鄭雨婷 蘭曉莉 張永學

華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院核醫(yī)學科，分子影像湖北省重點實驗室，武漢 430022

生物治療是繼手術、化療和放療后癌癥治療的第4 種主要方式。在過去60 年中，生物治療在分子生物學、免疫學和病毒學方面都有了新的進展，多種新的癌癥治療方法亦被建立，如通過小分子抑制劑和（或）單克隆抗體進行的靶向治療。近年來，還出現了抗腫瘤疫苗和溶瘤病毒2 種生物治療技術。除此之外，2 種新型的免疫療法對腫瘤學也產生了顯著的影響，即免疫檢查點（immune checkpoint，IC）抑制劑和嵌合抗原受體修飾的T 細胞（chimeric antigen receptor T cell，CAR-T）治療，臨床研究結果表明，兩者能夠在多種癌癥中產生持久的治療效果[1]。本文簡要介紹分子影像在腫瘤免疫治療監(jiān)測中的作用及意義。

腫瘤免疫治療的分子影像監(jiān)測方法包括非特異性顯像和特異性顯像2 類，其中，非特異性顯像以臨床上常用的18F-FDG PET/CT 顯像為代表，此外，還有正電子核素標記的蛋氨酸、膽堿和胸腺嘧啶核苷等作為顯像劑的PET/CT 顯像也用于治療反應的監(jiān)測；特異性顯像主要是靶向IC 的顯像，大多處于臨床前研究階段。

1 18F-FDG PET/CT 顯像

1.1 IC 抑制劑的療效評價標準

18F-FDG PET/CT 顯像應用18F-FDG 顯示腫瘤和炎癥部位細胞代謝的活躍程度，是腫瘤學中最常用的顯像類型。目前，歐洲癌癥治療研究組織（EORTC）標準[2]、PET 實體瘤療效評價標準（PET response criteria in solid tumors， PERCIST）[3]、PET 免疫治療療效評價標準（PERCIMT）[4]、實體瘤療效評價標準（response evaluation criteria in solid tumors，RECIST）1.1 版[5]和PERCIST 聯(lián)合應用與PET 實體瘤免疫治療療效評價標準（iPERCIST）[6]等多個國際標準被用于18F-FDG PET/CT 的治療反應評估，但用這些標準來預測IC 抑制劑的治療反應還需要更多的研究數據對其進行驗證、改進和完善。

2017 年，有研究使用RECIST 1.1 版、免疫相關療效標準irRC[7]、PERCIST 和歐洲癌癥研究和治療組織標準在治療后21～28 d 的第2 次顯像后對黑色素瘤患者進行反應評估，結果顯示，以上標準在治療≥4 個月時預測最佳總體反應的準確率分別為75%、70%、70%、65%。研究人員結合在治療后21～28 d 的第2 次顯像中獲得的解剖學和功能影像數據，制定預測IC 抑制劑最終反應的標準，其靈敏度為100%、特異度為93%、準確率為95%，但該標準需要在較大的隊列研究中進行驗證[8]。

2019 年，Goldfarb 等[6]為獲得評估免疫治療反應的可靠工具，引入了改良的PERCIST 和實體瘤免疫療效評價標準（iRECIST）[9]中的實體瘤免疫治療PET 療效標準分類的概念，根據PERCIST 定義了完全代謝反應、部分代謝反應和疾病代謝穩(wěn)定。此后，又根據實體瘤免疫反應評價標準定義了2個新的類別取代疾病代謝進展：未確認的疾病代謝進展（unconfirmed progressive metabolic disease，UPMD）和已確認的疾病代謝進展。他們對28 例使用Nivolumab（納武單抗）[抗程序性細胞死亡受體1（programmed cell death 1 receptor，PD-1）]進行治療的非小細胞肺癌（non small cell lung cancer，NSCLC）患者的臨床資料進行回顧性分析，所有患者在治療前均行PET 掃描（開始治療前顯像），2 個月（4 個周期治療）后行再次掃描（治療后21～28 d 顯像），4 周后進行第3 次掃描（治療后4 個月顯像），以確認疾病進展情況，采用Kaplan-Meier 法估計生存率。通過Scan-2 的結果發(fā)現部分代謝反應患者9 例、疾病代謝穩(wěn)定4 例、完全代謝反應2 例、UPMD 13 例。13 例UPMD患者中有4 例在第3 次掃描時被歸為有反應者（部分代謝反應1 例、疾病代謝穩(wěn)定3 例），其余9 例UPMD患者因臨床癥狀惡化被歸為無反應者，并停止治療。有反應者的總生存期長于無反應者（19.9 個月vs.3.6 個月，對數秩檢驗，P=0.0003）。有反應者1 年生存率為94%，無反應者為11%。與實體瘤免疫治療PET 反應標準比較，其對39%（11/28）的患者進行了重新分類，并提供了其他相關的預后信息。實體瘤免疫治療PET 反應標準中的雙時間點評估可能是評估抗PD-1 免疫療法的有效工具，它能夠識別出從治療中受益最大的患者，其預后價值應在大型前瞻性多中心研究中得到證實。

