錒在腫瘤治療中的現狀與展望*

李慧杰,宋晶,趙連婷,范正悅,周錦,鄭征,陳俊儒,宗曉郁,呂旋瑞,王萌萌,肖松濤,宋國芳,曹磊,宮建

(1.沈陽藥科大學藥物流行病與臨床藥物評價課題組,沈陽 110016;2.中國原子能研究院放射化學研究所,北京 102413)

目前在腫瘤治療領域,手術結合化學治療(化療)的治療手段被廣泛應用。放射治療(放療)也是常用的治療手段,但射線的大部分能量會被阻擋,達到病灶部位的能量較小。免疫療法通過強化人體免疫系統,也可以對抗腫瘤細胞,但其治療周期較長且只對部分人群有效。靶向放射性核素治療(targeted radionuclide therapy,TRNT)是治療癌癥的一種新方法,通過使用優化的載體將大量放射性核素聚集于腫瘤部位,從而對腫瘤細胞實行選擇性的輻射,對周圍健康組織產生最小的毒性,被認為是一種安全、有效、經濟、可行的治療方式[1]。

TRNT主要包括發射α粒子與發射β粒子的兩類放射性藥物。其中,發射β粒子的放射性藥物如131碘([131I]NaI)已用于治療分化型甲狀腺腫瘤,89鍶([89Sr]SrCl2)用于治療骨轉移瘤,177镥(177Lu)標記的奧曲肽用于治療神經內分泌腫瘤。但發射α粒子的放射性藥物,目前僅有223鐳([223Ra]RaCl2)通過美國食品藥品監督管理局批準上市,可有效改善患者的生存質量,延長患者生存期。首個α核素藥物的成功上市,激發研究人員對靶向α治療(targeted alpha therapy,TAT)的濃厚興趣。在發射α粒子的核素中,225錒(225Ac)因其半衰期長、毒性強等優勢被認為是最有潛力的核素之一[2]。因此,本文對225Ac的制備、純化以及其在抗腫瘤治療中的作用機制與臨床實踐新進展進行討論,并展望其發展前景。

1 225Ac的制備與純化

225Ac靶向療法在多類腫瘤的治療上擁有巨大潛力。但由于225Ac沒有穩定的同位素,且生產成本高,相關研究在一定程度上受到限制。2019年,加拿大第一核科學技術組織 Triumf 和加拿大核實驗室(CNL)使用Triumf 中心的520MeV回旋加速器,成功完成首次225Ac的聯合生產,證明生產方法和分離過程的可行性,且有望擴大規模。

經典的225Ac是由233鈾(233U)衰變產生,或通過natTh(p,x)225Ac反應生產。但我國無論是233U來源或natTh來源的225Ac均無法供應。2021年,陳俊藝等[3]基于國產CYCIAE-100高能強流回旋加速器實現我國首次225Ac的加速器生產,獲得超過600μCi的225Ac,足夠 2或3例患者靶向核素治療。同時,設計并優化全固相萃取的225Ac純化流程,分離出的225Ac放射性純度>99.5%,該流程操作簡便、高效、且可自動化,可隨時用于225Ac的大規模生產。

2 抗腫瘤作用機制

2.1細胞毒性 α粒子與β粒子的性質比較見表1,性質上的差異導致它們細胞毒性不同。首先,與β粒子比較,α粒子質量更大、能量更強,導致的損傷更大。其次,α粒子比β粒子的射程范圍短,通常<100 μm。動物細胞直徑通常為10～30 μm,α粒子一次僅能穿過幾個細胞,而β粒子可穿過幾百個細胞。對于大腫瘤的治療,長射程是有利的,但更多情況下長射程與脫靶毒性直接相關,因此,α粒子對周圍健康組織的安全性更好。另外,線性能量傳遞(linear energy transfer,LET)是單位長度原子電離/激發的量度,指粒子穿過單位長度傳遞給被作用物質的能量[1]。研究表明,殺死哺乳動物細胞的最有效LET約為100 keV·μm-1,在此LET下,可導致細胞中的DNA雙鏈斷裂[4]。β粒子LET值較低,在輻射期間細胞可自行修復損傷,難以殺死細胞。而α粒子具有高LET值,使其在細胞中具有誘導復雜的DNA雙鏈斷裂(double-strand breaks,DSB)和多個DSB簇的作用,同時使細胞修復機制無效[5]。最后,α粒子達到細胞毒性所需的吸收劑量與穿過細胞核的粒子數量有關。實驗表明,幾個α粒子穿過細胞核便足以殺死一個細胞,而達到同樣的生物效果至少需要10 000個β粒子。因此,與β核素相比,α核素的細胞毒性更強。

