環(huán)九肽標記探針在腫瘤診斷及靶向治療中的研究進展

陳 萱, 陳 鈺, 周 潔, 劉雪昂, 李瑋玲, 薛 璐, 陳道楨

(1. 南京醫(yī)科大學康達學院, 江蘇 連云港, 222023;2. 南京醫(yī)科大學附屬無錫婦幼保健院 中心實驗室, 江蘇 無錫, 214002)

影像學檢查是一種非侵入性的檢測腫瘤的重要方法，然而現(xiàn)階段影像學檢查難以實現(xiàn)腫瘤早期及特異性的診斷。分子成像技術(shù)可以進行細胞學或基因水平上的疾病診斷。目前研究表明，腫瘤的發(fā)生發(fā)展與白介素11受體(IL-11R)表達有密切聯(lián)系, IL-11R高表達是腫瘤預后較差的一個特征。IL-11類似物環(huán)九肽能夠特異性結(jié)合IL-11R。環(huán)九肽是一類候選靶向單元，結(jié)構(gòu)清楚，易于合成，是分子顯像中良好的靶向探針。本研究針對環(huán)九肽的結(jié)構(gòu)特性和生物活性，以及環(huán)九肽標記探針在腫瘤診斷及靶向治療中的研究進展進行綜述，現(xiàn)報告如下。

1 IL-11及其類似物環(huán)九肽的理化結(jié)構(gòu)特性和生物活性

1.1 IL-11的理化結(jié)構(gòu)特性和生物活性

人IL-11是人體內(nèi)多功能的細胞趨化因子。隨著腫瘤機制的深層次的研究，相關(guān)細胞因子及趨化因子在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用逐漸被重視。人IL-11是一種cDNA編碼的由199個氨基酸所組成的前肽，包含一段21個氨基酸殘基所組成的疏水信號肽序列，相對分子質(zhì)量為23 000, 分子量為19.2 kDa[1]。IL-11富含亮氨酸及脯氨酸，為三維四螺旋束裝結(jié)構(gòu)。IL-11主要由間充質(zhì)來源的一些黏附細胞合成和分泌，主要包括基質(zhì)成纖維細胞、骨髓基質(zhì)細胞、滋養(yǎng)層細胞和人胚肺成纖維細胞等[2]。IL-11是一種在血細胞內(nèi)涉及到多條通路的多能細胞因子，其前體在體內(nèi)外均存在。

IL-11R是一種錨定于膜表面的糖蛋白，由α鏈(IL-11Rα)和信號轉(zhuǎn)導β鏈(IL-11Rb)兩條糖蛋白肽鏈組成，其中IL-11Rα能與IL-11特異性結(jié)合。研究[3-5]表明, IL-11識別并特異性結(jié)合IL-11Rα, 并與相應IL-11Rb鏈(即跨膜信號轉(zhuǎn)導糖蛋白gp130)結(jié)合形成具有高度親和力的IL-11/IL-11Rα/gp130六聚復合體，激活下游以STAT3通路為主的Jak-STAT信號傳導途徑，磷酸化酪氨酸激酶，通過調(diào)節(jié)下游信號通路，最終發(fā)揮相應的生物學作用。IL-11對跨膜信號轉(zhuǎn)導gp 130亞基具有依賴性[6], IL-11 與細胞上的特異性受體結(jié)合, gp 130亞基作為跨膜信號傳導的受體共聚物，在信號轉(zhuǎn)導中發(fā)揮重要作用。

1.2 環(huán)九肽的理化結(jié)構(gòu)特性和生物活性

IL-11類似物是人工合成的由半胱氨酰-甘氨酰-精氨酰-精氨酰-丙氨酰-甘氨酰-甘氨酰-絲氨酰-半胱氨酸[c(Cys-Gly-Arg-Arg-Ala-Gly-Gly-Ser-Cys, c(CGRRAGGSC)]共9個氨基酸組成的的環(huán)狀九肽，簡稱環(huán)九肽。小肽段代表一類潛在候選靶向單元[7], 由于它們結(jié)構(gòu)清楚，易于合成，并且與較大的抗體和蛋白質(zhì)相比具有較快的循環(huán)清除速率。Arap等[8]應用噬菌體展示技術(shù)發(fā)現(xiàn)環(huán)九肽具有與IL-11Rα結(jié)合的位點，可以靶向性特異結(jié)合IL-11Rα鏈。

2 環(huán)九肽在不同腫瘤中靶向診治的意義

目前乳腺癌常用診斷方法包括超聲、MRI和鉬靶等，其主要依據(jù)為乳腺癌形態(tài)學差異，相比功能學診斷有明顯的滯后性，使得多數(shù)乳腺癌患者發(fā)現(xiàn)時已為中晚期，錯過了最佳治療時機。在乳腺癌治療中，藥物化療是重要的治療手段，但目前化療藥物容易引起心臟毒性，損傷心肌細胞[9]。目前的臨床靶向治療藥物療效仍然十分有限，常見包括HER-2陽性乳腺癌靶向藥物，如曲妥珠單抗(赫塞汀)這類靶向藥物可針對HER-2陽性，但對三陰性乳腺癌治療效果不佳，且具有心臟毒性。與蒽環(huán)類藥物不同，曲妥珠單抗對心功能的影響為非劑量相關(guān)的，且這種損傷通常表現(xiàn)為可逆性的心肌功能不全，并不引起無心肌壞死。此外，張健等[10]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌患者無論是經(jīng)赫塞汀聯(lián)合化療，還是乳腺癌單獨化療，均會導致其細胞免疫功能低下。因此缺乏早期特異性診斷和行之有效的靶向治療技術(shù)是乳腺癌診治效果欠佳的主要原因。

