乳腺癌HER2的PET顯像臨床研究進(jìn)展

黃錢(qián)煥，徐宇平，楊 敏

(1.江陰市人民醫(yī)院，江蘇 江陰 214400；2.江蘇省原子醫(yī)學(xué)研究所 衛(wèi)生部核醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇省分子核醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214063 )

乳腺癌是女性最常見(jiàn)的癌癥，據(jù)世界癌癥中心最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，全球每年約有170萬(wàn)人被診斷為乳腺癌，以及約50萬(wàn)人死于此病，分別占癌癥病例的25%和癌癥死亡人數(shù)的15%。乳腺癌患者中約有18%～25%的過(guò)表達(dá)人表皮生長(zhǎng)因子受體2(HER2)[1]。HER2屬于酪氨酸激酶的表皮生長(zhǎng)因子受體家族，它誘導(dǎo)信號(hào)通路促進(jìn)多種細(xì)胞過(guò)程，包括增殖、分化、存活、血管生成和抗凋亡功能，預(yù)示著更具侵襲性的疾病和不良的臨床結(jié)果[2-3]。

曲妥珠單抗是一種針對(duì)HER2胞外結(jié)構(gòu)域的人源化單克隆抗體，可以延長(zhǎng)HER2陽(yáng)性患者的復(fù)發(fā)時(shí)間，提高總體生存率[4]。然而，轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者中有44%～64%對(duì)曲妥珠單抗作為單一藥物治療耐藥，而只有12%～22%的患者在曲妥珠單抗耐藥聯(lián)合細(xì)胞毒性藥物治療中獲益[5]。因此，治療前及治療期間需準(zhǔn)確評(píng)估HER2狀態(tài)。臨床上應(yīng)用穿刺活檢或手術(shù)獲取病理組織，通過(guò)免疫組織化學(xué)(IHC)和熒光原位雜交(FISH)確定HER2狀態(tài)。然而，通過(guò)活檢獲取腫瘤組織有創(chuàng)傷，而且活檢穿刺過(guò)程中有可能通過(guò)從原發(fā)病灶向遠(yuǎn)處器官播散癌細(xì)胞[6]。有報(bào)道原發(fā)腫瘤與轉(zhuǎn)移灶之間HER2表達(dá)有相對(duì)較高的不一致率(6%～48%)；HER2陰性原發(fā)腫瘤患者可能有HER2陽(yáng)性轉(zhuǎn)移灶[5-7]，活檢腫瘤的腫瘤內(nèi)異質(zhì)性，以及小樣本量不一定代表整個(gè)腫瘤的或轉(zhuǎn)移灶的HER2表達(dá)狀態(tài)[8-9]。此外，Pectasides等[10]研究表明，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的曲妥珠單抗治療后，37%的腫瘤不再表達(dá)HER2。上述情況表明，無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確、全面評(píng)估HER2狀態(tài)有助于更合理地使用曲妥珠單抗。

在這種情況下，使用特定放射性藥物靶向HER2的正電子發(fā)射斷層掃描(PET)顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)。PET顯像是一種無(wú)創(chuàng)性檢查，靶向HER2探針與HER2蛋白具有特異性的結(jié)合能力，可以顯示全身的HER2陽(yáng)性病灶。相比活檢方法具有優(yōu)勢(shì)，為患者提供了一種補(bǔ)充性和非侵入性選擇，可以評(píng)估全身HER2狀態(tài)，監(jiān)測(cè)HER2靶向治療的反應(yīng)，早期鑒別耐藥的患者，有助于指導(dǎo)醫(yī)師為患者量身定制治療方案。此外，由于基因擴(kuò)增并不總是導(dǎo)致HER2蛋白的過(guò)度表達(dá)，一些體細(xì)胞突變基因擴(kuò)增陰性的腫瘤細(xì)胞能表達(dá)HER2蛋白，此時(shí)使用靶向HER2 PET檢查顯示出對(duì)FISH檢查的優(yōu)勢(shì)[11-12]。

將靶向HER2的分子應(yīng)用于PET顯像已引起了廣泛的興趣，最近開(kāi)發(fā)了許多新的放射性藥物應(yīng)用于臨床前及臨床研究[13]。本文主要綜述靶向乳腺癌HER2 PET顯像應(yīng)用于臨床研究的最新進(jìn)展，有助于醫(yī)師快速了解分子影像在乳腺癌HER2診療研究中的臨床結(jié)果，推進(jìn)HER2 PET技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化。

