以表皮生長因子受體為靶點的腦腫瘤分子顯像劑研究進展

張慧瑋 綜述 管一暉 審校

復旦大學附屬華山醫院PET中心，上海 200235

以表皮生長因子受體為靶點的腦腫瘤分子顯像劑研究進展

張慧瑋 綜述 管一暉 審校

復旦大學附屬華山醫院PET中心，上海 200235

表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）屬酪氨酸激酶型受體，EGFR基因擴增、重排和突變導致的EGFR蛋白過度表達是原發性膠質母細胞瘤中最常見的遺傳變異。目前，常規腫瘤分子病理學手段不能對無法獲得標本的膠質瘤患者進行檢測，而PET通過影像學手段檢測病灶。根據EGFR生物化學特征，靶向EGFR的顯像劑可分為核素標記的酪氨酸激酶抑制劑和核素標記的單克隆抗體。

表皮生長因子受體；膠質瘤；酪氨酸激酶抑制劑；單克隆抗體

張慧瑋，復旦大學附屬華山醫院PET中心主治醫師，2010年畢業于復旦大學上海醫學院臨床醫學（七年制），現為臨床在職博士。2010—2012年完成復旦大學附屬華山醫院住院醫師規范化培訓，并在PET中心從事PET相關腦功能研究及腦腫瘤顯像研究至今。發表多篇國內核心期刊及SCI收錄期刊論著及綜述。2016年獲得上海市科學技術委員會“上海市青年科技英才揚帆計劃”資助。

表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）是一種糖蛋白，屬酪氨酸激酶型受體，是ErbB受體家族成員。生長因子結合至其胞外結構域，引起胞內酪氨酸激酶結構域磷酸化，EGFR被激活并啟動信號通路［Ras/絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase， MAPK）、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B （protein kinase B，Akt）］，導致DNA轉錄增加，從而發揮抗細胞凋亡、血管生成和細胞增殖的作用［1］。EGFR基因位于7號染色體斷臂上（7p11.2），編碼相對分子質量為170 000的糖蛋白，包括富含半胱氨酸的胞外結構域（外顯子1～16）、具有酪氨酸激酶活性的胞內結構域（外顯子18～28）和跨膜調節結構域（外顯子17）［2］。所有頭頸部腫瘤均伴隨EGFR過度表達，其次是胰腺癌、腎細胞癌、結腸癌、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌、非小細胞肺癌和惡性膠質瘤等［3］。EGFR基因擴增、重排和突變導致的EGFR蛋白過度表達是原發性膠質母細胞瘤（glioblastoma，GBM）中最常見的遺傳變異，見于約40%的原發性GBM［4-5］。63%～75% EGFR蛋白過度表達的GBM中可發現EGFR基因重排，導致腫瘤中表達野生型EGFR與突變型EGFR［5］。

目前，常規腫瘤分子病理學檢測手段需對手術切除的腫瘤標本進行檢測。但對于腫瘤位置較深或腫瘤呈彌漫性生長而無法切除的病例，只能依靠穿刺活檢。然而，由于腫瘤的異質性，對穿刺活檢獲取的標本進行分子病理學檢測往往不能反映整個腫瘤的分子特征；此外，對于那些因腫瘤位于大血管旁、腦干、基底節區或丘腦深部或自身存在嚴重系統性疾病而無法耐受切除或穿刺手術的病例，由于無法獲得腫瘤標本，無法用常規分子病理學方法檢測腫瘤的分子特征。因此，PET等影像學方法特別是近年來出現的分子影像學方法，因其無創、可重復、特異性高且能顯示腫瘤整體標記表達情況等優點，成為檢測和全面分析腫瘤分子病理學特征、篩選靶向性藥物的新途徑。雖然同屬放射性核素顯像，與SPECT相比，PET具有更高的靈敏度、更好的空間分辨率及更精準的體容定量測定。PET/CT成像依賴放射性核素，故根據EGFR的生物化學特征，產生了兩類顯像劑。