前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的發(fā)病主要特點包括較長潛伏期和較強隱蔽性，故較難進行臨床早期診斷。20世紀90年代以前，直腸指診是國內(nèi)前列腺癌最佳初篩方法，但經(jīng)指診發(fā)現(xiàn)的80%～90%前列腺癌已是T3期或T4期的晚期。血清前列腺特異性抗原(PSA)篩查及前列腺穿刺活檢的出現(xiàn)，提高了前列腺癌的早期診斷，以提前發(fā)現(xiàn)更多的T1期和T2期病例。但受限于檢測不夠直觀或操作困難，目前臨床仍以直腸指診為主，若能通過影像學方法診斷早期前列腺癌，可有效提高早期診斷效率。但目前生物制劑和一些化學藥物對腫瘤的靶向性還不能達到診治的需要，靶/非靶比值較低或藥效不明確，腫瘤部位的累積劑量難以實現(xiàn)理想的診療效果[11-13]。80%以上的前列腺癌患者容易發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，約70%的患者由于預后差，最終死于骨轉(zhuǎn)移。雄激素依賴性是前列腺癌另一顯著特點[14]，故晚期前列腺癌的有效療法常為雄激素阻斷治療，但最終可能進展為非雄激素依賴型前列腺癌(AIPC), 嚴重影響治療。目前臨床上缺乏針對前列腺癌(尤其是AIPC)及骨轉(zhuǎn)移的靶向性殺傷藥物，發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的前列腺癌患者易因缺乏有效的干預治療手段而導致死亡。

HCC因發(fā)病隱匿，多數(shù)確診已失去根治機會。針對中晚期HCC患者，肝動脈化療栓塞術(shù)(TACE)是一線治療方案，但多次TACE治療后常導癌灶處轉(zhuǎn)移傾向的增加[15]。靶向藥物的出現(xiàn)給中晚期患者帶來了新的希望，但目前常用的靶向藥物，如索拉菲尼、西妥昔單抗等藥物，長期使用后，腫瘤必將出現(xiàn)耐藥性，導致疾病進展[16-17]。因此，將IL-11類似物作為靶向藥物，與化療藥物、放射性同位素等偶聯(lián)，通過受體配體的特異性結(jié)合將這些復合藥物內(nèi)化帶入到細胞內(nèi)，可減輕常規(guī)放化療所帶來的毒副反應，提高抗癌效應，從而提供新的途徑來診斷和治療腫瘤。

3 環(huán)九肽在不同腫瘤中的分子診斷中的研究

目前研究證明IL-11和IL-11R在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中起重要的作用，主要參與了腫瘤的生長、分化和轉(zhuǎn)移，與一些惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

3.1 環(huán)九肽在乳腺癌中的研究

研究表明99Tcm標記分子探針可以與人乳腺癌MDA-MB-231細胞的特異結(jié)合。MDA-MB-231細胞中IL-11R高表達，環(huán)九肽能與之相結(jié)合，且這種結(jié)合具有特異性和飽和性。研究證明，99Tcm標記的環(huán)九肽能與乳腺癌MDA-MB-231細胞在體內(nèi)外特異性結(jié)合，為三陰性乳腺癌及高表達IL-11R的惡性腫瘤的診斷和靶向治療提供了理論依據(jù)。

MDA-MB-231細胞表達IL-11R的量為正常乳腺細胞MCF-10A細胞的6倍以上，通過免疫熒光實驗證實99Tcm-DTPA-c(CGRRAGGSC)-FITC可特異性與MDA-MB-231細胞的胞質(zhì)和胞膜上IL-11結(jié)合; DTPA-c(CGRRAGGSC)能競爭抑制99Tcm-DTPA-c(CGRRAGGSC)-FITC與MDA-MB-231細胞結(jié)合, MDA-MB-231細胞上IL-11R結(jié)合分子探針具飽和性[18]。

Wang W等[19]通過近紅外光學基團和放射性核素雙重標記環(huán)九肽，這種顯像劑在乳腺癌荷瘤裸鼠上通過近紅外和γ顯像進行了研究并取得了成功[20-21]。這項研究發(fā)現(xiàn)雙標記的分子探針在連接核素和光學示蹤劑后依然能與IL-11R靶向結(jié)合，并未改變其生物學功能。

