王淑靜,徐曉霞,周欣,劉特立,李囡,朱華,楊志
近年來(lái),在腫瘤治療方面,免疫治療表現(xiàn)出令人矚目的療效。程序性細(xì)胞死亡蛋白-1(programmed death protein 1,PD-1)及其配體PD-L1是目前臨床應(yīng)用最廣泛的免疫抑制劑。多項(xiàng)臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),抗PD-1或抗PD-L1單克隆抗體可以通過(guò)與PD-1或PD-L1結(jié)合,阻斷PD-1與PD-L1之間的結(jié)合增強(qiáng)機(jī)體抗腫瘤的免疫能力,在多種難治性、復(fù)發(fā)性腫瘤患者中取得了超預(yù)期的療效[1]。因此,美國(guó)食品與藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration,FDA)通過(guò)快速審批通道迅速批準(zhǔn)了抗PD-1單抗Pembrolizumab(2014年)、Nivolumab(2014年)及抗PD-L1單抗Atezolizumab(2016年)、Durvalumab(2017年)、Avelumab(2017年)等,均已成為多種腫瘤的標(biāo)準(zhǔn)治療。但臨床試驗(yàn)結(jié)果表明只有部分腫瘤患者可以受益于這種治療,如一項(xiàng)Nivolumab單藥治療非小細(xì)胞肺癌的臨床試驗(yàn)中,僅20%的患者獲得客觀緩解[2],而且治療費(fèi)昂貴,對(duì)患者造成沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[3]。所以,探索一種可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)患者免疫治療療效的方法十分重要。
目前最常用的預(yù)測(cè)患者免疫治療療效的方法是通過(guò)免疫組織化學(xué)(immunohistochemistry,IHC)檢測(cè)腫瘤的PD-L1表達(dá)水平及腫瘤浸潤(rùn)T細(xì)胞的PD-1表達(dá)水平,已有臨床試驗(yàn)結(jié)果表明IHC檢測(cè)結(jié)果與患者的治療反應(yīng)相關(guān)[4-5]。但有研究發(fā)現(xiàn)該方法并不能十分精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)患者療效,PD-L1陰性患者中仍有15%可以獲益[6],而且它屬于有創(chuàng)性檢查,難以實(shí)現(xiàn)在治療過(guò)程中對(duì)PD-1/PD-L1表達(dá)水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
核醫(yī)學(xué)分子影像使用放射性核素標(biāo)記探針進(jìn)行SPECT/PET顯像,可以在治療過(guò)程中重復(fù)、定量檢測(cè)腫瘤原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶的PD-1/PD-L1表達(dá)水平的變化,有望成為一種更精準(zhǔn)的篩選免疫治療受益患者的檢查方法。本文將對(duì)目前關(guān)于PD-1/PD-L1靶向核素探針顯像的臨床前及臨床研究進(jìn)行總結(jié),主要包括核素標(biāo)記完整抗體顯像、核素標(biāo)記單域抗體顯像及核素標(biāo)記低分子量探針顯像。
