RGD肽类示踪剂及其PET显像在脑胶质瘤诊疗中的应用

潘越 王观筠 党浩丹 徐白萱

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RGD肽类示踪剂及其PET显像在脑胶质瘤诊疗中的应用

    通讯作者: 徐白萱, xbx301@163.com

RGD peptide tracers and their PET imaging in the diagnosis and treatment of glioma

    Corresponding author: Baixuan Xu, xbx301@163.com
  • 摘要: 细胞黏附因子整合素αvβ3在包括脑胶质瘤在内的多种肿瘤新生血管内皮细胞及细胞表面高表达,而在正常细胞表面低表达或不表达。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)肽可特异性结合整合素αvβ3。放射性核素标记的RGD肽已成为脑胶质瘤靶向显像的研究热点,RGD PET显像在脑胶质瘤诊断和疗效监测中有一定的价值。基于此,笔者对RGD PET显像在脑胶质瘤诊疗中的应用进行综述。
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-13
  • 网络出版日期:  2023-05-24
  • 刊出日期:  2023-06-25

RGD肽类示踪剂及其PET显像在脑胶质瘤诊疗中的应用

    通讯作者: 徐白萱, xbx301@163.com
  • 1. 解放军医学院研究生院,北京 100853
  • 2. 解放军总医院第一医学中心核医学科,北京 100853

摘要: 细胞黏附因子整合素αvβ3在包括脑胶质瘤在内的多种肿瘤新生血管内皮细胞及细胞表面高表达,而在正常细胞表面低表达或不表达。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)肽可特异性结合整合素αvβ3。放射性核素标记的RGD肽已成为脑胶质瘤靶向显像的研究热点,RGD PET显像在脑胶质瘤诊断和疗效监测中有一定的价值。基于此,笔者对RGD PET显像在脑胶质瘤诊疗中的应用进行综述。

English Abstract

  • 原发性中枢神经系统恶性肿瘤是导致40岁以下男性、20岁以下女性及儿童死亡的主要病因之一 [1]。脑胶质瘤作为最常见的原发性中枢神经系统恶性肿瘤之一,占所有原发性中枢神经系统恶性肿瘤的80%以上,年发病率为3~6.4/10万[2]

    脑胶质瘤起源于脑胶质细胞,WHO根据细胞类型(星形胶质细胞、室管膜细胞、少突胶质细胞)、肿瘤侵袭性和异型性将脑胶质瘤等级分为Ⅰ ~Ⅳ级[3],其中Ⅰ 、Ⅱ级为低级别脑胶质瘤,Ⅲ 、Ⅳ级为高级别脑胶质瘤。脑胶质瘤最常见的组织病理学类型是多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM),约占所有类型脑胶质瘤的51%,也是级别最高的脑胶质瘤(Ⅳ级)[4]。脑胶质瘤具有增殖、侵袭、对传统的放化疗有抵抗性等特征,会导致患者在数月或数年内死亡[5]。脑胶质瘤的手术及非手术治疗反应评估对最佳治疗策略的选择至关重要,特别是对治疗失败的及时识别可及早终止无效治疗并避免不良反应如骨髓抑制、乏力、恶心、呕吐等情况的发生,有助于提高患者的生存率和生活质量[6]

    基于精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(arginine-glycine-aspartic acid,RGD)序列的小分子多肽可与新生血管活化内皮细胞表面高表达的整合素αvβ3特异性结合[7],因此放射性核素标记RGD肽作为示踪剂的PET显像可以显示整合素αvβ3在肿瘤内尤其是在脑胶质瘤中的分布[8]。RGD PET显像对脑胶质瘤的诊断、鉴别诊断及疗效评估已得到广泛研究。基于此,我们对RGD PET显像在脑胶质瘤临床应用中的研究进展进行综述,并探讨其挑战和机遇。