1.2 預測程序性細胞死亡受體配體1（programmed cell death-ligand 1，PD-L1）的表達狀態(tài)

Jreige 等[10]發(fā)現，18F-FDG PET/CT 顯像可以預測PD-L1 在腫瘤中的表達，通過從18F-FDG PET/CT圖像中獲得的SUVmax、平均SUV（SUVmean）、代謝腫瘤體積（MTV）和總病變糖酵解（TLG）計算代謝體積和形態(tài)體積比例（metabolic-to-morphological volume ratio，MMVR）及其與每個病灶中PD-L1 表達的關系。結果發(fā)現，MMVR 高的腫瘤的PD-L1表達水平顯著降低，而MMVR 低的腫瘤PD-L1 表達水平升高，MMVR 與腫瘤壞死和PD-L1 表達水平均呈負相關。同時，PD-L1 作為生物標志物，可以預測NSCLC 患者對PD-1 阻斷的反應。MMVR與PD-1 阻斷反應呈負相關，故可通過計算MMVR預測腫瘤中PD-L1 的表達，并觀察阻斷PD-1 對治療NSCLC 的療效。另有研究結果顯示，18F-FDG PET/CT 有助于預測膀胱癌中PD-1 和（或）PD-L1的狀態(tài)并確定最佳的治療策略[11]。

目前，監(jiān)測免疫治療藥物的治療反應多使用常規(guī)的分子影像探針來完成，包括在抗細胞毒性T 淋巴細胞相關蛋白4（cytotoxic T lymphocyte associated protein 4，CTLA-4）治療期間反映腫瘤細胞增殖的18F-氟胸腺嘧啶脫氧核苷（FLT）顯像和抗PD-1 治療后的18F-FDG PET/CT 顯像。雖然這些顯像劑得到了廣泛應用，但炎癥、感染和部分惡性腫瘤細胞對18F-FDG 的攝取較低，因此，其應用可能受到限制。同時，接受免疫治療患者淋巴細胞的浸潤和免疫反應的重新激活會導致一些局部炎癥，而這些顯像劑很難區(qū)分治療后的炎癥反應和疾病進展[12]，因此，尋找特異性分子探針成為研究的熱點。

2 靶向IC 的分子影像探針

近年來，關于靶向IC 的分子成像探針的研究較多，但大部分處于臨床前階段，主要的探針見表1。

表1 用于免疫檢查點顯像的分子探針Table 1 Molecular probes for imaging of immune checkpoint

2.1 PD-1

Natarajan 等[13]開發(fā)了64Cu-Pembrolizumab（派姆單抗）分子影像探針，2018 年，使用該探針對小鼠模型的人源PD-1 進行顯像，驗證其對受體的靶向性，并進行人體劑量預測。PET 顯像可無創(chuàng)地示蹤和量化人源PD-1 在腫瘤微環(huán)境中的表達，有助于篩選對抗PD-1 免疫治療有反應的癌癥患者。2018 年，Niemeijer 等[14]在晚期NSCLC 患者接受Nivolumab 治療前，采用18F-BMS-986192（PD-L1 抗體）和89Zr-Nivolumab（PD-1 抗體）行全身PET/CT顯像，以上2 種顯像劑都顯示出良好的腫瘤與本底對比度，且證明其注射是安全的，沒有發(fā)生等級≥3 的顯像劑相關不良事件。該研究結果顯示，探針攝取顯像劑的程度與免疫組化結果相關，標準化攝取峰值（SUVpeak）在患者之間和患者體內不同腫瘤病灶間存在異質性，且腫瘤的顯像劑攝取與Nivolumab 治療反應相關，18F-BMS-986192 在Nivolumab 治療3 個月后有反應的患者腫瘤病灶活檢中的攝取率高于無反應的患者，這說明18F-BMS-986192 和89Zr-Nivolumab PET/CT 顯像可無創(chuàng)定量地評估PD-1 和PD-L1 的表達。