一項(xiàng)首個(gè)國(guó)產(chǎn)抗PD-1單克隆抗體特瑞普利單抗(JS001)治療黑色素瘤、尿路上皮癌、腎細(xì)胞癌的Ⅰ期臨床試驗(yàn)中,PD-L1陽(yáng)性患者中的客觀緩解率明顯高于PD-L1陰性患者(43.8%vs.0)[7]。但仍有大多數(shù)的PD-L1陽(yáng)性患者對(duì)治療并沒(méi)有響應(yīng),這可能與腫瘤病灶內(nèi)PD-L1表達(dá)的異質(zhì)性有關(guān),依靠穿刺活檢進(jìn)行的IHC無(wú)法避免這一因素的影響。此外,腫瘤細(xì)胞PD-L1表達(dá)在病程中因各種治療發(fā)生變化,也是導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的原因之一,為減少此因素的影響而進(jìn)行的重復(fù)穿刺活檢將給患者帶來(lái)更多的有創(chuàng)性檢查的風(fēng)險(xiǎn)。有研究用PD-L1抗體22C3、28-8、SP263、SP142對(duì)38例非小細(xì)胞肺癌(Non-small cell lung cancer,NSCLC)患者進(jìn)行IHC檢測(cè),50%的患者在四種抗體的檢測(cè)結(jié)果中被判定為陽(yáng)性,13%的患者判定為陰性,37%的患者則在四種抗體的cut-off值上下變化[8]。因此,目前IHC檢測(cè)的抗體以及評(píng)判陽(yáng)性的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,也會(huì)導(dǎo)致PD-L1表達(dá)的IHC檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確[9],進(jìn)而造成其預(yù)測(cè)患者治療反應(yīng)的不準(zhǔn)確。
腫瘤突變負(fù)荷(Tumor mutational burden,TMD)是目前多個(gè)研究使用的另一個(gè)預(yù)測(cè)療效的標(biāo)志物。徐瑞華教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一項(xiàng)特瑞普利單抗單藥用于標(biāo)準(zhǔn)治療失敗的晚期胃癌的研究發(fā)現(xiàn),TMD高患者的客觀緩解率(33.3%vs.7.1%,P=0.017)及總生存期(14.6月vs.4.0月,P=0.038)均明顯高于TMD低患者[10]。但TMD面臨著與IHC一樣不能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的問(wèn)題,尚需更多的研究探索。同時(shí)TMB檢測(cè)方法復(fù)雜,價(jià)格昂貴。
MMR(mismatch repair)基因是指基因組中負(fù)責(zé)修復(fù)DNA錯(cuò)配的基因。如果MMR基因有缺陷則稱(chēng)為dMMR(deficient mismatch repair),反之,則稱(chēng)為pMMR(proficient mismatch repair)。如果存在dMMR,微衛(wèi)星復(fù)制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI-H)。具有dMMR或MSI-H的患者將更能從免疫治療中獲益。Pembrolizumab單藥治療的Ⅱ期臨床試驗(yàn)中,dMMR結(jié)直腸癌組的客觀緩解率(40%vs.0)及免疫相關(guān)無(wú)進(jìn)展生存率(78%vs.11%)均明顯高于pMMR結(jié)直腸癌組[11]。
目前雖然有一些研究報(bào)道其他標(biāo)志物用來(lái)預(yù)測(cè)療效,如HLA基因多樣性、DNA甲基化等[12-13],但仍需進(jìn)一步研究。
PD-1/L1靶向核素探針免疫顯像可以減少穿刺等有創(chuàng)性的檢查,避免腫瘤異質(zhì)性的影響,提供原發(fā)灶、轉(zhuǎn)移灶以及全身PD-1/PD-L1表達(dá)情況,為PD-1/L1免疫治療的患者提供一種更加準(zhǔn)確的篩選方法。同時(shí),核醫(yī)學(xué)分子影像可以在治療過(guò)程中多次監(jiān)測(cè),有望在治療過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PD-1/PD-L1的表達(dá)變化,為及時(shí)調(diào)整免疫治療方案提供更多影像學(xué)依據(jù)。
