靶向肿瘤微环境标志物及其分子影像学应用进展
姜杨宏岩，冯蓓，于亚萍，赵倩
1.宁夏医科大学总医院核医学科，宁夏 银川 750004；
2.宁夏医科大学研究生院，宁夏 银川 750004；
*通信作者 赵倩 cecilia_hh@126.com
肿瘤生活的环境称为肿瘤微环境，其生理状态与肿瘤的起始、进展和转移密切相关。因此在肿瘤治疗和预防中，肿瘤微环境的组成成分扮演不同的角色。肿瘤微环境靶点标志物的发现是目前的研究热点[1]。分子成像在非侵入性早期诊断、疾病或功能障碍的准确检测、治疗随访、个性化治疗方面发挥重要作用。此外，分子影像可在细胞或分子水平可视化人体内的生理或病理过程，通过影像学方法进行定性和定量研究，从而有利于疾病诊断和治疗[2]。放射性核素与肿瘤相关分子的配体结合，确保对癌细胞的精确靶向，既可用于诊断和治疗，又可用于实时监测治疗效果，从而实现诊疗一体化[3]。本文总结以肿瘤微环境作为靶点，通过具有高度特异性、高亲和力的标记探针实现肿瘤诊断及治疗的应用进展。
1.1 肿瘤相关成纤维细胞 肿瘤相关成纤维细胞是肿瘤微环境的重要组成部分，可以促进组织重塑、耐药发展和免疫逃避肿瘤[4]。成纤维活化蛋白（fibroblast activation protein，FAP）是成纤维细胞的特征性蛋白，在大多数正常组织中低表达或不表达，而在肿瘤相关的成纤维细胞中过表达。因此，以FAP的小分子抑制剂FAPI作为特异性分子探针具有重要研究意义。以正电子68Ga标记的FAPI，通过PET成像，Giesel 等[5]和Kratochwil 等[6]研究发现68Ga-FAPI PET/CT可用于对各种癌症进行成像，尤其是胰腺癌、头颈部癌、结肠癌、肺癌和乳腺癌，是一种有前途的新诊断方法。肿瘤与背景的对比度等于甚至优于18FFDG，高选择性的肿瘤摄取，为肿瘤TNM分期和放射性治疗提供强有力的依据。与MRI和18F-FDG相比，68Ga-FAPI-04在32例肝癌中显示出优越的诊断优势[7]。68Ga-FAPI-04是一种具有应用前景的示踪剂，其标记简单，体内外稳定性良好，在动物实验和健康志愿者中均获得良好的显像结果[8]。与68Ga-FAPI PET/CT显像比较，99Tcm-FAPI-34是一种强大的诊断显像示踪剂，可通过快速摄取肿瘤和快速从身体其他部位清除而获得高对比度，因此FAPI-34具有对FAP阳性肿瘤的闪烁显像和内放射治疗的潜力[9]。以上研究通过FAP靶向方法为非侵入性肿瘤特征化开辟了新的应用，以FAPI为靶点作为肿瘤基质标志物，通过分子成像对肿瘤的病理诊断、分期或必要治疗的改进具有重要意义。
1.2 间充质干细胞 由于间充质干细胞的异质性，不同亚型的间充质干细胞在肿瘤免疫微环境中通过调节免疫细胞的活性，从而抑制或促进肿瘤发展[10]。间充质干细胞具有向肿瘤迁移的特性，迁移至肿瘤微环境中抑制肿瘤生长，是肿瘤治疗中的有力靶向递送载体[10-11]。间充质干细胞可以直接与探针结合，利用成像技术，以实现细胞可视化[12]。既往研究采用111In和89Zr标记骨髓间充质干细胞，并使用SPECT或PET等技术对细胞进行追踪成像，其中89Zr-oxine的优点为长半衰期，能在更长时间范围内追踪细胞，可以代替111In用于细胞迁移成像[13-14]。总之，分子成像为间充质干细胞监测、治疗和改变肿瘤微环境提供可能，但由于间充质干细胞的分子成像已经过时，目前尚无广泛的研究进展。