1 靶向放射性藥物

1.1 完整抗體

IgG分子對(duì)靶標(biāo)抗原親和力高，相對(duì)治療而言有理想的藥代動(dòng)力學(xué)。然而，IgG分子的半衰期長(zhǎng)，相對(duì)分子質(zhì)量(150 kDa)大，導(dǎo)致腫瘤穿透率低而緩慢。而在顯像之前需要足夠的血液清除率以達(dá)到最佳的腫瘤與血液比例，限制了在分子影像中的應(yīng)用[14]。

1.1.189Zr-DFO-Trastuzumab

血液中抗體的循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)其物理半衰期(t1/2)選擇合適的放射性核素。鋯-89(89Zr)通過(guò)正電子發(fā)射衰減，平均能量低(Eβ+平均值為396 keV)，半衰期為3.27 d，可以匹配抗體的長(zhǎng)生物半衰期，提供良好的PET空間分辨率[15-16]。

Dijkers等[17]在轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者中進(jìn)行了首例人類(lèi)89Zr-trastuzumab PET顯像臨床試驗(yàn)。臨床研究招募了14例HER2陽(yáng)性轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者，以確定最佳劑量和給藥時(shí)間。結(jié)果表明，89Zr-trastuzumab顯示出良好的腫瘤攝取和HER2陽(yáng)性轉(zhuǎn)移病灶的可視化。這些病變通常與計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)和磁共振成像掃描的可用數(shù)據(jù)一致。曲妥珠單抗的單克隆抗體由于其尺寸大而不能穿過(guò)完整的血腦屏障，對(duì)腦轉(zhuǎn)移的藥物遞送提出了挑戰(zhàn)。Dijkers等[17]觀(guān)察到腦轉(zhuǎn)移灶的攝取可能是腦轉(zhuǎn)移部位血腦屏障的破壞，評(píng)估89Zr-trastuzumab腫瘤攝取的最佳時(shí)間為給藥后4～5 d，沒(méi)有觀(guān)察到與輸注有關(guān)的反應(yīng)或不良事件，估計(jì)總輻射劑量與2次腹部CT掃描(18 mSv)相當(dāng)。

隨后，Gaykema等[18]應(yīng)用89Zr-trastuzumab為一個(gè)34歲患有右側(cè)兩種原發(fā)性乳腺癌(一個(gè)為HER2陽(yáng)性，另一個(gè)為HER2陰性)女性患者解決了臨床困難?；颊叩闹饕委煱ㄓ覀?cè)乳房切除術(shù)和腋窩淋巴結(jié)清掃術(shù)，以及術(shù)后行化療聯(lián)合曲妥珠單抗靶向治療。術(shù)后兩年復(fù)查CT顯示縱隔大腫塊和肝臟小占位。肝臟病變的活檢顯示沒(méi)有腫瘤細(xì)胞。為了獲得縱隔病變組織，需要進(jìn)行縱隔鏡檢查?；颊唠S后行89Zr-trastuzumab PET檢查評(píng)估腫瘤的HER2狀態(tài)。PET掃描顯示在縱隔腫塊、頸部淋巴結(jié)及骶椎中有攝取，未檢測(cè)到肝臟占位病變。從89Zr-曲妥珠單抗PET掃描得出結(jié)論，縱隔轉(zhuǎn)移灶是HER2陽(yáng)性，避免了行縱隔鏡手術(shù)。

為了研究89Zr-trastuzumab是否可以檢測(cè)原發(fā)部位為HER2陰性乳腺癌患者的HER2陽(yáng)性轉(zhuǎn)移灶，Ulaner等[19-20]對(duì)兩組患者行前瞻性臨床試驗(yàn)。第一組納入了9例患者，第二組納入了11例患者，所有患者均進(jìn)行病理檢查，證實(shí)HER2陰性的原發(fā)性乳腺癌。20位患者中，有3位患者(15%)為病理學(xué)證實(shí)的HER2陽(yáng)性遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，6位患者(30%)PET檢查提示可疑后被病理證實(shí)HER2陰性，被認(rèn)為是89Zr-trastuzumab假陽(yáng)性的結(jié)果。研究結(jié)果表明，在HER2陰性原發(fā)性乳腺癌患者的一小部分患者中，HER2靶向顯像可以檢測(cè)患者體內(nèi)未知的HER2陽(yáng)性轉(zhuǎn)移灶，但假陽(yáng)性結(jié)果限制了89Zr-trastuzumab的臨床轉(zhuǎn)化，需要進(jìn)一步完善該探針的設(shè)計(jì)。