核醫(yī)學(xué)分子影像以體內(nèi)特定的分子作為核素探針成像的靶點(diǎn),能無(wú)創(chuàng)地通過(guò)影像反應(yīng)靶點(diǎn)分子在人體內(nèi)的表達(dá)情況[14]。PD-1/PD-L1靶向核素探針顯像使用放射性單光子或正電子核素標(biāo)記抗PD-1/PD-L1單抗或小分子,經(jīng)靜脈注射,與體內(nèi)PD-1/L1受體靶向結(jié)合,然后進(jìn)行核醫(yī)學(xué)SPECT或PET顯像,對(duì)患者體內(nèi)組織的放射性攝取進(jìn)行測(cè)量,從而實(shí)現(xiàn)PD-1/L1受體表達(dá)情況的定量檢測(cè)。
根據(jù)靶向分子的特征,放射性核素可直接或者通過(guò)螯合劑對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記,常用的放射性核素主要包括放射性鹵素及放射性金屬元素。最常用的放射性鹵素是124I,主要通過(guò)直接親電取代酪氨酸殘基的方式對(duì)靶向分子進(jìn)行標(biāo)記。但若靶向分子發(fā)生細(xì)胞內(nèi)分解出現(xiàn)脫鹵,124I將從靶向組織中清除導(dǎo)致信號(hào)降低,并會(huì)導(dǎo)致甲狀腺組織中124I聚集。放射性金屬元素如68Ga、64Cu、89Zr等需要通過(guò)雙功能螯合劑如DOTA、NOTA、DFO等對(duì)抗體分子進(jìn)行標(biāo)記。雙功能螯合劑先與抗體分子的非活性部位共價(jià)連接,然后與放射性金屬元素形成穩(wěn)定復(fù)合物,是目前PD-1/PD-L1靶向核素探針最常用的標(biāo)記方法。
目前已有大量臨床前研究采用核素標(biāo)記單抗進(jìn)行顯像,以評(píng)估鼠荷人類(lèi)腫瘤的PD-L1表達(dá)水平,見(jiàn)表1。由于單抗較長(zhǎng)的生物半衰期,主要使用111In(67.3 h)、64Cu(12.7 h)、89Zr(78.4 h)等(中)長(zhǎng)半衰期核素進(jìn)行標(biāo)記。
2.2.1 核素標(biāo)記抗PD-L1單克隆抗體顯像 2015年Heskamp等第一次使用111In標(biāo)記特異性抗人PD-L1的鼠源性單克隆IgG1抗體PD-L1.3.1進(jìn)行活體SPECT/CT成像,為PD-L1靶向的核素探針顯像研究奠定了基礎(chǔ)[15]。隨后,Chatterjee團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),111In-Atezolizumab SPECT/CT顯像和64Cu-Atezolizumab PET/CT顯像可以檢測(cè)出荷人腫瘤小鼠模型中PD-L1的表達(dá)[16-17]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)PD-L1靶向探針同樣可以檢測(cè)PDX模型中PD-L1的表達(dá)[18]。
上述幾項(xiàng)研究均使用免疫缺陷小鼠,未觀察到淋巴系統(tǒng)對(duì)探針的攝取。2016年Josefsson等[19]使用111In標(biāo)記PD-L1抗體進(jìn)行免疫功能正常小鼠SPECT成像,觀察到脾、胸腺高攝取。Hettich等[20]使用64Cu-NOTA標(biāo)記PD-1/L1抗體進(jìn)行免疫功能正常小鼠PET/CT顯像,在淋巴結(jié)中發(fā)現(xiàn)PD-1及PD-L1,同時(shí)該研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)γ干擾素治療,肺是PD-L1表達(dá)上調(diào)最明顯的器官,所以抗肺的T細(xì)胞反應(yīng)被PD免疫抑制點(diǎn)強(qiáng)烈抑制,提示肺癌患者的PD-L1治療是激活無(wú)效的細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞(Cytotoxic T lymphocyte,CTL)的一個(gè)重要手段,同時(shí),這也可能是PD-L1免疫治療經(jīng)常出現(xiàn)肺炎、流感樣疾病、結(jié)節(jié)病等不良反應(yīng)的原因。不良反應(yīng)重癥肌無(wú)力則可能與胸腺攝取PD-L1抗體有關(guān)[21]。
