郭曉軼，周妮娜，劉特立，徐曉霞，夏雷，朱華，楊志

0 引言

酪氨酸激酶受體erbB-2是由原癌基因ERBB2基因編碼的一種蛋白，常被稱為人表皮生長因子2（HER2），是人表皮生長因子（HER/EGFR/ERBB）家族成員之一[1]。HER2擴增或過表達與腫瘤高侵襲性，易復發(fā)，死亡率增加密切相關。研究顯示,在乳腺癌（20%～30%）[2]、胃癌（7%～34%）[3-4]、卵巢癌、肺癌和前列腺癌中均存在不同程度的HER2過表達，HER2過表達往往預示患者預后差。HER2過表達的患者能夠從HER2靶向治療中獲益。HER2的表達水平對腫瘤靶向治療具有指導作用[4]。目前，IHC/FISH等傳統(tǒng)的HER2檢測方法為局部有創(chuàng)檢測，無法實現(xiàn)全身評估、療效監(jiān)測，也無法解決腫瘤異質(zhì)性的問題。分子影像診斷以人全身為研究對象，將腫瘤影像診斷提高到腫瘤細胞特異性表達的分子水平，通過生物靶向探針，在組織水平、細胞和亞細胞水平反映活體狀態(tài)下分子水平變化，對其生物學行為在影像學方面進行定性和定量研究[5]。通過核素標記免疫治療藥物分子并利用分子影像診斷方式進行實時、在體的檢測，能夠為患者篩選、療效監(jiān)測、治療方案優(yōu)化、預后評估提供新方法。本綜述以目前已有的HER2分子探針為基點，對分子影像引導腫瘤靶向治療發(fā)展趨勢進行分析。

1 HER2靶向藥物的應用

分子靶向治療以腫瘤細胞的特性改變，即以已知與腫瘤惡性行為密切相關的異常分子和基因為作用靶點，可以選擇性殺傷腫瘤細胞，在發(fā)揮更強的抗腫瘤活性的同時，減少對正常細胞的毒副作用，具體機制見圖1。目前HER2分子靶向藥物主要分為兩大類：（1）單克隆抗體：曲妥珠單抗，帕妥珠單抗；曲妥珠單抗-美坦新偶聯(lián)物（T-DM1）；（2）酪氨酸激酶抑制劑：拉帕替尼、阿法替尼、來那替尼。

HER2分子靶向藥物在臨床應用的過程中，我們需要考慮的問題：如何篩選HER2分子靶向治療可能有效的患者、如何監(jiān)測患者對分子靶向藥物的響應、如何與傳統(tǒng)治療方法配合以提高療效、如何解決分子靶向藥物的耐藥性問題等。

ToGA的臨床三期研究結果顯示，HER2過表達晚期胃癌患者抗HER2 靶向治療客觀有效率僅為47.3%。即使初始有效，也最終出現(xiàn)惡性腫瘤復發(fā)及耐藥。此外，Trastuzumab單抗自身具有較強的心臟毒副作用，每10例接受Trastuzumab單抗治療的乳腺癌患者中就有1例會發(fā)生心臟毒性[4,6]。另一方面，單克隆抗體在惡性腫瘤的靶向治療中表現(xiàn)出高度異質(zhì)性。如胃癌中，僅組織學HER2表達陽性的胃癌患者可以從Trastuzumab抗HER2的靶向治療中獲益[7]。因此，實現(xiàn)靶向藥物在腫瘤治療中的個體化治療、精準治療將成為腫瘤診療最值得關注的問題。臨床檢測HER2表達是通過免疫組織化學（IHC）和熒光原位雜交（FISH）等傳統(tǒng)方法，但IHC/FISH方法測定結果僅為病理切片的HER2表達水平，不能提供機體整體與遠處轉移時HER2表達信息[8]，且無法實現(xiàn)在體、實時、動態(tài)監(jiān)測HER2表達狀態(tài)；除此之外，HER2在惡性腫瘤中表現(xiàn)出高度異質(zhì)性，IHC/FISH方法僅能檢測出10%～24%原發(fā)腫瘤和轉移灶之間HER2表達水平不一致[9]。我們迫切需要新的檢測方法解決這些問題。