3.2 環(huán)九肽在前列腺癌中的研究

IL11-R在前列腺癌尤其是骨轉(zhuǎn)移患者中呈高表達，且能與 IL-11 及其類似物特異性結(jié)合[22-24]。澤萱[25]應用Western blot半定量分析發(fā)現(xiàn)PC-3細胞中的IL-11R含量是正常前列腺上皮細胞的2.12倍，與Campbell等[26]研究結(jié)果一致。IL-11R作為前列腺癌原發(fā)灶和骨轉(zhuǎn)移模型中顯像和治療的靶點具有可行性。

吳清華等[27-28]對PC-3細胞體外特異結(jié)合進行了初步研究，通過骨轉(zhuǎn)移裸鼠模型的建立及活體γ顯像，證實探針與骨轉(zhuǎn)移灶高親結(jié)合，但對肝、腎等正常組織無特異性結(jié)合[29], 其T/NT比值的較高，證實標記探針能特異性結(jié)合高表達IL-11R的前列腺癌骨轉(zhuǎn)移灶。吳清華等[30]進一步通過核素153Sm標記環(huán)九肽，用間接法合成153Sm-DTPA-c(CGRRAGGSC)。采用四甲基偶氮唑藍(MTT)法檢測不同組對人前列腺癌Pc-3細胞24、48、72 h的生長抑制作用; 用流式細胞儀分析48 h細胞凋亡及細胞周期變化; Western blot檢測藥物處理前及處理后48 h PC-3細胞中IL-11及IL-11R表達。研究發(fā)現(xiàn)153Sm-DTPA-c(CGRRAGGSC)能夠直接抑制人前列腺癌PC-3細胞生長，并促進IL-11R表達下調(diào)。IL-11R表達的下調(diào)反映在相應信號通路上合成IL-11R-糖蛋白130(gp130)復合體減少，抑制了蛋白酪氨酸激酶/信號轉(zhuǎn)導因子與轉(zhuǎn)錄激活因子3(Jak-STAT3)信號通路上游蛋白表達，可能激發(fā)下游的凋亡旁路相關(guān)蛋白，促使腫瘤細胞凋亡。有望為前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的分子靶向診治提供一種新的手段。

3.3 環(huán)九肽在肝癌中的研究

周歡等[31]在研究中選用的經(jīng)典熒光染料FITC, 能夠快速特異性與DTPA-c(CGRRAGGSC)N端氨基結(jié)合，且不改變其生物學活性。通過免疫熒光劑核素顯像觀察均發(fā)現(xiàn)IL-11R主要集中在MHCC97H細胞的細胞膜和胞質(zhì)上。FITC雖然與小分子探針結(jié)合，但探針并未失去與肝癌細胞特意結(jié)合的生物活性，實驗同時也證實核素與小分子探針結(jié)合后，仍保持與肝癌的高度親和性。人肝癌MHCC97H細胞的胞質(zhì)和胞膜的IL-11R是正常肝上皮7702細胞表達量的21倍，這種顯著差異可能與肝癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移有關(guān)，表明IL-11R可作為肝癌診斷和治療的潛在靶標。

4 展 望

因非靶向藥物毒副作用高等一系列缺點，抗腫瘤靶向藥物得到廣泛應用，極大地提高了腫瘤的治療效果，但和非靶向藥物一樣仍然存在一定程度的耐藥性。何琪楊[32]研究發(fā)現(xiàn)部分患者治療失敗，是因為在治療后 6～12個月出現(xiàn)的耐藥性。腫瘤的異質(zhì)性是產(chǎn)生耐藥性的主要原因。有多種機制參與腫瘤細胞對靶向藥物的耐藥性，如靶點突變引起的耐藥性，激活靶向相關(guān)的信號通路引起耐藥性，腫瘤周圍微環(huán)境引起的耐藥性及其他作用機制引起的耐藥性。因此腫瘤耐藥性和異質(zhì)性對腫瘤的精準治療是一項挑戰(zhàn)，需要在研發(fā)抗腫瘤靶向藥物的過程中加以關(guān)注。

針對此篇綜述中的環(huán)九肽標記探針，如何避免環(huán)九肽的耐藥性是重要的研究方向。現(xiàn)在常用的克服耐藥的方法一般是改進制劑，如加入其他聯(lián)合藥物形成復合型的新型藥物，以及調(diào)整靶向性部分，改變關(guān)鍵作用位點，優(yōu)化多肽大小等。克服靶向藥物耐藥性的藥物研發(fā)策略主要分為兩個重要方面: 一是對相關(guān)化合物進行重構(gòu)和優(yōu)化，使腫瘤細胞不易產(chǎn)生耐藥性; 二是開發(fā)具有不同作用機制的新藥[33]。

探求對腫瘤高特異性、高抑制率、低毒性，無創(chuàng)性、降低耐藥性且能夠?qū)崟r監(jiān)測療效的分子靶向治療新技術(shù)，能夠直接殺滅原發(fā)灶的癌細胞，有效抑制腫瘤復發(fā)轉(zhuǎn)移，減少患者因常規(guī)放化療所造成的痛苦，提高患者生活質(zhì)量和延長壽命，具有重要實踐意義。