1.3 肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）TAM是多功能的生物标志物，它既可以通过刺激血管生成促进肿瘤生长，也可能通过抑制免疫反应促进肿瘤生长[15]。巨噬细胞甘露糖受体（macrophage mannose receptor，MMR）在M2型TAM中过表达，成为TAM最常见的靶点[16]。Xavier等[17]开发用于PET/CT显像的68Ga-NOTA-anti-MMR-sdAb化合物，与99Tcm-anti-MMR-sdAb和18F-anti-MMR-sdAb在肿瘤中的摄取相似。与18F标记的化合物比较，68Ga化合物在肿瘤外表达MMR的器官如肝、脾、淋巴结和骨骼中的摄取率略高，但比99Tcm化合物的摄取低得多。小鼠实验证实，用18F、99Tcm和68Ga放射性标记表达MMR的巨噬细胞，可作为肿瘤进展和预后指标，并具备安全性及有效性。Mason等[18]提出一种89Zr-HDL纳米颗粒作为巨噬细胞PET成像的示踪剂，在PET/CT和体外分析结果中均发现89Zr-HDL纳米颗粒的聚集性与巨噬细胞密度相关，该研究能够更早地揭示免疫抑制的肿瘤微环境的变化。TAM是肿瘤微环境的主要组成部分，通过开发有效的靶向示踪剂，可以阻断TAM促肿瘤能力，同时也可以用于诊断肿瘤进展。此外，靶向TAM示踪剂已经明确在临床前和临床中具有治疗潜力，将为改善患者预后提供可能。
2.1 基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）MMP是一类锌和钙依赖的内肽酶家族，参与肿瘤进展的所有步骤，在许多人类疾病中经常过度表达或高度激活[19]，是预后标志物和治疗靶点。胶质瘤是成人最常见的中枢神经系统肿瘤，传统手术通常导致胶质瘤切除不完全，Li等[20]利用荧光探针MMP-750靶向小鼠原位胶质瘤模型，用荧光分子断层成像进行重建，并指导胶质瘤术中手术切除，结果表明MMP-750有助于肿瘤边缘勾画，以在手术中获得肿瘤体积信息，完全切除肿瘤。此外，临床前研究表明模型1-基质金属蛋白酶（MT1-MMP，又称为MMP14）可作为胶质瘤分子成像的生物标志物[21]。Kasten等[21]设计出胶质瘤的NIRF和PET双模式成像的MMP-14结合肽探针，并通过组织染色证实多肽探针的特异性，为在临床前胶质瘤模型中进行图像引导切除肿瘤研究提供了可靠依据。在脑肿瘤手术中，完全切除肿瘤对患者预后至关重要，靶向MMP或可有利于确定手术切除范围。如何将其切实应用于临床，是未来的研究目标。
2.2 整合素家族 整联蛋白细胞黏附受体家族调节多种细胞功能，几乎参与了癌症进展的每一个过程，在某些癌症中，部分整联蛋白表达失调，使其成为癌症诊断、分期、治疗的诱人靶标[22]。其中细胞跨膜受体αvβ6整联蛋白在多种癌症中表达上调，而在正常成人组织中不存在[23]。针对αvβ6整合素的几种放射性探针已经开发出来。Liu等[24]开发了一种99Tcm标记的含有“RGDLA TL”序列的线肽，用于胰腺癌进行整合素αvβ6靶向SPECT成像。然而，由于注射线性肽后在体内快速代谢，限制了其进一步临床转化。随后，Feng等[25]基于靶向整合素αvβ6的“RGDLA TL”序列开发一种68Ga标记的环肽，并发现68Ga-cycratide是一种易于制备的整联蛋白αvβ6特异性PET示踪剂，具有高度靶向特异性、良好的药代动力学和剂量学特征，可以特异性地检测胰腺癌，并监测治疗。还有研究者通过体内外测试均显示出良好的肿瘤亲和力及选择性，证明18F-αvβ6-BP对多种恶性肿瘤具有分子成像的潜力；
并进行首次人体研究发现肿瘤原发灶和转移灶均有明显摄取，且患者无明显不良反应，可靠性高[26]。以上结果证明αvβ6是肿瘤诊断和治疗的极具吸引力的靶标，但是部分研究缺乏一系列临床试验以评估该方法在人体中的有效性，在未来的研究中有待完善。
