放射性核素標記靶向腫瘤新生血管分子探針研究進展

盧 霞，張華北

(1.北京師范大學 化學學院 教育部重點實驗室，北京 100875；2.北京航天總醫院 影像中心，北京 100076)

腫瘤新生血管來源于周圍組織正常血管，通過出芽、成管的方式，在腫瘤微環境的誘導下形成新生的毛細血管組織，為腫瘤細胞無限增殖及遠處轉移提供必需的氧氣及營養物質，帶走代謝廢物[1-2]。腫瘤血管生成過程受多種內源性血管生成因子及抑制因子的調控[3-6]。尋找新型分子探針，用以早期、特異診斷以及靶向血管生物治療療效監測一直是研究的熱點領域。

核醫學顯像技術是最早的腫瘤新生血管顯像技術，能夠在細胞及分子水平實時、功能顯像腫瘤新生血管形成的生物學過程[7]。近些年，多種放射性核素標記分子顯像探針取得廣泛而深入的研究，分子功能顯像技術快速發展[8]。 同時，不同的顯像技術通過異機及同機融合，相互取長補短，提高了影像診斷的準確率[9-10]。

a—腫瘤血管示意圖(綠色為正常腫瘤細胞，黑色為壞死的腫瘤細胞)；b—腫瘤誘導新生血管形成過程[6]圖1 腫瘤新生血管生成機制示意圖Fig.1 Mechanism of tumor angiogenesis

1 放射性核素標記抗體及其片段分子探針

腫瘤新生血管生成機制示意圖示于圖1。血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是腫瘤新生血管形成過程中最重要的細胞調節因子，大多數靶向腫瘤新生血管分子探針都是應用不同的放射性核素標記抗VEGF抗體及其片段，示蹤腫瘤新生血管。重組小鼠抗VEGF單克隆抗體HuMV833在多種人惡性腫瘤中具有明顯抗腫瘤活性，目前已經進入I期臨床試驗。124I標記MuMV833 PET顯像劑在不同腫瘤患者顯像發現，不同的腫瘤患者，甚至同一種腫瘤不同患者之間，顯像效果差異顯著[11]。

抗體作為示蹤腫瘤新生血管分子探針，優勢在于特異性高，新的顯像技術如預飽和技術能夠進一步提高抗體分子探針顯像的特異性。其中以雙特異性探針的效果較好，在轉移的人結腸癌裸鼠模型中，124I標記雙特異性HSG多肽能夠檢測出肺部直徑約0.3 mm的轉移灶[12]。68Ga和125I標記的雙特異抗癌胚抗原(CEA)半抗原探針，在腫瘤組織中有很高攝取率(10.7±3.6)%ID/g，而正常組織很少攝取(腫瘤與血液放射性攝取比為69.9±32.3)，在CEA不表達的腫瘤組織中，腫瘤組織對分子探針的攝取率僅為(0.35±0.35)%ID/g[13](圖 2)。

圖 2 68Ga及125I標記CEA在腫瘤組織中的攝取 a—注射125I-TF2(0.37 MBq)和68Ga-IMP-288(5 MBq)1 h后不同組織生物分布； b—68Ga-IMP-288 PET/CT 顯像，右側長箭頭所示為CEA表達陽性腫瘤，左側短箭頭所示為CEA表達陰性腫瘤Fig.2 Biodistribution and PET/CT image of 125I-TF2 and 68Ga-IMP-288

放射性核素標記抗體腫瘤新生血管顯像的缺點在于顯像時間長，體內藥物代謝速度較慢以及抗體之間廣泛的交叉相互作用，一般需要幾天才能采集到最佳的圖像[14]，限制了其臨床應用。另外，抗體分子探針與正常組織細胞之間會產生一定的交叉作用，體內顯像圖像本底高，影響靶向部位圖像[15]。

2 腫瘤新生血管多肽分子探針

目前，靶向多肽分子探針發展最為迅速。其中研究較多的是RGD(arginine-glycine-aspartic)多肽分子探針，其能夠靶向結合于整合素αvβ3受體。由于整合素αvβ3受體在惡性腫瘤新生血管內皮細胞中明顯高表達，與腫瘤的惡性程度及侵襲力密切相關，故而定量示蹤整合素αvβ3受體的表達對于惡性腫瘤的早期診斷、研發抗腫瘤新藥及監測抗癌治療效果有重要作用。目前，放射性核素18F、64Cu、68Ga、86Y、125I、99mTc、和111In等標記的RGD肽核素SPECT顯像及PET顯像是腫瘤新生血管分子功能顯像的熱點之一[16]。RGD肽作為新生血管抑制劑，用于整合素靶向治療和顯像也得到了廣泛研究。由于腦膠質瘤細胞表面高度表達整合素，尤其是αvβ3受體，RGD肽介導的腦膠質瘤靶向治療和顯像研究得到了快速發展[17]。