2.2 PD-L1

近年來，隨著IC 治療的興起，關于PD-L1 分子顯像的研究也越來越多，主要包括PET 和SPECT顯像以及光學分子成像。

第一個PD-L1 顯像劑由Heskamp 等[15]開發(fā)，他們用111In 標記單克隆抗體PD-L1.3.1，在不同PD-L1 表達水平的異種移植瘤模型上行SPECT/CT顯像，結果發(fā)現其在PD-L1 陽性腫瘤中特異性攝取，這證明無創(chuàng)性活體顯像有反映PD-L1 在腫瘤中表達的可行性。2018 年，Bensch 等[16]首次用89Zr-Atezolizumab（阿特珠單抗）對患者行PD-L1 顯像，評估其分布并預測PD-L1 反應，結果表明，其在淋巴組織、炎癥部位以及腫瘤中均有較高攝取，不同患者及不同腫瘤間存在異質性，與基于免疫組化結果或RNA 序列的預測生物標志物相比，患者的臨床反應與PET 預測的信息具有更好的相關性，這表明PET 分子顯像在評估PD-L1 表達水平和預測臨床反應方面具有良好的應用前景。

2019 年，Xing 等[17]應用99Tcm標記的單域抗體99Tcm-NM-01 行SPECT 顯像，評估NSCLC 患者的PD-L1 表達。單域抗體是從駱駝類抗體中提取的最小的天然抗原結合片段，在臨床前和臨床研究中都顯示出巨大的分子顯像潛力。該研究過程中沒有發(fā)生因放射性藥物引起的不良事件，輻射劑量為（8.84×10-3±9.33×10-4） mSv/MBq [每例患者（3.59±0.74） mSv]，與臨床上使用的其他SPECT 藥物相似，這證明其具有用于顯像的可能性。其快速的腎臟排泄可降低非特異性的血池和器官的本底放射活性，并可在相對較短的時間內進行顯像。注射后2 h 的影像質量比注射后1 h 更優(yōu)，肺和血池本底放射活性降低，NSCLC 原發(fā)灶和轉移瘤的SPECT 顯像更清晰；2 h 腫瘤與血池本底比值（T∶BP）與PD-L1的免疫組化結果相關（r=0.68，P=0.014）。PD-L1表達≤1%的患者其2 h 腫瘤與血池本底比值較1 h顯著降低（平均值為1.89vs.2.49，P=0.048）。在抗PD-L1 免疫治療期間監(jiān)測PD-L1 表達水平的變化方面，99Tcm-NM-01 SPECT/CT具有潛在的應用價值。

另有一項研究在異種移植瘤模型中使用64Cu-WL12 PET 顯像，結果顯示，PD-L1 高親合力結合肽WL12 與單克隆抗體在PD-L1 上有共同的作用位點。64Cu-WL12 可用于評估抗體劑量和時間對腫瘤治療后PD-L1 未占有部分的影響，并通過數學建模將該數據用于預測達到治療有效占有率（＞ 90%）所需的抗體劑量。該研究結果表明，對小鼠模型行阿特珠單抗（Atezolizumab）治療后，腫瘤對64Cu-WL12 的攝取減少。注射64Cu-WL12 120 min后，腫瘤與正常組織呈現高對比，WL12 與PD-L1的結合親合力比抗體低，其顯像劑的劑量甚微，不會干擾抗PD-L1 抗體的治療效果[18]。

光學分子成像是近年來發(fā)展起來的一種分子成像技術，其利用特定的分子標記（如熒光素酶和熒光蛋白）對體內分子和細胞的活性進行定性或定量的觀察和研究[19]。近紅外熒光染料（如IRDye800CW）的非特異性吸收和自身熒光較低，有利于活體動物的成像。采用近紅外（波長1500～1700 nm）熒光染料偶聯(lián)的PD-L1 單克隆抗體（NIR-PD-L1-mAb）為探針，可檢測不同乳腺癌細胞中PD-L1 的表達。Chatterjee 等[20]利用熒光染料偶聯(lián)的PD-L1 單抗探針特異性地檢測三陰乳腺癌中PD-L1 的陽性表達，發(fā)現其在腫瘤中存在特異和持續(xù)的高攝取，表明熒光染料偶聯(lián)的PD-L1 單克隆抗體可非侵入性檢測三陰乳腺癌中PD-L1 的表達。