表1 α粒子與β粒子的性質比較

2.2靶向性 TAT可分為兩大類:①利用放射性核素制劑固有的分子特性自然積聚在癌組織中。如223Ra作為一種模擬鈣的同位素,可直接被整合到增加骨轉換和成骨細胞活性的部位[6];②將放射性核素與單克隆抗體、肽或小分子等具有腫瘤靶向性的運載工具結合,從而實現放射性核素的靶向性。

在TAT中,適用于癌癥治療的α粒子發射同位素必須具有足夠長的半衰期,以實現其生產、制備和應用。同時,子體同位素衰變應足夠快,以確保所有后續輻射僅限于靶向腫瘤,且能夠被快速清除以避免靶向毒性效應。225Ac衰變鏈中多個α粒子的發射使225Ac成為殺死癌細胞的有效同位素,225Ac的物理半衰期為9.92 d,與223Ra一樣,225Ac相對較長的半衰期有利于集中生產、分配和管理。225Ac的TAT的另一個顯著優點是在子放射性核素213Bi衰變后發射440 keV γ射線,可用于成像以確定生物分布[6]。因此,225Ac被認為是最有潛力的核素之一。225Ac一般通過與具有靶向性的生物結合物結合來實現靶向性。

2.3螯合物 大量臨床試驗結果表明通過α發射衰減后的子核素231Fr和213Bi對腎臟有親和力,可能導致腎毒性[7]。這種反沖現象可以通過靶細胞內的快速吸收和內化、225Ac放射性結合物的局部給藥或核素在納米顆粒中的隔離來限制。1,4,7,10-四氮雜環十二烷-1,4,7,10-四羧酸(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid,DOTA)已被充分證明可對許多金屬三價離子有效絡合,目前是225Ac最常見的配體。最近出現基于帶有吡啶甲酸臂結構的新型螯合劑,如 macropa[8]、py4pa[9]和crown[10],在室溫下均表現出有效的絡合作用,并且在對抗競爭離子或血清中呈現穩定性。在與肽或抗體結合后,它們都表現出良好的體內穩定性,在腫瘤中的攝取率高,并在其他器官中的積累量少。

3 臨床試驗

3.1前列腺癌 前列腺特異性膜抗原(prostate-specific membrane antigen,PSMA)是一種在前列腺癌細胞中高度表達的Ⅱ型膜糖蛋白。其在前列腺癌中的高度表達與腫瘤的Gleason評分和疾病分期直接相關,是前列腺癌分子成像和放射治療的絕佳靶標。225Ac -PSMA-617將225Ac與螯合劑DOTA絡合,再連接到PSMA抑制劑,起到治療前列腺癌的作用[11]。根據臨床評估結果,在適當劑量情況下,患者的PSMA大幅降低,療效顯著[12]。目前,評估最佳劑量的Ⅰ期臨床試驗仍在進行中[13]。臨床前研究發現,以DOTAGA代替DOTA作為螯合物可觀察到更好的親和力,更高的腫瘤攝取和更快的腎臟清除率[14]。對225Ac -PSMA-I&T進行的首次臨床試驗結果提示,225Ac -PSMA-I&T具有與225Ac -PSMA-617相當的抗腫瘤效果,耐受性中等,在177Lu-PSMA-617治療失敗后的患者中仍有顯著療效[15]。J591是一種針對PSMA的單克隆抗體,當前對225Ac-J591的臨床研究有很多,主要包括最大耐受劑量、評估推薦劑量與劑量限制毒性相關研究。此外,還有一項與pembrolizumab聯用的效果評價。

PSMA不是治療前列腺癌的唯一靶點,雄激素受體上調也是治療前列腺癌的有效途徑。人激肽釋放酶肽酶2(human kallikrein peptidase,hK2)對前列腺具有高度特異性,其表達受雄激素受體(androgen receptor,AR)控制,AR是前列腺癌的核心致癌因素,也是癌癥DNA修復的關鍵調節因子。靶向hK2的人源化單克隆抗體hu11B6可將225Ac送至癌細胞,破壞癌細胞DNA,從而誘導AR釋放,上調體內hK2表達,形成一種有效的前饋機制,達到抗前列腺癌的效果[16]。該機制已在動物實驗中得到證實[17]。目前一項評估JNJ-69086420在人體中的安全性與有效性的Ⅰ期臨床試驗正在進行中。

