免疫成像技術(shù)、策略及在免疫治療中的應(yīng)用

李周雷 張祥松

免疫療法是使用病人自身的免疫細(xì)胞尋找并摧毀惡性疾病的治療方法。靶向用于免疫治療的細(xì)胞或小分子的顯像方法會提供對免疫療法的有效及失效機制的特異性信息。

免疫顯像戰(zhàn)略

過去十年中免疫成像的重點從對癌癥和特定疾病轉(zhuǎn)向針對患者基本免疫系統(tǒng)的精準(zhǔn)化、個體化，使免疫成像技術(shù)迅速發(fā)展起來，這種范式轉(zhuǎn)變的原因是傳統(tǒng)成像方法未能準(zhǔn)確監(jiān)測和預(yù)測病人對免疫療法的反應(yīng)［1］。表1 和表2 通過列舉了用于對免疫系統(tǒng)進行成像的制劑，總結(jié)了目前部分免疫成像主要工具的狀態(tài)。將免疫成像技術(shù)分為兩類：針對內(nèi)源性免疫細(xì)胞生物標(biāo)志物（圖1）的探針及直接和間接的免疫細(xì)胞標(biāo)記法（表 1、2，圖 1、2）。

圖1 針對內(nèi)源性免疫細(xì)胞生物標(biāo)志物成像原理

圖2 直接免疫細(xì)胞標(biāo)記法原理

圖3 間接免疫細(xì)胞標(biāo)記法原理

內(nèi)源性免疫細(xì)胞生物標(biāo)志物的探針

這種影像探針通過結(jié)合或選擇性地被內(nèi)源性免疫分子或免疫細(xì)胞所利用，免疫靶點多種多樣，其中許多被免疫學(xué)家歸類為分化抗原簇（CD）標(biāo)記。CD 標(biāo)記的表達(dá)在空間和時間上都具有異質(zhì)性，這些標(biāo)記定義了免疫細(xì)胞表型。CD 標(biāo)記可用于識別從一般免疫細(xì)胞類別（如CD3 陽性 T 細(xì)胞）到特定細(xì)胞類型（如 CD3 陽性、CD4 陽性、FoxP3 陽性調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞）及免疫細(xì)胞的狀態(tài)（如 CD3 陽性、CD4 陽性、CD25 陽性，CD279-高，F(xiàn)OXP3 陽性激活調(diào)節(jié)T 細(xì)胞）。除了這些CD 標(biāo)記，某些代謝途徑也在免疫細(xì)胞中也存在選擇性上調(diào)。例如脫氧鳥苷激酶和脫氧核糖核酸激酶的表達(dá)，在具有活性的T 細(xì)胞中都有上調(diào)現(xiàn)象。免疫生物標(biāo)志物的鑒定和選擇是一個重要的研究領(lǐng)域，由于這些免疫標(biāo)記物的自然存在，為內(nèi)源性免疫細(xì)胞生物標(biāo)志物的探針提供了一種相對直接的免疫成像方法。

免疫細(xì)胞標(biāo)記法

直接標(biāo)記的免疫細(xì)胞的現(xiàn)象方法，首先從患者體內(nèi)分離，用成像劑在體外孵育，然后傳回之前的患者體內(nèi)進行顯像。以這種方式監(jiān)測免疫細(xì)胞，包括T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和造血干細(xì)胞在體內(nèi)的行蹤。雖然這種策略能夠簡單和特異性的標(biāo)記感興趣的免疫細(xì)胞，但它仍存在缺陷。首先，顯像劑對細(xì)胞功能有直接影響。例如，用PET 或MRI 跟蹤細(xì)胞的氧化鋁和鐵氧體，會導(dǎo)致細(xì)胞毒性。此外，由于細(xì)胞分裂期間對探針產(chǎn)生代謝或稀釋，隨著時間的推移，靈敏度會下降。

免疫細(xì)胞間接標(biāo)記法克服了與直接貼標(biāo)相關(guān)的許多缺陷，間接標(biāo)記策略包括病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)或?qū)蟾婊蜣D(zhuǎn)錄到感興趣的免疫細(xì)胞中，報告基因可以是從熒光素酶（例如螢火蟲用來產(chǎn)生其特有的生物發(fā)光發(fā)光的酶）到編碼人體中不常見的酶的病毒基因的任何基因。此外，報告基因具有啟動子，只有在免疫細(xì)胞被激活時，這些啟動子才會被激活并使目標(biāo)基因表達(dá)，從而揭示免疫細(xì)胞的位置、生存能力和激活狀態(tài)［2］。雖然間接標(biāo)記技術(shù)理論上可以在體內(nèi)進行，非特異性的缺陷及對人類病毒基因的編輯限制了其應(yīng)用，目前僅限于體外免疫顯像［1］。