3.1 低氧环境 缺氧是恶性实体肿瘤常见的微环境特征，在缺氧条件下，肿瘤具有更高的侵袭和转移特性，并对免疫细胞的功能产生不利影响[27]。头颈部癌患者缺氧尤为明显，并且多预后不良[28]。PET是检测肿瘤缺氧最广泛的成像技术[29]，目前已有许多用于低氧显像的PET放射性示踪剂，其中硝基咪唑类药物应用最广泛，包括18F-氟异硝唑（FMISO）、18F-氟氮霉素阿拉伯糖苷（FAZA）、18F-红霉素硝基咪唑（FETNIM）和18F-2-亚硝基咪唑五氟丙基乙酰胺（EF5）等。18F-FMISO是目前应用最广泛的乏氧示踪剂。一项纳入25例头颈部癌的前瞻性研究证实缺氧指数MFMISO与复发风险的关系，18F-FMISO动态PET的缺氧指数可以作为未来个体化放射治疗的可靠参数，表明在放射治疗前行18F-FMISO PET有助于对患者的危险程度进行分组，在必要情况下进行个体化治疗[30]。FAZA是继FMISO之后第二大广泛应用的PET成像示踪剂。与FMISO相比，FAZA具有更好的动力学和高比活度，并且游离示踪剂可以迅速从正常缺氧组织中清除，从而提高肿瘤/背景比。Savi等[31]首次介绍了18F-FAZA给药后人体内的生物分布和内部剂量学概况，12例头颈部鳞状细胞癌患者在放疗前和放疗中行18F-FAZA PET扫描，结果显示全身18F-FAZA PET可适用于临床缺氧定量，也允许患者安全地连续进行更多PET/CT扫描，适用于放射治疗。18F-FETNIM的亲脂性比FMISO低，原则上可以更快地从非缺氧组织中清除。Hu等[32]研究发现，正常脑组织对18FFETNIM的摄取低于胶质瘤组织，并与胶质瘤恶性程度分级相关。因此，18F-FETNIM PET/CT可用于评估靶向胶质瘤缺氧的新型示踪剂。18F-EF5是另一种已用于肿瘤患者乏氧显像的硝基咪唑。Silvoniemi等[33]研究表明放化疗前重复行18F-EF5 PET，平均标准化摄取值、最大标准化摄取值和肿瘤/肌肉比值均具有高度相关性和重复性，因此18F-EF5 PET/CT可用于干预头颈部癌缺氧靶向治疗。在所有成像方法中，PET是检测肿瘤缺氧的理想方法。尽管目前尚无最优化的缺氧显像放射性示踪剂，但现有的示踪剂可以测量患者的肿瘤缺氧水平，具有无创、特异度高和敏感度高的特点。
3.2 酸性环境 实体恶性肿瘤大多为酸性微环境，主要是由于有氧糖酵解，导致灌注不足和乳酸分泌增加，这种现象称为Warburg效应[34]。细胞外低pH与肿瘤预后不良有关[35]。随着低pH插入肽（pH low insertion peptide，pHLIP）的发现，当细胞外环境呈酸性时，pHLIP自发以A-螺旋形式插入细胞膜，既往研究使用与pHLIP结合的64Cu-DOTA-pHLIP对前列腺肿瘤的酸性环境进行PET成像，结果证实无创性pH选择性正电子发射断层显像剂是基于内在生理特性（酸性细胞外环境）靶向肿瘤的创新方法，从而解决了癌症诊断和监测或治疗中的重要问题。然而pHLIP对细胞膜的亲和力不高，可能会导致细胞外pH测量不准确[36]。在pHLIP肽家族中，变异体7（Var7）是最短、具有最强极性的肽序列，具有易合成、快速血液清除和快速肿瘤靶向的优点，适用于PET/SPECT成像[37]。在酸性环境中，125I-pHLIP（Var7）可以靶向乳腺癌细胞，通过SPECT进行成像观察到清晰的肿瘤图像，尽管很难发现乳腺癌肝转移，但对肿瘤诊断和分期具有一定的应用价值[38]。有研究用超顺磁性纳米氧化铁造影剂通过pHLIP靶向肿瘤酸性微环境，使肿瘤的对比度增强明显，有助于提高MRI对肿瘤的早期检测、诊断敏感度和特异度[39]。因此，pHLIP可利用肿瘤微环境的酸性特征，在pH的基础上靶向实体肿瘤。
通过分子成像技术，开发针对靶向肿瘤特定间质和间质环境的示踪剂，利用放射性标记探针显示原发肿瘤和转移瘤，可以帮助临床诊断和跟踪肿瘤，调整个体化治疗方案和改善预后。为抑制肿瘤生长、血管生成以及破坏肿瘤组织结构，目前开发具有高亲和力、高特异性、高靶向性和适宜半衰期的放射性核素肿瘤微环境标记探针，具有广阔的发展前景和临床意义。在显像及治疗方面，未来需要进行更多的大样本研究及临床转化验证生物标志物的有效性。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
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