表1 核素標(biāo)記抗PD-L1完整單克隆抗體顯像Table 1 Imaging of radionuclide-labeled complete anti-PD-L1 monoclonal antibody
多項(xiàng)研究顯示PD-L1靶向探針可檢測(cè)到治療引起的PD-L1表達(dá)的變化[18,20-22],如放療、紫杉醇治療上調(diào)PD-L1表達(dá),阿霉素治療下調(diào)PD-L1表達(dá)。2019年Ehlerding等進(jìn)行荷瘤小鼠89Zr-Atezolizumab PET顯像發(fā)現(xiàn),PD-L1+的H460腫瘤經(jīng)放療24 h后PD-L1表達(dá)上調(diào),放射性攝取增高,PD-L1+的脾、淋巴結(jié)的PD-L1表達(dá)同樣上調(diào),與IHC結(jié)果一致[23]。
2.2.2 核素標(biāo)記抗PD-1單克隆抗體顯像 2015年Natarajan等進(jìn)行PD-1抗體探針活體PET顯像,發(fā)現(xiàn)腫瘤及淋巴器官高攝取[24],說(shuō)明PD-1靶向探針有潛力用于PD-1表達(dá)水平的檢測(cè)[25]。隨后,多項(xiàng)核素標(biāo)記完整抗PD-1單抗的顯像研究被報(bào)道,見(jiàn)表2。
核素標(biāo)記完整單抗的優(yōu)勢(shì)是與PD-1/PD-L1結(jié)合的親和性強(qiáng),制備簡(jiǎn)單。劣勢(shì)是生物半衰期較長(zhǎng),需要使用長(zhǎng)半衰期核素標(biāo)記,顯像所需時(shí)間長(zhǎng)且腫瘤穿透性差。
KN035是目前全球首個(gè)進(jìn)入臨床開(kāi)發(fā)的PD-L1單域抗體,已經(jīng)被批準(zhǔn)進(jìn)行治療晚期或轉(zhuǎn)移性實(shí)體腫瘤的臨床試驗(yàn)。KN035與完整單抗相比具有較低的分子量,因此具有相對(duì)較高的腫瘤穿透性,并可在注射后更短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行顯像,同時(shí)保持良好的PD-L1親和性。2018年Li等用89Zr-Df-KN035對(duì)荷人膠質(zhì)瘤小鼠進(jìn)行PET顯像發(fā)現(xiàn)腫瘤高攝取,與IHC檢測(cè)結(jié)果一致[31]。89Zr-Df-KN035在食蟹猴中顯像顯示,在肝、脾、腎的攝取較高,在唾液腺、淋巴組織出現(xiàn)較早且相對(duì)穩(wěn)定,肌肉、腦攝取低。該研究發(fā)現(xiàn)89Zr-Df-KN035具有標(biāo)記快速、穩(wěn)定的高親和性及腫瘤快速高攝取并可長(zhǎng)時(shí)間滯留等多種優(yōu)勢(shì),但同時(shí)也具有很大的局限性即沒(méi)有良好的腫瘤血池比,注射后120 h仍僅為(1.10±0.12)。
低分子量探針優(yōu)點(diǎn)是腫瘤穿透性更強(qiáng),可被腫瘤快速攝取,從血液、背景組織中快速清除,實(shí)現(xiàn)注射當(dāng)天顯像;缺點(diǎn)是制備較復(fù)雜,穩(wěn)定性較差。主要包括抗體片段、納米抗體(Nanobodies,Nbs)、Adectin、多肽等,見(jiàn)表3。