    • 无血管性肿块作为实体瘤的最初形态,其养分供给主要依赖于宿主微环境中的血管系统,当其长径达到1~2 mm时,表现出过度的血管生成,以获取必需的氧气和营养物质[9]。血管生成是一种以内皮细胞增殖、细胞外基质调节、细胞黏附和迁移为特征的侵袭性过程[10],其中细胞黏附因子整合素是包括脑胶质瘤在内的多种肿瘤中血管生成的介质[11]。整合素作为异质二聚体跨膜受体家族的一部分[12],在血管新生过程中调节细胞的增殖和迁移,促进细胞侵袭和穿越血管壁[13]。整合素αvβ3的主要作用是介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质和免疫球蛋白超家族分子的黏附[14]。有研究结果显示,整合素αvβ3在正常组织的静息内皮细胞中低表达,但在如脑胶质瘤等恶性肿瘤的血管生成内皮细胞和一些肿瘤细胞中高表达[15]。此外,当血脑屏障被脑胶质瘤破坏时,含有RGD的示踪剂通过靶向受体整合素αvβ3与脑胶质瘤细胞或肿瘤血管内皮细胞特异性结合[16]。RGD通过靶向受体整合素αvβ3与脑胶质瘤细胞或肿瘤血管内皮细胞特异性结合。

      放射性核素(如18F、64Cu和68Ga)标记的RGD肽已成功应用于PET显像。为了更加适应临床应用,靶向RGD受体分子探针的设计在不断优化和改进,包括环化、多聚化和通过聚乙二醇连接等手段提高其亲和力和稳定性[17]

    • RGD PET显像对脑胶质瘤的诊断价值在临床前研究中已得到验证。有研究结果显示,18F-半乳糖化-RGD(18F-Galacto-RGD)具有排泄速度快、代谢稳定和辐射剂量较低等优点,可作为临床研究的显像剂[18]。Isal等[19]通过PET显像对示踪剂68Ga-(1-[1,3-羧丙基]-4,7-羧甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷)-RGD[68Ga-(1-[1,3-carboxypropyl]-4,7-carboxymethyl-1,4,7-triazacyclononane)-RGD,68Ga-NODAGA-RGD]和18F-FDG的显像能力进行比较,并使用伽马计数器对其生物分布进行分析,结果显示,与18F-FDG相比,68Ga-NODAGA-RGD在胸部或头部的摄取要低得多,68Ga-NODAGA-RGD摄取高的肿瘤区域与此处的肿瘤细胞增殖率和整合素αvβ3的表达率相符,在一定程度上说明68Ga-NODAGA-RGD可以体现肿瘤细胞表面整合素αvβ3的表达和增殖的程度,对脑GBM的诊断具有很高的应用价值。Oxboel等[20]分别应用68Ga 和64Cu 标记的1-(1,3-羧丙基)-4,7-羧甲基-1,4,7-三氮杂环壬烷-E[环(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-D-酪氨酸-赖氨酸)]2[1-[1,3-carboxypropyl]-4,7-carboxymethyl-1,4,7-triazacyclononane)-cyclo(arginine-glycine-aspartic-D-tyrosine-Lysine),NODAGA-E[c(RGDyK)]2]对携带人GBM和人神经内分泌移植瘤的裸鼠进行显像,结果显示,人神经内分泌移植瘤在2种NODAGA-E[c(RGDyK)]2示踪剂的PET显像上均清晰可见,易于与正常组织相鉴别,因此其可作为整合素αvβ3阳性肿瘤细胞PET显像剂;二者相比,由于锗镓发生器标记简单且在肿瘤中的滞留时间长,因此68Ga-NODAGA-E[c(RGDyK)]2可能是未来临床RGD PET显像的较好选择。

      尽管18F标记示踪剂的显像质量优于68Ga,但其复杂的多步骤放射化学过程难以实现自动化,阻碍了18F-Galacto-RGD等18F标记示踪剂的临床应用[21]。综上,RGD PET显像在脑胶质瘤动物试验研究中的良好表现,为临床研究打下了一定的基础。

    • 虽然MRI显像和肿瘤活体组织病理学检查仍然是诊断GBM的“金标准”,但是RGD PET显像可以更好地描述肿瘤特征、监测肿瘤进展[22]。2009年,Schnell等[23]首次报道了关于脑胶质瘤18F-Galacto-RGD PET显像的临床研究,结果显示,相较于正常脑组织,放射性摄取浓聚的区域中脑胶质瘤高度增殖和浸润[SUVmean:(1.6±0.5) 对 (0.09±0.04)],同时该区域显像剂的摄取与整合素αvβ3表达的免疫组织化学染色强度显著相关(r=0.602,P=0.032),这表明18F-Galacto-RGD PET显像与GBM患者肿瘤细胞表面整合素αvβ3的表达相关。