表1 內(nèi)源性免疫細(xì)胞生物標(biāo)志物的探針

表2 免疫細(xì)胞標(biāo)記法

免疫顯像在免疫治療中的應(yīng)用

1.免疫檢查點阻斷

免疫檢查點阻斷是免疫治療策略的熱點之一，適用于惡性腫瘤治療。在正常生理條件下，所謂的免疫檢查點有助于防止免疫系統(tǒng)錯誤的攻擊健康組織。不幸的是，癌癥可以調(diào)節(jié)免疫檢查點分子，從而逃避免疫檢測和攻擊。用治療藥物阻斷這些免疫抑制信號通路，對免疫檢查點進行阻斷，從而對抗腫瘤免疫反應(yīng)進行阻滯。許多臨床試驗正在進行中，美國食品和藥物管理局已經(jīng)批準(zhǔn)了針對幾種免疫檢查點分子的藥物： CTLA-4、PD-1 和 PD-L1（3）盡管免疫檢查點阻斷療效不錯，但只適于部分患者。

目前，正在開發(fā)幾種預(yù)測最有可能對免疫檢查點阻斷療法做出反應(yīng)的患者的影像工具。例如，Heskamp 等開發(fā)了一種111In 標(biāo)記的單克隆抗體，用于人類PD-L1 表達(dá)的小鼠 SPECT/CT 成像［4］。Rashidian 等［5］研發(fā)了89Zr 標(biāo)記的PEGylated 單域抗體片段以CD8 位標(biāo)靶的免疫成像，跟蹤T 細(xì)胞在體內(nèi)的行蹤。

2.嵌合抗原受體 T 細(xì)胞（CAR-Ts）治療

CAR-Ts 是一種個性化的治療方法，T 細(xì)胞從患者身上分離，并在重新引入患者之前進行基因編輯，以表達(dá)嵌合抗原受體。嵌合抗原受體可結(jié)合各種腫瘤相關(guān)抗原，新一代的CAR-Ts 將胞外結(jié)合域與胞內(nèi)膜特性物質(zhì)結(jié)合，提高了治療特異性和療效。到目前為止，CAR-Ts 在治療血液惡性腫瘤方面取得了巨大成功，也一直努力在實體腫瘤治療中嘗試。然而，CAR-Ts 療法也存在嚴(yán)重的不良反應(yīng)，包括細(xì)胞因子釋放綜合征、神經(jīng)毒性作用等，在某些情況下，甚至導(dǎo)致死亡［6］。

報告者基因成像策略適合CAR-Ts 治療，因為細(xì)胞本來需要從患者身上取出并進行基因編輯，這時就可將探針一并裝配上。最近，Keu 等展示了 CAR-Ts 的基因成像在膠質(zhì)細(xì)胞瘤患者中應(yīng)用的成果［7,8］。在這項研究中，使用嵌合抗原受體 IL-13 的 T 細(xì)胞靶向 IL-13 陽性腫瘤，并將HSV1-tk 作為治療和成像雙效基因。18F-氟-3-羥基丁基鳥氨酸PET 成像用于監(jiān)測多個復(fù)發(fā)性高等級膠質(zhì)瘤患者中CAR-Ts 的運輸、存活和增殖。盡管免疫成像仍面臨許多挑戰(zhàn)，包括嚴(yán)格的食品和藥物管理局法規(guī)限制等，但受體成像可通過指示T 淋巴細(xì)胞在人體內(nèi)的生物學(xué)行為與患者存活率之間的關(guān)系，指導(dǎo)CAR-Ts 療法在實體腫瘤治療中的發(fā)展和應(yīng)用。

免疫成像的未來發(fā)展

免疫成像在免疫治療藥物開發(fā)過程中發(fā)揮重要作用，有助于簡化免疫治療的臨床轉(zhuǎn)化。在免疫療法的臨床前測評中，成像技術(shù)有助于優(yōu)化治療策略。與許多以生存率為終點的臨床前藥物研究相比，免疫成像可具體指示治療響應(yīng)和失敗的機制。在藥物的臨床試驗過程中，免疫成像有助于入選合適的患者進行治療，從而改進試驗設(shè)計，并獲得優(yōu)化、精確結(jié)果。PET 免疫成像甚至可以對受體目標(biāo)的表達(dá)進行定量評估，不僅提供患者與治療結(jié)果的相關(guān)信息，還可以提供給藥量的相關(guān)信息。