2.4.1 抗體片段 2015年Maute等合成了PD-1的一個(gè)可溶性膜外區(qū)片段HAC-PD-1,可以與PD-L1高親和性結(jié)合[32]。在種植有PD-L1陰性及陽(yáng)性腫瘤的小鼠體內(nèi)注射熒光標(biāo)記的PD-L1抗體與HACPD-1后發(fā)現(xiàn),在PD-L1陰性的腫瘤中PD-L1抗體及HAC-PD-1均未出現(xiàn)。而在PD-L1陽(yáng)性的腫瘤中,PD-L1抗體主要分布在腫瘤邊緣及血管周?chē)?,HAC-PD-1則在腫瘤內(nèi)廣泛分布。64Cu-HAC-PD-1 PET顯像發(fā)現(xiàn)PD-L1陽(yáng)性腫瘤高攝取,PD-L1陰性腫瘤無(wú)攝取。
表2 核素標(biāo)記抗PD-1完整單克隆抗體顯像Table 2 Imaging of radionuclide-labeled complete anti-PD-1 monoclonal antibody
2.4.2 納米抗體 2017年Broos等使用99mTc標(biāo)記Nbs C3、E2進(jìn)行TC-1腫瘤小鼠SPECT/CT顯像發(fā)現(xiàn),可以檢測(cè)PD-L1不同表達(dá)水平,圖像的信號(hào)強(qiáng)度與PD-L1的表達(dá)水平相關(guān),且C3可以發(fā)現(xiàn)很小的差異[33]。Nbs在腎臟及膀胱中聚集,在其他器官與已報(bào)道的PD-L1抗體相似。但該Nbs不與人PD-L1結(jié)合,需要尋找可以與人PD-L1結(jié)合的Nbs進(jìn)行臨床轉(zhuǎn)化。
2.4.3 Adnectin Adnectin是一個(gè)基于人纖連蛋白Ⅲ型第10個(gè)結(jié)構(gòu)域合成的靶向蛋白家族。BMS-986192是一種可與人PD-L1受體高親和性結(jié)合的Adnectin。2017年Donnelly等[34]使用18FBMS-986192對(duì)荷瘤小鼠進(jìn)行PET顯像,顯示PD-L1陽(yáng)性的HT-29腫瘤攝取顯著高于陰性的L2987腫瘤,且具有很高的腫瘤肌肉比。
2.4.4 多肽成像 WL12是由12個(gè)氨基酸構(gòu)成的環(huán)形肽,可以與PD-L1高親和性結(jié)合。2017年Chatterjee等用64Cu-WL12對(duì)荷瘤小鼠進(jìn)行PET成像,顯示hPD-L1腫瘤攝取顯著高于CHO腫瘤[17]。2018年De Silva等對(duì)多種腫瘤模型小鼠進(jìn)行68Ga-WL12 PET/CT顯像,結(jié)果均提示PD-L1高表達(dá)的腫瘤攝取高于低表達(dá)的腫瘤[35]。
目前,已有三種PD-1/PD-L1靶向探針成功應(yīng)用于臨床轉(zhuǎn)化研究。2018年Bensch等[36]用89Zr-Atezolizumab對(duì)即將接受Atezolizumab治療的22例晚期膀胱癌、NSCLC、三陰性乳腺癌患者進(jìn)行PET/CT顯像。腫瘤原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶均對(duì)探針高攝取,但不均質(zhì),在不同患者、同一患者的不同病灶及不同類(lèi)型的腫瘤之間均有差異。89Zr-Atezolizumab的幾何平均SUVmax可用來(lái)有效分區(qū)客觀緩解患者與病情穩(wěn)定或病情進(jìn)展患者(AUC 0.83),完全緩解患者SUVmax比發(fā)生進(jìn)展的患者高235%(P=0.00021)?;颊叩膸缀纹骄鵖UVmax與PFS、OS高度相關(guān),在中位數(shù)以下的患者更易發(fā)生進(jìn)展或死亡。89Zr-Atezolizumab的SUVmax同樣與病灶在治療前后的變化相關(guān),SUVmax越大,病灶縮小越多。而該研究使用SP142、SP163兩種IHC抗體檢測(cè)腫瘤病灶的PD-L1表達(dá)水平,結(jié)果與腫瘤病灶的治療反應(yīng)、腫瘤大小的變化、PFS及OS均無(wú)相關(guān)性。該研究結(jié)果表明89Zr-Atezolizumab PET/CT有潛力成為預(yù)測(cè)Atezolizumab治療反應(yīng)的一種更有效的檢查方法。