⑴ 核素標記的酪氨酸激酶抑制劑（tyrosine kinase inhibitor，TKI）：EGFR小分子抑制劑標記顯像主要應用喹唑啉家族衍生物。喹唑啉類能競爭性結合EGFR胞內區的ATP結合位點，部分可作為EGFR靶向治療藥物，已成功用于臨床（如吉非替尼、厄洛替尼等）。這種顯影劑主要以治療腫瘤的4-苯胺喹唑啉化合物為基礎，用核素標記，通過與EGFR胞內酪氨酸激酶結構域結合顯像來提示腫瘤中EGFR表達。但核素標記的TKI顯影劑無特異性，無法特異性地與表達指定表型的腫瘤結合，如表皮生長因子受體Ⅲ型突變（epithelial growth factor receptor variant Ⅲ，EGFR vⅢ）［6］。

⑵ 核素標記的單克隆抗體（簡稱單抗）：核素標記的EGFR抗體和EGF顯像劑僅能識別并結合EGFR胞外區，不能有效識別EGFR胞內區酪氨酸激酶活性變化，對于由EGFR基因突變所造成的酪氨酸激酶活性增加則無法檢測。其攝取與腫瘤表達EGFRvⅢ的含量緊密相關［7］，成為很好的檢測腫瘤中EGFRvⅢ表達的無創檢測方法。但標記EGFR抗體和EGF還可與胞外游離EGFR進行非特異性結合，導致非特異性顯像，從而影響結果的特異性。

1　EGFR-TKI顯像

最先標記的EGFR-TKI顯像劑是11CPD153035［8］，主要應用于非小細胞肺癌［9］。在膠質瘤患者中，其放射性攝取程度與EGFR表達相關［10］。在此基礎上，為獲得更好的顯像質量，先后開發出18F-ML01［11］、11C-ML03［12］等。該系列藥物雖然在體外實驗中顯示出良好的結合率，但在體內PET研究中腫瘤攝取仍較少，可能是核素半衰期過短造成的。為克服這個缺點，嘗試改為124I標記的EGFR-TKI，還進一步開發了新一代11C/18F-ML04，顯示出更好的穩定性［13］。

另一系列的EGFR-TKI為嗎啉代-124I-IPQA（morpholino-124I-IPQA），在膠質瘤EGFRvⅢ突變和非小細胞肺癌相關細胞株中顯示高代謝。但該顯像劑為肝臟排泄，對顯示肝轉移灶有很大缺陷［14］。

11C/18F標記的吉非替尼在體內PET/CT顯像中，由于肝臟清除太快而導致腫瘤不攝取［13］。該顯像劑對EGFR腫瘤特異性攝取的缺點使其不適合用于非侵襲性評估腫瘤患者EGFR狀態，但可作為PET評估吉非替尼藥代動力學的有利工具。

11C-厄洛替尼用于評價厄洛替尼治療的療效。體外實驗顯示對非小細胞肺癌相關細胞株呈陽性表現［15］，與EGFR表達相關。目前已在非小細胞肺癌患者顯像，并建立了定量分析方法學［16］。體外實驗還發現，11C-厄洛替尼對膠質瘤相關細胞株也顯示出顯像優勢，具有發展為臨床應用顯像劑的價值［17］。

2　EGFR抗體顯像

西妥昔單抗 （cetuximab）是最先應用于臨床的針對EGFR的單抗，也最早發展為核素顯像劑。2005年，89Zr-西妥昔單抗首先用于顯示90Y和177Lu標記西妥昔單抗的藥物分布及其與受體的結合情況，并非作為腫瘤顯像劑［18］。Cai等［19］首先報道64Cu-DOTA-西妥昔單抗可作為潛在的PET顯像劑，因在肝臟中高代謝，不適合用于肝轉移灶的顯示［7］。該類藥物在體內的穩定性仍是影響顯像質量的重要因素，為此新的交聯螯合劑正在研發中，如64Cu-CB-TE1K1P-PEG4-click-西妥昔單抗，顯示出更高的腎清除率和腫瘤/本底比值［20］。

將EGFR的天然配體經核素標記后制成一類顯像劑，開發出68Ga-DOTA-hEGF，通過microPET/CT可在小鼠體內進行腫瘤顯像［21］，但尚未有應用于人體的報道。