      有研究结果显示,相较于MRI,RGD PET显像可以更早发现脑胶质瘤的复发。Iagaru等[24]的前瞻性研究纳入了17例贝伐单抗治疗后疑似复发的GBM患者,对18F-氟丙基吡咯烷基-E[环(RGDyK)]218F-fluoropropylpyrrolidinyl-E[cyclo(RGDyK)]218F-FPPRGD2)和18F-FDG PET显像早期预测脑胶质瘤复发的能力进行评估,结果显示,15例患者的18F-FPPRGD2 PET显像显示GBM复发,而18F-FDG PET显像能够发现其中13例患者的复发,其余2例患者没有发现复发,这表明相较于18F-FDG PET显像,18F-FPPRGD2 PET显像可在贝伐单抗治疗前后用于发现疑似复发性GBM,但需要更大的队列随访研究结果的证实。

      RGD PET显像除可应用于脑胶质瘤的诊断外,其在脑胶质瘤分级中也有一定的临床价值。Li等[25]对12例脑胶质瘤患者进行的前瞻性研究结果显示, 68Ga-1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸-(丙氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-D-酪氨酸-赖氨酸)2[68Ga-1,4,7-triazacyclonane-1,4,7-triacetic acid-(alanine-arginine-glycine-aspartic-D-tyrosine-lysine)268Ga-NOTA-PRGD2]在富含整合素αvβ3和其他新生血管标志物的脑胶质瘤中特异性聚集,在脉络丛以外的脑实质并无摄取。68Ga-NOTA-PRGD2 PET显像的SUVmax和最大肿瘤本底比值均与脑胶质瘤分级存在相关性(r=0.67、0.82,P=0.02、0.001);但18F-FDG PET显像只有最大肿瘤本底比值与脑胶质瘤分级显著相关(r=0.75,P=0.005)。在区分高级别脑胶质瘤和低级别脑胶质瘤方面, 68Ga-NOTA-PRGD2的灵敏度、特异度和准确率均高于18F-FDG。因此,68Ga-NOTA-PRGD2 PET显像相较于18F-FDG PET显像能更准确地评估脑胶质瘤的边界,并且在区分高级别脑胶质瘤和低级别脑胶质瘤中更有优势。该研究者随后的研究结果显示,相较于18F-FDG,68Ga-NOTA-PRGD2可为合并重度瘤周水肿的罕见脑膜瘤与高级别脑胶质瘤的鉴别提供更多的诊断信息[26]

      综上所述,不论是临床前研究还是临床研究,RGD PET显像在鉴别脑胶质瘤与非脑肿瘤病变、评估脑胶质瘤复发与脑胶质瘤分级中均显示出了较好的临床价值,但相关研究较少,需要更多的研究结果加以证实。

    • 鉴于整合素αvβ3在血管生成中的关键作用,其可作为脑胶质瘤诊断及预后的一种生物标志物,对于放射性核素标记的RGD PET显像整合素αvβ3阳性的脑胶质瘤患者的临床获益更大,可用于疗效评估等。

      Guo等[27]应用18F-氟化铝-1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸-E[四元乙二醇-环(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-D-苯丙氨酸-赖氨酸)]2[18F-AlF-1,4,7-triazacyclonane-1,4,7-triacetic acid-E[PEG4-cyclo(arginine-glycine-aspartic-D-phenylalanine-lysine)]218F-AlF-NOTA-E[PEG4-c(RGDfk)]218F-Alfatide Ⅱ]和18F-FDG对不同荷瘤裸鼠的早期化疗反应进行研究,研究者分别对携带GBM细胞和人乳腺高转移细胞的裸鼠注射阿霉素和紫杉醇蛋白结合颗粒,结果显示,治疗后第5天,肿瘤大小没有显著差异,但从治疗后第3天开始,18F-Alfatide Ⅱ和18F-FDG的内流率已经出现显著变化,虽然在治疗过程中未观察到18F-Alfatide Ⅱ或18F-FDG静态显像剂摄取值的显著变化,但肿瘤动力学分析结果中18F-Alfatide Ⅱ和18F-FDG的相关动力学指标均显著下降。Battle等[28]使用18F-氟氯泰德(18F-AH111585,18F-Fluciclatide)研究人类脑GBM异种移植物对抗血管生成药舒尼替尼治疗的反应,在给裸鼠服用抗血管生成药物舒尼替尼后,分别在给药后第2、7、9和13天通过小动物PET显像评价U87-MG肿瘤对18F-Fluciclatide的摄取情况,结果显示,与对照组相比,治疗组小鼠肿瘤的体积无明显变化,但18F-Fluciclatide的摄取减少。在短期抗血管生成治疗后,18F-Fluciclatide显示的肿瘤摄取变化明显早于解剖学上的体积变化。综上,RGD PET显像可能为抗血管生成的早期治疗效果提供有效的临床信息,甚至有潜力成为预测脑胶质瘤早期疗效的影像技术。