2 臨床轉化的靶向HER2分子探針

核醫(yī)學分子示蹤技術利用放射性分子探針可以特異性的無創(chuàng)檢測和評估腫瘤患者的全身病灶的HER2表達信息，早期獲得患者腫瘤組織對單抗的響應情況，為HER2高表達腫瘤治療過程中患者篩選、監(jiān)測療效、耐藥性和復發(fā)轉移提前預警，為HER2生物學行為密切相關的信號轉導通路提供可視化研究方法。

目前靶向HER2的配體包括單克隆抗體、Fab、Affibody等。制備分子探針需要選擇物理半衰期與HER2配體生物半衰期相匹配的放射性核素，得到最佳成像時間。單克隆抗體選擇長物理半衰期核素如89Zr（T1/2=78 h）和111In（T1/2= 67 h）進行標記，可以與單抗的生物半衰期（T1/2約72 h）相匹配。Fab和Affibody可以選擇短半衰期核素如68Ga或18F（68Ga，T1/2=68 min；18F，T1/2=110 min）標記。中等半衰期核素如64Cu（T1/2=12.7 h）也可用于對單克隆抗體進行標記。常規(guī)正電子核素（如11C、13N、15O、18F）的半衰期太短，不支持抗體成像。

目前許多PET和SPECT分子探針已進入臨床（臨床期或已進入臨床Ⅰ期、Ⅱ期試驗）檢測HER2陽性乳腺癌原發(fā)灶及轉移灶，見表1，本文主要介紹以曲妥珠單抗、Fab、Affibody為標記前體的分子探針。這些分子探針可更準確的診斷和指導HER2靶向治療。

圖1 HER2介導的信號轉導通路(A)和HER2靶向藥物的抗腫瘤作用機制(B)Figure1 HER2-mediated signal-transduction pathways(A) and antitumor mechanism of HER2 targeted drugs(B)

表 1 已進入臨床轉化階段的HER2分子探針Table1 HER2 molecular probe in clinical research

2.1 Trastuzumab為標記前體的核素靶向分子探針

2.1.1111In-MxDTPA-trastuzumab 2001年，Behr教授用單光子核素銦-111標記曲妥珠單抗，成功檢測到肝轉移灶，這是首次用核素標記曲妥珠單抗，具有里程碑意義[23]。2006年，Perik實驗團隊用111In-MxDTPA-trastuzumab分子探針評估曲妥珠單抗治療相關的心臟毒性和分子探針在腫瘤中的攝取。這項研究的結果顯示在111In-MxDTPA-trastuzumab分子探針篩選HER2陽性患者是可行的，且篩選的患者可以從曲妥珠單抗治療中獲益[11]。Gaykema實驗團隊研究曲妥珠單抗的治療是否影響腫瘤對111Intrastuzumab的攝取。研究表明，曲妥珠單抗治療使腫瘤對111In-trastuzumab的攝取降低20%，111Intrastuzumab可以用于曲妥珠單抗靶向治療過程中的顯像[12]。

Wong實驗團隊評估111In-MxDTPA-trastuzumab分子探針在HER2陽性患者的體內(nèi)生物分布、藥代動力學、免疫原性和腫瘤攝取情況[10]。在此研究中，注射111In-MxDTPA-trastuzumab的8例患者耐受良好，未出現(xiàn)不良反應。7例已知陽性患者中，3例腫瘤位置有高攝取。繼續(xù)觀測2月，患者未出現(xiàn)免疫反應，說明該分子探針的安全性。