3.2血液系統惡性腫瘤 急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)是一種血液系統惡性腫瘤,其免疫治療靶點主要是AML細胞表面的CD33與CD123。90%AML患者白血病細胞表達CD33,而造血干細胞不表達或表達弱。CD123又稱白細胞介素3受體,是細胞膜上的一種糖蛋白。體外研究證實,在AML患者的白血病細胞中檢測到CD123高表達,但在正常的造血干細胞中較少或不表達[18]。因此,CD33與CD123成為抗體依賴藥物治療AML的熱門靶點。Lintuzumab(或HuM195)是一種人源化單克隆抗體,已成為一種具有高親和力且無特異性免疫原性的靶向CD33載體,且生產工藝日漸成熟。2006年,針對225Ac-lintuzumab進行的首次Ⅰ期劑量遞增試驗結果顯示:225Ac-lintuzumab 在所有劑量水平均具有抗白血病活性,骨髓抑制為最常見的不良反應,最大耐受劑量被確定為111 kBq·kg-1,證實225Ac-lintuzumab在AML治療中的有效性[19]。ROSENBLAT等[20]再次進行研究,結果顯示:63%患者外周血癌細胞被消除,67%患者骨髓癌細胞減少>33%;225Ac-lintuzumab用于人體的安全劑量為111 kBq·kg-1,所有劑量水平均有抗白血病的活性,與前人的研究結果基本一致。在此基礎上,更多相關臨床試驗正在開展,包括與阿糖胞苷、venetoclax和CLAG-M(克拉屈濱、阿糖胞苷、粒細胞集落刺激因子、米托蒽醌)化療方案聯用的有效性與最佳劑量等相關研究。

多發性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)也是血液系統惡性腫瘤的一種,CD38在淋巴細胞、骨髓細胞及無造血功能的組織細胞中均有表達,在MM細胞膜上呈現過表達,具有多種生物學功能,是治療MM的理想靶標。Daratumumab是重組人源 CD38蛋白免疫人源化轉基因小鼠后,通過雜交瘤技術獲得的一種人源化CD38 IgG1單克隆抗體,能夠直接靶向骨髓中的骨髓瘤細胞。2021年,MINNIX等[21]比較177Lu與225Ac標記的daratumumab,并進行數學建模以量化放射生物學效應。最終研究結果表明,靶向α療法可達到最大生物劑量,且225Ac在延緩腫瘤生長和降低全身毒性方面優于177Lu。此外,20%～35% 的MM患者在多發性骨髓瘤質細胞上發現CD33抗原表達,因此,225Ac-lintuzumab也被用于多發性骨髓瘤的治療研究,目前針對最大劑量與不良反應的Ⅰ期臨床試驗正在進行中[22]。

3.3其他類型腫瘤 成纖維細胞活化蛋白(fibroblast activation protein,FAP)可促進腫瘤的生長和進展,在許多人類上皮癌的相關成纖維細胞中過度表達。同時FAP在正常器官中的低表達,使其成為一個很好的治療靶點。因此,225Ac-FAPI-04可用于FAP表達的胰腺癌的治療。WATABE等[23]將225Ac-FAPI-04(34 kBq)注射到人胰腺癌異種移植小鼠中進行放射配體治療,監測腫瘤大小。與對照組比較,225Ac-FAPI-04注射液對小鼠的腫瘤生長具有明顯的抑制作用。因此,以FAP為靶點的α核素治療是有效的,225Ac-FAPI-04有望成為治療FAP表達胰腺癌的新策略。

225Ac-FPI-1434是一種靶向α放射性免疫治療劑,由225Ac、Ⅰ型胰島素樣生長因子-1受體(IGF-1R)靶向人源化單克隆抗體FPI-1175,以及一種雙功能螯合物組成。具有識別IGF-1R的特性,IGF-1R是一種在乳腺癌、前列腺癌或非小細胞肺癌等實體瘤中過度表達的酪氨酸激酶受體。目前正在進行一項I期試驗,旨在確定225Ac-FPI-1434在晚期實體瘤患者中的耐受性、藥動學和治療效果。