結直腸癌治療藥物帕尼單抗（panitumumab），是第1個完全人源化單抗。近來用89Zr標記帕尼單抗，體外實驗結果支持體內應用［22］，但尚未有人體研究的報道。

EGFR突變中最常見的是EGFRvⅢ。EGFRvⅢ是一種非配體依賴的組成性激活酪氨酸激酶活性的EGFR突變類型，雖然不能與任何已知配體結合，但受體還是會表現出持續的自體磷酸化，繼而通過下游激酶作用和信號轉導通路，影響腫瘤的生物學行為。EGFRvⅢ已被證實可促進細胞增殖并抑制細胞凋亡，增加腫瘤侵襲性，使腫瘤對放化療產生抵抗［23］。

mAB806是鼠源性單抗［24］，與EGFRvⅢ及少量野生型EGFR結合，可提高腫瘤結合率，但影響其作為特異性EGFRvⅢ示蹤劑的使用。為更好地滿足臨床需求，在cGMP環境下合成了mAb806的嵌合體Ch806［25］，這種顯像劑不與正常表達EGFR的組織（如皮膚和肝臟）結合［26］。111In-Ch806是一種絕佳的顯像劑。但由于111In-Ch806亦為鼠源性，免疫原性強，限制了其臨床應用。第2代示蹤劑89Zr-ABT806以人源性單抗為基礎制成，可更好應用于臨床。ABT806在Ⅰ期及Ⅱ期臨床試驗中均表現出良好的安全性，其高度特異性地與EGFRvⅢ結合，在野生型EGFR表達活躍的器官如肝臟未見攝取［27-28］；且其標記核素89Zr在PET/CT應用的放射性金屬中半衰期最長（78.4 h），顯像劑注射后1周時仍可進行PET/CT掃描，半衰期足夠長，使其可與抗體結合的時間相配合。既往研究中，用89Zr標記曲妥珠單抗后用于PET/CT顯像，也表現出良好的安全性［29］。

近年來發展了親和體（affibody）顯像。Affibody是一類新的由58個氨基酸殘基組成的相對分子質量約6 500的親和性配體，其功能類似于抗體，但有一些抗體所不具備的性質，如相對分子質量小、折疊速率快、選擇性和親和力高、結構穩定可耐受化學修飾等，因此被稱為“人工抗體”。89Zr-DFO-ZEGFR:2377是與EGFR特異性結合的顯像劑，在micorPET顯像中表現出較好的靶/本底顯像結果，注射后3 h和24 h可見腫瘤顯像［30］。

總之，EGFR作為治療靶點在臨床應用中的價值已獲得廣泛認可，可在此基礎上進一步開發該靶點的分子影像學技術。雖然此類顯像劑存在一定的弊端，如對肝轉移灶的顯示不佳、體內穩定性差等，但其有利于藥物開發及篩選，也為臨床精準醫療提供了更好的策略，仍將是研究的熱點。

［1］ ZHANG H， BEREZOV A， WANG Q， et al. ErbB receptors: from oncogenes to targeted cancer therapies ［J］. J Clin Invest， 2007， 117（8）: 2051-2058.

［2］ GARRETT T P， MCKERN N M， LOU M， et al. Crystal structure of a truncated epidermal growth factor receptor extracellular domain bound to transforming growth factor alpha ［J］. Cell， 2002， 110（6）: 763-773.

［3］ HERBST R S， FUKUOKA M， BASELGA J. Gefitinib—a novel targeted approach to treating cancer ［J］. Nat Rev Cancer， 2004， 4（12）: 956-965.

［4］ WONG A J， RUPPERT J M， BIGNER S H， et al. Structural alterations of the epidermal growth factor receptor gene in human gliomas ［J］. Proc Natl Acad Sci USA， 1992， 89（7）: 2965-2969.

［5］ EKSTRAND A J， JAMES C D， CAVENEE W K， et al. Genes for epidermal growth factor receptor， transforming growth factor alpha， and epidermal growth factor and their expression in human gliomas in vivo ［J］. Cancer Res，1991， 51（8）: 2164-2172.