2.1.289Zr-DFO-trastuzumab89Zr是一種富有魅力的核素，89Zr的物理半衰期是78 h與單抗的生物半衰期72 h相匹配。89Zr與111In相比，具有更高的空間分辨率和更好的信噪比，而且PET相比SPECT而言，能夠定量分析。2009年，格羅寧根大學醫(yī)學中心Dijkers教授及其實驗團隊首次實現(xiàn)對曲妥珠單抗進行89Zr放射性標記及動物成像研究。在此研究中發(fā)現(xiàn)89Zr-DFO-trastuzumab分子探針有較好的腫瘤放射性攝取和較高的T/NT值，且生物分布與111In-MxDTPA-trastuzumab相一致[13]。在Dijkers及其實驗團隊的后續(xù)臨床轉化研究中，招募40名HER2陽性乳腺癌患者進行89Zr-DFO-trastuzumab顯像研究。在此研究中顯示評估最佳時間是4～5天。89Zr-DFO-trastuzumab分子探針能檢測出大部分陽性病灶，不僅能檢測出HER2陽性的原發(fā)灶，也能檢測出HER2陽性的轉移灶，而且能檢測出18FFDG未發(fā)現(xiàn)的腦轉移灶[14]。

斯隆-凱特林紀念癌癥中心MSKCC的Ulaner教授及其實驗團隊研究89Zr-DFO-trastuzumab分子探針是否可以檢測出HER2陰性原發(fā)腫瘤的HER2陽性轉移灶。該臨床試驗招募了9例HER2陰性患者，所有患者病理證實HER2陰性。在此研究中，5例患者檢測出轉移灶有高攝取，病理活檢發(fā)現(xiàn)2例患者病理證實HER2陽性，3例患者病理證實HER2陰性。本研究的重要發(fā)現(xiàn)是89Zr-DFO-trastuzumab分子探針可以檢測出HER2陰性患者的HER2陽性轉移灶。雖然只是小樣本，這些結果可以為HER2腫瘤異質(zhì)性提供了一種解釋假設：為什么少數(shù)HER2陰性患者可以從HER2靶向治療中獲益[15]。目前該中心O'Donoghue教授及其實驗團隊正在招募HER2陽性食管胃交界腫瘤患者進行89Zr-DFO-trastuzumab的臨床研究[16]。

2.1.364Cu-DOTA-trastuzumab64Cu（T1/2=12 h）是中等半衰期核素。MSKCC的Tamura教授及其實驗團隊首次發(fā)起64Cu-DOTA-trastuzumab臨床研究，研究該分子探針在人體內(nèi)的安全性、生物分布、輻射吸收劑量和HER2陽性腫瘤的顯像。此項研究招募6例原發(fā)性或轉移性HER2陽性乳腺癌患者，注射130 MBq64Cu-DOTA-trastuzumab后，分別于注射后1、24、48 h采集圖像。收集血液、尿液和非靶組織等樣本來評估此分子探針的生物分布、輻射吸收劑量。該研究顯示，注射后48 h是圖像最佳采集時間。該研究的重要發(fā)現(xiàn)是64Cu-DOTA-trastuzumab整個過程中的輻射吸收劑量與PET經(jīng)典顯像劑18F-FDG的輻射吸收劑量相近。在6例患者中，2例患者檢測出腦轉移灶。3例患者檢測出原發(fā)病灶，且檢出區(qū)域與CT相同[17]。

基于Tamura教授及其實驗團隊64Cu-DOTA-trastuzumab能成功檢測出HER2陽性原發(fā)性乳腺癌患者的腦轉移灶的發(fā)現(xiàn)，國立癌癥中心醫(yī)院Kurihara教授及其實驗團隊進行更深入64Cu-DOTA-trastuzumab對檢出HER2陽性患者腦轉移灶的研究。此項研究招募5例確診為HER2陽性乳腺癌的腦轉移患者，進行64Cu-DOTA-trastuzumab顯像研究。5例患者腦轉移灶中均可見陽性攝取。該研究進一步證實曲妥珠單抗可能通過血腦屏障，可以檢測到HER2陽性轉移灶[24]。這些研究證實，64Cu-DOTA-trastuzumab可以無創(chuàng)探測患者的原發(fā)灶和轉移灶。