神經內分泌腫瘤的特征是使產生激素的細胞異常增殖,可能發生在胃腸道、胰腺或肺部等特殊部位。與健康組織比較,這些腫瘤過度表達生長抑素受體,是肽受體放射性核素治療的一個重要生物標志物。2020年BALLAL等[24]報道了225Ac-DOTA-TATE靶向α療法治療轉移性胃腸胰腺神經內分泌腫瘤的首次臨床試驗的前期觀察成果,82%患者出現不同程度的緩解,僅1例患者出現3級不良反應。初步證實225Ac-DOTA-TATE具備一定有效性和安全性,但仍需擴大樣本量并維持隨訪,以便進一步評估該藥的有效性和安全性。

多形性膠質母細胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)是一種惡性腦腫瘤,盡管可以通過手術聯合放化療進行治療,但預后不佳。神經肽物質P(substance P,SP)是神經激肽-1受體的生理配體,在膠質母細胞瘤細胞中高度表達。因此,SP成為靶向α治療的潛在配體。研究人員將225Ac-DOTA-SP在人膠質母細胞瘤細胞系以及GBM干細胞上進行研究,結果顯示:225Ac-DOTA-SP可誘導晚期腫瘤細胞凋亡,是一種有希望用于治療GBM的化合物。

FZD10是Frizzled家族的跨膜蛋白,在大多數滑膜肉瘤(synovial sarcoma,SS)中過表達,而在除胎盤外的正常成人組織中不存在或非常低,因此有望成為SS的治療靶點。早年間就曾有研究人員報道90Y標記的OTSA101抗體在SYO-1滑膜肉瘤小鼠模型中顯示出強烈的抗腫瘤作用,且沒有明顯的毒性。2022年,SUDO等[25]評估225Ac標記OTSA101抗體的治療潛力,結果顯示在滑膜肉瘤小鼠模型SYO-1中,225Ac標記的OTSA101為腫瘤提供較高的生物有效劑量,并實現60%的完全緩解。安全性方面,除暫時性體質量減輕外,未觀察到與治療相關的死亡率或明顯毒性。表明225Ac標記的OTSA101放射性免疫治療是一種有前途的滑膜肉瘤治療方案。

卵巢癌致死率居女性生殖系統腫瘤的首位。在卵巢癌的腫瘤相關抗原中,TAG-72在88%的各階段卵巢癌中表達,是靶向治療的希望靶點。2021年,MINNIX等[26]用225Ac標記DOTAylated-huCC49抗體,以靶向卵巢癌小鼠模型中的TAG-72陽性異種移植物。結果表明該種免疫療法以劑量依賴性方式顯著延緩腫瘤生長,且采用多劑量方案給藥,可降低全身毒性。

國外正在進行或已完成的225Ac相關臨床試驗匯總見表2,筆者未找到國內225AC的相關臨床試驗登記信息。

表2 正在進行或已完成的臨床試驗

4 總結與展望

經過幾十年的研究,α核素在腫瘤治療領域的特殊地位已被證實。225Ac作為最有潛力的核素之一,受到了廣泛關注。當前該研究領域發展主要呈現以下特點。①225Ac獲取來源:225Ac形成途徑較多,但仍需尋求更經濟迅速,且能夠實現大規模生產的最優路線;②螯合物和生物結合物:合適的螯合物與生物結合物對實現225Ac的靶向性至關重要,目前研究人員正在開發更有優勢的化合物配體,以擴大225Ac藥物治療領域,使其針對不同腫瘤均具有抗癌作用。2021 年 6月 24 日八部委發布《醫用同位素中長期發展規劃(2021—2035 年)》,對醫用同位素的研制生產、醫保政策、產業布局等重要方面作出部署。明確了放射藥物產業的戰略定位,從國家層面上引導實施政策配套,為產業發展提供強大制度保障。

藥品上市初期常會在安全性評價上存在局限性,在不良事件的發生率及其因果關系上易出現紕漏。因此,在各類225Ac靶向治療藥物上市后,需要臨床藥師權衡利弊,制定合理的藥物治療方案,進行藥物不良反應監測和上報。通過真實世界藥物評價為臨床試驗結果作出補充[27]。同時,未來還應該充分利用醫藥數據源,開展225Ac靶向治療藥物有關流行病學方面的研究,挖掘其醫療價值,提高臨床數據的利用度,更好地為臨床醫生、臨床藥師及患者服務[28-29]。

致謝:感謝沈陽藥科大學藥物流行病與臨床藥物評價課題組張靈健、孟彤、賈敏、沈智文、王俊彥、陳明珠、王樹月、張興會在本文立題過程中的支持與幫助!