      此外,Provost等[29]研究18F 和68Ga 标记的RGD-纤溶酶原K5(RGD-K5)PET显像在脑GBM模型中对贝伐珠单抗疗效反应评估的研究结果显示,18F-RGD-K5 PET显像比68Ga-RGD-K5 PET显像的临床价值更高。

    • 目前,增强MRI仍是脑胶质瘤诊断和疗效评估的主要方法[30]。在临床治疗期间,通常需要每隔2~3个月采用增强MRI对GBM患者的治疗疗效进行评估[31]。然而,传统的影像技术通常无法在GBM早期监测放疗和化疗的效果,因为GBM的形态学改变通常需要在治疗后数周或数月后才能观察到。PET显像可以在肿瘤治疗的早期阶段检测疗效[32]。Zhang等[33]对25例GBM患者在不同时期(基线及治疗后第3周)分别进行18F-氟化铝-1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸-(丙氨酸-精-甘-天冬氨酸-D-酪氨酸-赖氨酸)218F-Alfatide) PET/CT显像,以评估其对同步放化疗的治疗预测能力,结果显示, 治疗前的SUVmax和治疗后的SUVmax均与同步放化疗反应相关;与治疗前的SUVmax相比,治疗后第3周SUVmax的诊断价值更高。因此,18F-Alfatide PET显像能早期观察同步放化疗对肿瘤的疗效。

      虽然RGD PET显像在评估脑胶质瘤疗效的临床前及临床研究中体现出了一定的临床价值,但由于研究较为有限,仍需要更多的研究结果证实RGD PET显像在脑胶质瘤治疗反应监测中的潜力。

    • RGD肽是肿瘤治疗的新靶点,它通过抑制整合素αvβ3与其配体之间的相互作用,降低肿瘤的新生血管密度,抑制肿瘤细胞黏附,诱导肿瘤细胞凋亡[34]。有研究者在整合素αvβ3阳性GBM小鼠模型中,分别注射37 MBq 90Y-区域可选择性功能化模板(regioselectively addressable functionalized template,RAFT)-RGD和177Lu-RAFT-RGD,其SPECT/CT显像显示,与未注射治疗性核素的小鼠相比,90Y-RAFT-RGD和177Lu-RAFT-RGD均能显著延缓肿瘤生长[35]。其他相似的研究结果也显示90Y和177Lu等治疗性核素标记的RGD肽类化合物能明显地抑制肿瘤生长[36-37]。Jin等[38]在已建立的整合素αvβ3阳性的GBM荷瘤鼠模型中,单次注射37 MBq和74 MBq的64Cu-RAFT-RGD,首次证明了64Cu标记的环状RGD肽也能抑制肿瘤生长的速度。放射性核素标记的RGD肽不仅是有效的肿瘤受体靶向显像剂,而且为进一步开展实体肿瘤受体靶向核素治疗研究奠定了基础。

    • 虽然RGD PET显像在脑胶质瘤中的相关研究仍主要聚焦于临床前,但其在脑胶质瘤的诊断和疗效评估中也有一定的价值。RGD PET显像和MRI的多模态显像融合技术的应用,在脑胶质瘤的精准诊断、肿瘤分期、疗效评估和靶向治疗等方面具有较好的应用前景,然而还需要大规模的临床试验进行验证。随着越来越多的新型RGD受体显像剂问世,相信RGD PET显像在临床应用上将会发挥更大的作用。

      利益冲突 所有作者声明无利益冲突

      作者贡献声明 潘越负责综述的撰写与修改;王观筠负责综述的修改;党浩丹负责综述的指导、经费的支持;徐白萱负责综述最终版本的修订

参考文献 (38)

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