［6］ PANTALEO M A， NANNINI M， MALEDDU A， et al. Experimental results and related clinical implications of PET detection of epidermal growth factor receptor（EGFR） in cancer ［J］. Ann Oncol， 2009， 20（2）: 213-226.

［7］ PING LI W， MEYER L A， CAPRETTO D A， et al. Receptor-binding， biodistribution， and metabolism studies of64Cu-DOTA-cetuximab， a PET-imaging agent for epidermal growth-factor receptor-positive tumors ［J］. Cancer Biother Radiopharm， 2008， 23（2）: 158-171.

［8］ FREDRIKSSON A， JOHNSTR?M P， THORELL J O， et al. In vivo evaluation of the biodistribution of11C-labeled PD153035 in rats without and with neuroblastoma implants ［J］. Life Sci， 1999， 65（2）: 165-174.

［9］ DAI D， LI X F， WANG J， et al. Predictive efficacy of11C-PD153035 PET imaging for EGFR-tyrosine kinase inhibitor sensitivity in non-small cell lung cancer patients［J］. Int J Cancer， 2016， 138（4）: 1003-1012.

［10］ SUN J， CAI L， ZHANG K， et al. A pilot study on EGFR-targeted molecular imaging of PET/CT with11C-PD153035 in human gliomas ［J］. Clin Nucl Med，2014， 39（1）: 20-26.

［11］ BONASERA T A， ORTU G， ROZEN Y， et al. Potential18F-labeled biomarkers for epidermal growth factor receptor tyrosine kinase ［J］. Nucl Med Biol， 2001，28（4）: 359-374.

［12］ BEN-DAVID I， ROZEN Y， ORTU G， et al. Radiosynthesis of ML03， a novel positron emission tomography biomarker for targeting epidermal growth factor receptor via the labeling synthon: ［11C］acryloyl chloride ［J］. Appl Radiat Isot， 2003， 58（2）: 209-217.

［13］ SU H， SEIMBILLE Y， FERL G Z， et al. Evaluation of ［18F］gefitinib as a molecular imaging probe for the assessment of the epidermal growth factor receptor status in malignant tumors ［J］. Eur J Nucl Med Mol Imaging，2008， 35（6）: 1089-1099.

［14］ PAL A， GLEKAS A， DOUBROVIN M， et al. Molecular imaging of EGFR kinase activity in tumors with124I-labeled small molecular tracer and positron emission tomography ［J］. Mol Imaging Biol， 2006， 8（5）: 262-277.

［15］ MEMON A A， JAKOBSEN S， DAGNAES-HANSEN F，et al. Positron emission tomography （PET） imaging with［11C］-labeled erlotinib: a micro-PET study on mice with lung tumor xenografts ［J］. Cancer Res， 2009， 69（3）: 873-878.

［16］ YAQUB M， BAHCE I， VOORHOEVE C， et al. Quantitative and simplified analysis of11C-erlotinib studies ［J］. J Nucl Med， 2016， 57（6）: 861-866.

［17］ PETRULLI J R， SULLIVAN J M， ZHENG M Q， et al. Quantitative analysis of ［11C］-erlotinib PET demonstrates specific binding for activating mutations of the EGFR kinase domain ［J］. Neoplasia， 2013， 15（12）: 1347-1353.

［18］ PERK L R， VISSER G W， VOSJAN M J， et al.89Zr as a PET surrogate radioisotope for scouting biodistribution of the therapeutic radiometals90Y and177Lu in tumorbearing nude mice after coupling to the internalizing antibody cetuximab ［J］. J Nucl Med， 2005， 46（11）: 1898-1906.

［19］ CAI W， CHEN K， HE L， et al. Quantitative PET of EGFR expression in xenograft-bearing mice using64Culabeled cetuximab， a chimeric anti-EGFR monoclonal antibody ［J］. Eur J Nucl Med Mol Imaging， 2007， 34（6）: 850-858.

［20］ ZENG D， GUO Y， WHITE A G， et al. Comparison of conjugation strategies of cross-bridged macrocyclic chelators with cetuximab for copper-64 radiolabeling and PET imaging of EGFR in colorectal tumor-bearing mice［J］. Mol Pharm， 2014， 11（11）: 3980-3987.