1.1.264Cu-DOTA-trastuzumab

雖然89Zr-trastuzumab PET可以檢測(cè)出HER2陽(yáng)性病灶，但是因?yàn)榘胨テ陂L(zhǎng)而使患者受到高輻射照射。相反，64Cu的半衰期為12.7 h，表明64Cu-DOTA-trastuzumab PET可能在高分辨率和低輻射下獲得足夠的腫瘤組織對(duì)比度[21]。

Tamura等[22]進(jìn)行了第一項(xiàng)64Cu-DOTA-trastuzumab PET人類(lèi)臨床試驗(yàn)，以確定其安全性、分布、內(nèi)部劑量測(cè)定和初始HER2陽(yáng)性腫瘤圖像。對(duì)6例原發(fā)性或轉(zhuǎn)移性HER2陽(yáng)性乳腺癌患者注射約130 MBq64Cu-DOTA-trastuzumab后，分別在1、24、48 h行PET檢查。從這6名患者的血液，尿液和正常組織樣品收集放射性數(shù)據(jù)，并評(píng)估探針的不同器官生物分布和內(nèi)部劑量測(cè)定。在注射64Cu-DOTA-trastuzumab后以及1周隨訪(fǎng)期間收集所有患者的安全性數(shù)據(jù)，得出注射后48 h是評(píng)估腫瘤攝取64Cu-DOTA-trastuzumab的最佳時(shí)機(jī)。64Cu-DOTA-trastuzumab PET期間的輻射暴露與常規(guī)18F-FDG PET期間的輻射暴露相當(dāng)。血液中的放射性活度很高，但在正常組織中攝取量低。2例患者的64Cu-DOTA-trastuzumab PET顯示腦轉(zhuǎn)移，提示血腦屏障破壞。3例患者的64Cu-DOTA-trastuzumab PET顯像顯示了最初由CT確定的病變部位的原發(fā)性乳腺腫瘤。研究結(jié)果表明，64Cu-DOTA-trastuzumab PET可用于鑒別原發(fā)和轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者HER2陽(yáng)性病灶。在足夠的PET成像所需的劑量下，劑量測(cè)定和藥理學(xué)安全性結(jié)果可接受。

此外，Sasada等[23]在64Cu-DOTA-trastuzumab可以無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)乳腺癌患者的HER2陽(yáng)性原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了該探針檢測(cè)瘤內(nèi)異質(zhì)性的可行性。試驗(yàn)為一例53歲的右側(cè)乳腺癌女性患者，穿刺活檢標(biāo)本病理示HER2 IHC 1+，行64Cu-DOTA-trastuzumab PET顯示腫瘤周邊有強(qiáng)烈的攝取。在強(qiáng)攝取的腫瘤表淺部位再次行活檢后病理示HER2 IHC 2+。為使用HER2 PET顯像描述HER2特異性瘤內(nèi)異質(zhì)性(IHC1+和2+)可視化的第一份報(bào)告。

另一項(xiàng)是關(guān)于64Cu-DOTA-trastuzumab的攝取值與HER2表達(dá)量的相關(guān)性研究[24]，共38例患者，其中HER2陽(yáng)性患者17例，HER2陰性患者18例，HER2可疑患者3例。HER2陽(yáng)性和HER2陰性乳腺腫瘤的平均SUVmax分別為(2.6±0.9)和(1.4±0.9)(P<0.001)。SUVmax值與HER2-IHC評(píng)分相關(guān)(r=0.619)。當(dāng)HER2-PET顯像的SUVmax截?cái)嘀翟O(shè)定為1.98(曲線(xiàn)下面積為0.853，95%置信區(qū)間為0.715～0.991)時(shí)，HER2-PET顯像鑒定出18個(gè)HER2陽(yáng)性腫瘤中的15個(gè)和17個(gè)HER2陰性腫瘤中的15個(gè)(P<0.001)；敏感性、特異性和準(zhǔn)確性分別為83.3%、88.2%和85.7%。結(jié)果表明64Cu-DOTA-trastuzumab的攝取值與HER2表達(dá)量呈正相關(guān)。

