA-trastuzumab可以無創(chuàng)探測(cè)患者的原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶。

目前，北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科正在進(jìn)行64Cu-NOTA-trastuzumab檢測(cè)HER2陽(yáng)性胃癌患者原發(fā)病灶及轉(zhuǎn)移病灶的臨床研究，患者正在招募中[18]。

2.2 Trastuzumab以外的核素靶向分子探針

2.2.168Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab Fab抗體僅含F(xiàn)ab分子，F(xiàn)ab段由完整的輕鏈（恒定區(qū)CL和可變區(qū)VLCL）和重鏈Fd段（第一恒定區(qū)CH1和可變區(qū)VH）通過一個(gè)二硫鍵連接形成異二聚體，整個(gè)分子大小約占總抗體的三分之一，僅含有一個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)，可以保存與抗原結(jié)合的功能。Beylergil及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)開展68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab分子探針評(píng)估HER2表達(dá)水平的臨床前研究，評(píng)估68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab毒性，藥代動(dòng)力學(xué)，生物分布和輻射吸收劑量。該研究納入15例乳腺癌患者，其中7例HER2陰性患者，8例HER2陽(yáng)性患者。在HER2陽(yáng)性組，7例接受曲妥珠單抗治療和1例未經(jīng)曲妥珠單抗治療。4/8陽(yáng)性患者顯像中發(fā)現(xiàn)已知原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶[19]。

2.2.268Ga-HER2 Affibody 2010年，Baum教授及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)開展了68Ga-ABY-002 和111In-ABY-002在HER2陽(yáng)性腫瘤患者中的顯像研究。該研究招募了3例患者，進(jìn)行18F-FDG與68Ga-ABY-002和111In-ABY-002的對(duì)比顯像研究，68Ga-ABY-002和111In-ABY-002檢測(cè)到9例病灶，18F-FDG檢測(cè)到11例病灶。該研究表明，68Ga-ABY-002和111In- ABY-002具有檢測(cè)HER2陽(yáng)性病灶的潛能；且ABY-002代謝較快，可以在注射后2 h獲得高品質(zhì)的PET/SPECT圖像。但仍需要進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化此類Affibody分子探針的劑量、時(shí)間、敏感度和特異性等[25]。2014年，S?rensen及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)的了靶向HER2的Affibody小分子ABY-025并開展了111In-ABY-025生物分布、安全性、輻射吸收劑量和腫瘤靶向性評(píng)估。ABY-025與ABY-002相比，提高了腫瘤與背景比值，從而檢出更多的轉(zhuǎn)移病灶（最重要的是肝轉(zhuǎn)移灶）[20]。2014年，S?rensen及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)開展了68Ga-ABY-025在HER2陽(yáng)性腫瘤患者中的顯像研究。研究表明68Ga-ABY-025可以定量測(cè)定HER2陽(yáng)性乳腺癌轉(zhuǎn)移患者的HER2表達(dá)水平[21]。

2.2.368Ga-HER2-Nanobody 納米抗體（Nanobodies）來源于抗體的重鏈特定結(jié)構(gòu)，是最小能與抗原結(jié)合的抗體片段。Keyaerts及其實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的初步評(píng)估了68Ga-HER2-Nanobody分子探針的安全性、生物分布和輻射吸收劑量。此項(xiàng)研究中招募了20例原發(fā)性或轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者。所有患者注射68Ga-HER2-Nanobody后未出現(xiàn)不良反應(yīng)。1 h僅10%放射性劑量滯留在血液中；其輻射劑量與其他常規(guī)使用的PET示蹤劑相當(dāng)；在腎臟、肝臟和腸中攝取量較高，但在其他器官中的背景水平很低，能清楚顯示HER2陽(yáng)性乳腺癌的原發(fā)灶或轉(zhuǎn)移灶，可在Ⅱ期臨床試驗(yàn)中進(jìn)一步評(píng)估[22]。

3 總結(jié)

近年來，腫瘤免疫治療已成為繼腫瘤傳統(tǒng)治療方法后的又一種重要的腫瘤治療方法。但是，并不是所有的患者都對(duì)腫瘤免疫治療有響應(yīng)。核醫(yī)學(xué)分子探針進(jìn)行全身顯像并指導(dǎo)腫瘤治療。HER2靶向分子探針有望高敏感度、特異性、無創(chuàng)檢測(cè)HER2陽(yáng)性腫瘤的原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶的HER2表達(dá)情況，為HER2陽(yáng)性腫瘤患者靶向治療提供指導(dǎo)。