［21］ VELIKYAN I， SUNDBERG A L， LINDHE O， et al. Preparation and evaluation of68Ga-DOTA-hEGF for visualization of EGFR expression in malignant tumors ［J］. J Nucl Med， 2005， 46（11）: 1881-1888.

［22］ WEI L， SHI J， AFARI G， et al. Preparation of clinicalgrade89Zr-panitumumab as a positron emission tomography biomarker for evaluating epidermal growth factor receptor-targeted therapy ［J］. J Labelled Comp Radiopharm， 2014， 57（1）: 25-35.

［23］ GAN H K， CVRLJEVIC A N， JOHNS T G. The epidermal growth factor receptor variant Ⅲ （EGFRvⅢ）: where wild things are altered ［J］. FEBS J， 2013， 280（21）: 5350-5370.

［24］ JOHNS T G， ADAMS T E， COCHRAN J R， et al. Identification of the epitope for the epidermal growth factor receptor-specific monoclonal antibody 806 reveals that it preferentially recognizes an untethered form of the receptor ［J］. J Biol Chem， 2004， 279（29）: 30375-30384.

［25］ PANOUSIS C， RAYZMAN V M， JOHNS T G， et al. Engineering and characterisation of chimeric monoclonal antibody 806 （ch806） for targeted immunotherapy of tumours expressing de2-7 EGFR or amplified EGFR ［J］. Br J Cancer， 2005， 92（6）: 1069-1077.

［26］ SCOTT A M， LEE F T， TEBBUTT N， et al. A phase I clinical trial with monoclonal antibody ch806 targeting transitional state and mutant epidermal growth factor receptors ［J］. Proc Natl Acad Sci USA， 2007， 104（10）: 4071-4076.

［27］ REILLY E B， PHILLIPS A C， BUCHANAN F G， et al. Characterization of ABT-806， a humanized tumorspecific anti-EGFR monoclonal antibody ［J］. Mol Cancer Ther， 2015， 14（5）: 1141-1151.

［28］ CLEARY J M， REARDON D A， AZAD N， et al. A phase 1 study of ABT-806 in subjects with advanced solid tumors ［J］. Invest New Drugs， 2015， 33（3）: 671-678.

［29］ DIJKERS E C， OUDE MUNNINK T H， KOSTERINK J G， et al. Biodistribution of89Zr-trastuzumab and PET imaging of HER2-positive lesions in patients with metastatic breast cancer ［J］. Clin Pharmacol Ther， 2010，87（5）: 586-592.

［30］ GAROUSI J， ANDERSSON K G， MITRAN B， et al. PET imaging of epidermal growth factor receptor expression in tumours using89Zr-labelled ZEGFR: 2377 affibody molecules ［J］. Int J Oncol， 2016， 48（4）: 1325-1332.

Progress on molecular imaging agents targeting epidermal growth factor receptor in brain tumors

ZHANGHuiwei， GUAN Yihui （PET Center of Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200235， China）
Correspondence to: GUAN Yihui E-mail: guanyihui@hotmail.com

Epidermal growth factor receptor （EGFR） is a kind of tyrosine kinase receptor. The EGFR gene amplification，reassortment and mutation lead to overexpress of EGFR protein， which is the common genetic variation of primary glioblastoma. The common oncological detection of molecular pathology is unable to test the patients without pathological specimens for some reasons. Positron emission tomography can test the lesions by imaging. According to the biochemical characters of EGFR， EGFR-targeted imaging agents are divided into radiolabeled tyrosine kinase inhibitor and radiolabeled monoclonal antibody.

Epidermal growth factor receptor； Glioma； Tyrosine kinase inhibitor； Monoclonal antibody

R445.5

A

1008-617X（2016）03-0209-05

國家自然科學基金（No：81271516、81571345）；上海市科委項目（No：13JC1401503、14DZ1930402）；復旦大學老年醫學專項支持計劃青年學者創新研究項目（No：IDF151006）

管一暉 E-mail：guanyihui@hotmail.com

（2016-09-03）