1.2 抗體片段

全尺寸抗體作為分子顯像示蹤劑的普遍問(wèn)題，其血液中的滯留時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致高背景活性，靈敏度低，顯像對(duì)比度降低。為了克服完整抗體的缺點(diǎn)，已開(kāi)發(fā)出來(lái)自曲妥珠單抗的抗體片段，如F(ab′)2，并用半衰期較短的同位素進(jìn)行標(biāo)記。IgG相比F(ab′)2的半衰期延長(zhǎng)5倍[25]。較低相對(duì)分子質(zhì)量的抗體片段為與較短的半衰期放射性核素結(jié)合后可以在較早的時(shí)間點(diǎn)和較短的掃描間隔期間進(jìn)行掃描，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于HER2顯像的放射性標(biāo)記的片段抗原結(jié)合Fab區(qū)域。

Beylergil等[26]為了評(píng)估68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab的毒性、藥代動(dòng)力學(xué)、生物分布和劑量學(xué)特征，招募了16例乳腺癌女性患者，未接受68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab的患者被排除在分析之外。研究包含HER2陰性(n=7)和HER2陽(yáng)性(n=8)兩種情況。后者中有7例接受過(guò)曲妥珠單抗治療，另一例未治療。結(jié)果顯示68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab耐受性良好，T1/2為(3.6±0.9) h；在8例HER2陽(yáng)性患者中有4例觀(guān)察到腫瘤靶向。結(jié)果表明該探針安全，但仍需注射更大量、更好的免疫反應(yīng)性抗體以及額外患者群體進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。

1.3 親和體

用68Ga標(biāo)記的曲妥珠單抗F(ab′)2片段是安全的，在注射當(dāng)天可以顯像，但病變檢出率不理想。親和體(affibody)是設(shè)計(jì)為免疫球蛋白結(jié)合蛋白的替代物，也稱(chēng)為“人工抗體”。Affibody分子為58個(gè)氨基酸(6.5 kDa)組成的三螺旋結(jié)構(gòu)，為來(lái)自葡萄球菌蛋白A衍生的Z結(jié)構(gòu)域[27-28]。盡管Affibody分子體積很小，但結(jié)合區(qū)域與抗體-抗原相互作用區(qū)域相似[29-30]，親和力達(dá)到皮摩爾(KD=22 pmol/L)，并已開(kāi)發(fā)用于HER2顯像[31]。它可以被有效地和特定位點(diǎn)放射性標(biāo)記用于顯像而不影響其體內(nèi)HER2腫瘤結(jié)合，并且曲妥珠單抗的存在不會(huì)影響其與HER2結(jié)合[32]。

ABY-025是第二代親和體分子，能降低非特異性肝攝取，結(jié)合位點(diǎn)在HER2細(xì)胞外的結(jié)構(gòu)域Ⅲ。由于曲妥珠單抗和帕妥珠單抗分別與結(jié)構(gòu)域Ⅳ和Ⅱ結(jié)合，因此ABY-025會(huì)促進(jìn)非競(jìng)爭(zhēng)性相互作用，能為在曲妥珠單抗和/或帕妥珠單抗治療濃度下使用此顯像劑提供優(yōu)勢(shì)[33]。S?rensen等[34]首次進(jìn)行了68Ga-ABY-025臨床試驗(yàn)，研究低劑量肽(78±8) μg與高劑量肽(427±19) μg對(duì)顯像的影響、顯像攝取值的可重復(fù)性和腫瘤攝取值與病理學(xué)的相關(guān)性。該臨床試驗(yàn)招募了16例已知轉(zhuǎn)移灶和正在進(jìn)行治療的乳腺癌女性患者。靜脈注射(212±46) MBq68Ga-ABY-025后，在1、2、4 h行PET顯像。前10例患者中(6例HER2陽(yáng)性，4例HER2陰性原發(fā)性腫瘤)間隔1 周進(jìn)行兩次不同肽劑量的68Ga-ABY-025 PET/CT。后6例患者中(5例HER2陽(yáng)性，1例HER2陰性原發(fā)性腫瘤)間隔1 周重復(fù)進(jìn)行68Ga-ABY-025 PET掃描，檢測(cè)個(gè)體病變攝取值的可重復(fù)性。結(jié)果顯示，高劑量肽4 h顯像最能區(qū)分HER2陽(yáng)性轉(zhuǎn)移灶(P<0.01)。 PET SUV值與病理HER2評(píng)分呈正相關(guān)(r=0.91，P<0.001)。 HER2陽(yáng)性的攝取值比HER2陰性病變的攝取值高5倍(P=0.005)。重復(fù)顯像的內(nèi)部相關(guān)性r=0.996。68Ga-ABY-025 PET能夠正確識(shí)別HER2陽(yáng)性原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶，并改變了3例患者的靶向治療。