2018年Niemeijer等[37]用18F-BMS-986192、89Zr-Nivolumab對(duì)13例即將接受Nivolumab治療的晚期NCSLC患者進(jìn)行PET/CT雙探針對(duì)比顯像,并使用IHC方法檢測(cè)腫瘤的PD-L1、PD-1表達(dá)水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn),PD-L1≥50%的腫瘤對(duì)18F-BMS-986192攝取明顯高于PD-L1<50%的腫瘤(Median SUVpeak:8.2vs.2.9,P=0.018),PD-1陽(yáng)性的腫瘤對(duì)89Zr-Nivolumab攝取同樣明顯高于PD-1陰性的腫瘤(Median SUVpeak:7.0vs.2.7,P=0.03)。5例獲得客觀緩解的患者腫瘤攝取18F-BMS-986192(Median SUVpeak:6.5vs.3.2,P=0.03)及攝取89Zr-nivolumab(Median SUVpeak:6.4vs.3.9,P=0.019)明顯高于8例未獲得客觀緩解的患者。表明PET分子顯像將有潛力成為評(píng)估患者PD-1/L1狀態(tài)及預(yù)測(cè)免疫治療反應(yīng)的重要手段。但此結(jié)論尚需要更大的樣本量進(jìn)行驗(yàn)證。
腫瘤免疫治療通過(guò)靶向單抗與體內(nèi)受體特異性結(jié)合激活自身免疫系統(tǒng)的腫瘤殺傷能力,已成為腫瘤傳統(tǒng)治療外的一個(gè)重要的治療方法。其中PD-1/PD-L1免疫治療表現(xiàn)尤為出色,已改變多種晚期腫瘤的治療格局,但其有效率較低且治療費(fèi)用昂貴,無(wú)法普遍應(yīng)用,而目前篩選獲益患者的方法如IHC、TMD、dMMR等均不能對(duì)PD-1/PD-L1療效進(jìn)行精確預(yù)測(cè),這仍是一個(gè)亟需解決的重要問(wèn)題。PD-1/PD-L1靶向核素分子探針核醫(yī)學(xué)顯像,能無(wú)創(chuàng)地反應(yīng)PD-1/PD-L1在人體內(nèi)的表達(dá)情況,是解決這一問(wèn)題的重要探索方向。其中,核素標(biāo)記完整單抗分子探針具有良好的親和性,制備簡(jiǎn)單,可以觀察單抗在機(jī)體內(nèi)的完整代謝過(guò)程,但由于分子量較大(約145 kDa)導(dǎo)致腫瘤穿透性差、生物半衰期較長(zhǎng)、顯像所需時(shí)間長(zhǎng)(通常需要2~7天),這導(dǎo)致在臨床應(yīng)用中比較困難。單域抗體探針?lè)肿恿肯鄬?duì)完整單抗較小,具有較高的腫瘤穿透性,可以實(shí)現(xiàn)腫瘤快速高攝取并長(zhǎng)時(shí)間滯留,同時(shí)仍具有穩(wěn)定的高親和性,但缺乏良好的腫瘤血池比,在注射后120 h僅為(1.10±0.12)。低分子量核素探針則由于較小的分子量具有更強(qiáng)的腫瘤穿透性,而且可實(shí)現(xiàn)注射當(dāng)天進(jìn)行顯像,但低分子量核素探針的親和力相比特異性單抗較弱。因此,在目前報(bào)道的PD-1/PD-L1靶向核素探針基礎(chǔ)上,研發(fā)可與PD-1/PD-L1高親和性特異性結(jié)合的低分子量核素探針,將是未來(lái)研究的重要方向。這將實(shí)現(xiàn)探針注射后短時(shí)間內(nèi)對(duì)患者進(jìn)行SPECT或PET顯像的同時(shí),對(duì)患者體內(nèi)PD-1/PD-L1表達(dá)的高度特異性檢測(cè),將為腫瘤免疫治療的臨床應(yīng)用提供更方便的影像學(xué)檢查方法。
綜上,PD-1/PD-L1靶向核素分子探針可以無(wú)創(chuàng)、重復(fù)檢測(cè)全身包括腫瘤及其他組織中PD-1/PD-L1的表達(dá)水平,監(jiān)測(cè)治療過(guò)程中患者PD-L1表達(dá)的變化,有望成為篩選PD-1/PD-L1治療獲益患者的重要手段。但目前報(bào)道的臨床研究尚少,仍需大量的臨床研究驗(yàn)證該檢查方法應(yīng)用于臨床的有效性。