胃泌素相關蛋白受體(gastrin-releasing peptide receptor，GRPR)在多種腫瘤組織中具有明顯高表達，是目前惡性腫瘤顯像及治療研究中非常有前景的靶點之一。由14個氨基酸組成的蛙皮素(Bombesin)能夠選擇性的結合于GRPR。有研究者將RGD與蛙皮素結合起來，以NOTA為連接劑，研發出新型18F-標記RGD-bombesin雙靶向探針，能夠同時示蹤整合素αvβ3受體和GRPR[18]。比較了不同顯像劑對腫瘤組織的顯像效果，發現在前列腺癌腫瘤模型動物中64Cu-NOTA-RGD-bombesin 的腫瘤攝取率明顯高于64Cu-NOTA-RGD和64Cu-NOTA-bombesin單靶點分子探針。同時，64Cu-NOTA-RGD-bombesin雙靶向顯像劑的體內代謝動力學特性也得到了深入研究[19]。腫瘤新生血管顯像能夠為制定不同性質腫瘤治療方案提供重要信息。新型99Tcm-PEG4-E[PEG4-c(RGDfK)]2 (99Tcm-3PRGD2)顯像探針能夠鑒別出分化型甲狀腺癌中不攝取放射性核素碘的病灶，提示抗腫瘤新生血管治療效果差，從而為分化型甲癌抗血管治療提供依據[20]。

2000年，研究者通過大腸桿菌肽噬菌體文庫，篩選到了另外一種能夠特異性結合于腫瘤新生血管內皮細胞的小分子多肽Arg-Arg-Ile(RRL)[21]，氣體微泡標記RRL多肽與腫瘤新生血管來源內皮細胞的結合量超過正常細胞結合量的3倍，在體內靶向超聲顯像中，腫瘤周圍富含血管的區域可見明顯的氣體微泡信號，說明氣體微泡通過RRL多肽的靶向結合作用聚集于腫瘤組織中富含血管區[22]。放射性核素131I標記RRL在前列腺癌移植瘤小鼠核素顯像中，尾靜脈注射顯像劑后24 h，腫瘤組織有明顯的放射性核素濃聚[23]。體內生物分布結果表明，99Tcm-RRL 血液清除速度快，主要濃聚于腎臟和腫瘤內。預先經未標記RRL飽和受體后，99Tcm-RRL 在腫瘤內的攝取明顯降低[24]。通過輻射劑量模型得出131I-RRL的有效劑量是0.029 3 mSv/MBq，存在較高的吸收劑量率的器官包括胃(0.102 mGy/MBq)，小腸(0.069 9 mGy/MBq)，腎臟(0.061 1 mGy/MBq)和肝臟(0.055 mGy/MBq)。以上結果提示，131I-RRL在人體應用安全，充分肯定了131I-RRL作為腫瘤SPECT顯像配體的價值[25]。

RRL與腫瘤血管內皮細胞結合的機制尚不明確。依據計算機分子能量對接試驗結果，考慮血管上皮生長因子受體(vascular epidermal growth factor receptor-2, VEGFR-2)是RRL靶向結合于腫瘤來源血管內皮細胞的可能靶點，經過體內外試驗證實，VEGFR-2并不是RRL與腫瘤內皮細胞結合的唯一靶點，其作用機制尚待進一步研究[26-27]。

多肽分子作為腫瘤新生血管分子探針的優勢在于結構簡單，便于進行化學修飾，從而優化其物理化學、藥效學和藥代動力學性能，以提高其顯像的特異性和靈敏度。其次，由于多肽的相對分子質量一般較小，很容易與靶點結合，顯像時間短。加之多肽合成方法成熟、簡便，所以多肽分子探針在腫瘤新生血管顯像研究中極有前景。

3 納米顆粒探針

納米探針技術在腫瘤新生血管分子顯像領域取得了突破性的進展。由于納米探針分子直徑很小，使得其具備特有的物理性質。

應用不同的示蹤方式標記納米探針能夠定量顯像腫瘤組織內上皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)表達，在腫瘤新生血管定量分子顯像中具有重要意義[28]。分子探針體內毒性問題及對靶點分子下游信號通路的影響是尚待解決的問題。

一種雙功能多聚色氨酸(PASP)包被的氧化鐵(IO)納米顆粒通過表面連接RGD肽，能夠特異性靶向結合于腫瘤血管內皮細胞表面選擇性高表達的整合素αvβ3受體，該雙功能分子探針能夠同時用于PET及MRI顯像。64Cu標記DOTA-RGD-PASP-IO納米顆粒分子探針在小動物PET及MRI顯像中發現顯像劑在整合素特異性腫瘤組織大量濃聚[29](圖 3)。

多功能納米粒子分子探針可靶向示蹤腫瘤新生血管，能夠同時用于PET/MR/光學顯像，即放射性核素標記RGD-Er3+/Yb3+-NaGdF4納米粒子 (UCNPs) 探針。124I-RGD-UCNPs在整合素αvβ3受體高表達的神經膠質瘤U87MG細胞及神經裸鼠膠質瘤移植瘤中有特異性高攝取[30]。

圖3 PET/MRI 雙功能納米顆粒分子探針結構示意圖[29]Fig.3 Illustration of PET/MRI dual functional probe DOTA-IO-RGD based on IO nanoparticle

4 小結

放射性核素標記的不同性質的分子探針可示蹤腫瘤新生血管。在早期發現腫瘤、鑒別診斷、療效監測及評估預后等方面有重要的意義。其中放射性核素標記多肽及納米顆粒分子探針是目前研究的熱點。重點需要解決的問題是分子探針靶向結合腫瘤血管特定位點的有效性、生物體內的穩定性及生物相容性等。性質優良靶向分子功能顯像劑的研發和多種不同顯像方法的融合是未來腫瘤新生血管顯像研究的方向，可實現實時、定量示蹤蛋白質之間的相互作用。

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