此外，S?rensen等[35]招募了8例乳腺癌轉(zhuǎn)移患者，為了測(cè)量68Ga-ABY-025體內(nèi)的生物分布，并測(cè)定2組不同劑量肽的輻射劑量。在注射68Ga-ABY-025 后的1、2、4 h放射性核素?cái)z取高的為腎臟和肝臟。低劑量肽(LD)的總有效劑量為(0.030±0.003) mSv/MBq，高劑量肽(HD)為(0.028±0.002) mSv/MBq。結(jié)果表明，注射200 MBq68Ga-ABY-025后，LD的輻射吸收劑量為6.0 mSv，HD為5.6 mSv。因此，從輻射劑量考慮，行乳腺癌HER2 PET/CT掃描優(yōu)選高劑量肽。

1.4 納米抗體

納米抗體被認(rèn)為是最小的天然來(lái)源抗原結(jié)合片段(12～15 kDa)，其由駱駝科免疫球蛋白G的重鏈部分的可變結(jié)構(gòu)域組成[36]。小尺寸、高穩(wěn)定性、納摩爾親和力和低免疫原性使他們有可能成為優(yōu)異的分子成像探針[37-38]。

Keyaerts等[39]報(bào)道了68Ga-HER2-Nanobody的安全性、生物分布、劑量學(xué)和乳腺癌患者中腫瘤靶向潛力。20例女性原發(fā)性或轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者(HER2 IHC 2+或3+)分為3組，每組接受的68Ga-HER2-Nanobody的量分別為0.01、0.1、1 mg(放射性活度范圍為 53～174 MBq)。估計(jì)生物半衰期為1 h，腎臟系統(tǒng)是消除放射性藥物的主要途徑。接受最高輻射劑量的器官為膀胱壁(0.406 mGy/MBq)，每例患者平均4.6 mSv。結(jié)果表明，使用68Ga-HER2-Nanobody安全且沒(méi)有副作用。在轉(zhuǎn)移性疾病患者中，大多數(shù)確定疾病部位中示蹤劑積聚遠(yuǎn)高于背景。示蹤劑積累中原發(fā)病灶更易變。68Ga-HER2-Nanobody PET/CT可能不適用于評(píng)估原發(fā)性乳腺癌病變中的HER2表達(dá)。

2 優(yōu)缺點(diǎn)比較

對(duì)靶向乳腺癌HER2 PET分子探針的介紹可以看出，完整抗體、抗體片段、親和體、納米抗體的優(yōu)點(diǎn)和局限性列于表1?？筛鶕?jù)臨床的不同需求選擇不同的HER2探針。例如，監(jiān)測(cè)抗體靶向治療(例如曲妥珠單抗、帕妥珠單抗)時(shí)，基于抗體的探針可能是優(yōu)選的。用于診斷或預(yù)測(cè)對(duì)小分子治療的應(yīng)答(例如拉帕替尼，放射性標(biāo)記的納米抗體)時(shí)優(yōu)選相對(duì)分子質(zhì)量小的探針。

3 總結(jié)與展望

乳腺癌HER2的表達(dá)增加與不良預(yù)后相關(guān)。對(duì)乳腺癌患者HER2狀態(tài)的準(zhǔn)確及全面評(píng)估是決定治療策略的重要前提。以PET為代表的分子影像具有很大的優(yōu)勢(shì)，可以成為“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”時(shí)代的寶貴工具。本文概述了目前HER2 PET顯像劑用于臨床研究的最新?tīng)顩r，其范圍從單克隆抗體到小分子。核素標(biāo)記的曲妥珠單抗探針的全抗體方法難以通過(guò)PET掃描產(chǎn)生敏感的圖像。這是因?yàn)榕c較低相對(duì)分子質(zhì)量的分子相比，高相對(duì)分子質(zhì)量的抗體導(dǎo)致相對(duì)較慢的全身清除率和相對(duì)較低的腫瘤血液比率，低效的外滲和腫瘤穿透性。但小分子如Affibody和納米抗體已經(jīng)表現(xiàn)出良好的體內(nèi)特性。通過(guò)進(jìn)一步的前瞻性臨床研究和驗(yàn)證，靶向乳腺癌HER2的PET顯像更有助于為患者定制個(gè)性化的治療，早期監(jiān)測(cè)治療反應(yīng)，提早停止無(wú)效并且昂貴的治療，及時(shí)調(diào)整治療方案，為患者節(jié)省費(fèi)用，改善患者預(yù)后。

表1 乳腺癌HER2探針PET顯像的臨床研究Table 1 Clinical PET image for HER2-positive breast cancer