目前，北京大學腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學科正在進行64Cu-NOTA-trastuzumab檢測HER2陽性胃癌患者原發(fā)病灶及轉移病灶的臨床研究，患者正在招募中[18]。

2.2 Trastuzumab以外的核素靶向分子探針

2.2.168Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab Fab抗體僅含F(xiàn)ab分子，F(xiàn)ab段由完整的輕鏈（恒定區(qū)CL和可變區(qū)VLCL）和重鏈Fd段（第一恒定區(qū)CH1和可變區(qū)VH）通過一個二硫鍵連接形成異二聚體，整個分子大小約占總抗體的三分之一，僅含有一個抗原結合位點，可以保存與抗原結合的功能。Beylergil及其實驗團隊開展68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab分子探針評估HER2表達水平的臨床前研究，評估68Ga-DOTA-F(ab′)2-trastuzumab毒性，藥代動力學，生物分布和輻射吸收劑量。該研究納入15例乳腺癌患者，其中7例HER2陰性患者，8例HER2陽性患者。在HER2陽性組，7例接受曲妥珠單抗治療和1例未經(jīng)曲妥珠單抗治療。4/8陽性患者顯像中發(fā)現(xiàn)已知原發(fā)灶和轉移灶[19]。

2.2.268Ga-HER2 Affibody 2010年，Baum教授及其實驗團隊開展了68Ga-ABY-002 和111In-ABY-002在HER2陽性腫瘤患者中的顯像研究。該研究招募了3例患者，進行18F-FDG與68Ga-ABY-002和111In-ABY-002的對比顯像研究，68Ga-ABY-002和111In-ABY-002檢測到9例病灶，18F-FDG檢測到11例病灶。該研究表明，68Ga-ABY-002和111In- ABY-002具有檢測HER2陽性病灶的潛能；且ABY-002代謝較快，可以在注射后2 h獲得高品質(zhì)的PET/SPECT圖像。但仍需要進一步研究優(yōu)化此類Affibody分子探針的劑量、時間、敏感度和特異性等[25]。2014年，S?rensen及其實驗團隊重新設計的了靶向HER2的Affibody小分子ABY-025并開展了111In-ABY-025生物分布、安全性、輻射吸收劑量和腫瘤靶向性評估。ABY-025與ABY-002相比，提高了腫瘤與背景比值，從而檢出更多的轉移病灶（最重要的是肝轉移灶）[20]。2014年，S?rensen及其實驗團隊開展了68Ga-ABY-025在HER2陽性腫瘤患者中的顯像研究。研究表明68Ga-ABY-025可以定量測定HER2陽性乳腺癌轉移患者的HER2表達水平[21]。

2.2.368Ga-HER2-Nanobody 納米抗體（Nanobodies）來源于抗體的重鏈特定結構，是最小能與抗原結合的抗體片段。Keyaerts及其實驗團隊的初步評估了68Ga-HER2-Nanobody分子探針的安全性、生物分布和輻射吸收劑量。此項研究中招募了20例原發(fā)性或轉移性乳腺癌患者。所有患者注射68Ga-HER2-Nanobody后未出現(xiàn)不良反應。1 h僅10%放射性劑量滯留在血液中；其輻射劑量與其他常規(guī)使用的PET示蹤劑相當；在腎臟、肝臟和腸中攝取量較高，但在其他器官中的背景水平很低，能清楚顯示HER2陽性乳腺癌的原發(fā)灶或轉移灶，可在Ⅱ期臨床試驗中進一步評估[22]。

3 總結

近年來，腫瘤免疫治療已成為繼腫瘤傳統(tǒng)治療方法后的又一種重要的腫瘤治療方法。但是，并不是所有的患者都對腫瘤免疫治療有響應。核醫(yī)學分子探針進行全身顯像并指導腫瘤治療。HER2靶向分子探針有望高敏感度、特異性、無創(chuàng)檢測HER2陽性腫瘤的原發(fā)灶及轉移灶的HER2表達情況，為HER2陽性腫瘤患者靶向治療提供指導。