有研究結果顯示，超亮近紅外Ⅱb 探針與立方相（α 相）鉺基稀土納米粒子（ErNPs）具有生物相容性，在波長1600 nm 處顯示出明亮的下轉換發(fā)光，可用于小鼠腫瘤免疫治療的動態(tài)成像。在結腸癌小鼠模型中，將鉺基稀土納米粒子與抗PD-L1抗體結合行PD-L1 分子成像，在CT-26 結腸腫瘤中觀察到腫瘤與正常組織的PD-L1 信號比值較高者對抗PD-L1 治療有較好的反應，而在對治療無反應的小鼠中，其PD-L1 信號比值較低。同時，由于鉺基稀土納米粒子的發(fā)光壽命長（約4.6 ms），在同一窗口（波長1600 nm）發(fā)射的硫化鉛量子點（PbS-QDs）（靶向CD8+T 細胞）能夠同時成像，即可以同時觀察腫瘤和脾臟中CD+8 信號的改變[21]。這種在體內對腫瘤細胞和免疫細胞無創(chuàng)性的生物分布評估可作為基于有創(chuàng)體外活檢診斷方法的重要補充，從而為免疫治療反應提供更準確的預測信息。

Du 等[22]對小鼠乳腺腫瘤中PD-L1 的表達進行了雙模MRI 和熒光成像，他們開發(fā)了一種新型的納米探針，將納米顆粒與抗PD-L1 抗體結合，以實現特異性靶向，并進行雙重標記以實現近紅外熒光和MRI 成像。熒光成像結果顯示，4T1 腫瘤中PD-L1靶向納米顆粒的熒光強度持續(xù)高于非靶向對照組。腫瘤顯示出比本底高約2 倍的PD-L1 靶向熒光強度。同樣，與對照組相比，MRI 結果顯示，4T1 腫瘤的信號強度明顯更高，持續(xù)性更強。近紅外熒光和MRI 雙模態(tài)成像可以提供高靈敏度、高空間分辨率和擴展有效成像窗口的解剖學參考圖像。

2.3 靶向CTLA-4 及其配體CD80 和（或）CD86的顯像

目前，對免疫治療靶點CTLA-4 的分子影像研究較少。Ehlerding 等[12]使用64Cu-1,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷-1,4,7,10-四乙酸伊普利單抗（64Cu-DOTAIpilimumab）PET 顯像評估CTLA-4 在荷瘤小鼠體內的生物分布，發(fā)現其在表達CTLA-4 的肺癌異種移植瘤中呈持續(xù)高攝取。利用CTLA-4 途徑進行傳統(tǒng)的IC 治療并不依賴于腫瘤細胞中CTLA-4 的表達，且該研究探索的腫瘤細胞直接顯像也不是對IC 治療的直接分析，但CTLA-4 顯像劑有可能成為臨床前開發(fā)新抗體和小分子藥物的重要研究工具，通過CTLA-4 PET 顯像可增加對IC 阻斷機制的了解，并繪制CTLA-4 在治療環(huán)境中的生物分布圖。腫瘤中CD80 或CD86 的表達在一定條件下可作為免疫刺激性或抑制性的指標并預測CTLA-4 靶向治療的反應。在CD80 和（或）CD86 陰性腫瘤細胞中，這些靶點的顯像可用于非侵入性地監(jiān)測抗原呈遞細胞的浸潤[23]。

2.4 其他

目前，對抗淋巴細胞活化因子3（lymphocyte activation gene-3，LAG-3）抗體的研究較為廣泛，其在活化的T 細胞表面表達，與主要組織相容性復合體Ⅱ（MHC-Ⅱ）結合，阻止T 細胞受體與主要組織相容性復合體Ⅱ的結合，被認為是T 細胞衰竭的標志[24]。納米抗體（Nbs）可以靶向小鼠LAG-3，作為SPECT 顯像探針行全身成像。靶向人LAG-3納米抗體的研發(fā)使癌癥患者的LAG-3 顯像成為可能，可用于患者分層和預測LAG-3 靶向癌癥治療的療效。共刺激受體[OX40（也稱CD134）]與其配體（OX40L）的結合可促進T 細胞的活化。Alam等[25]的研究結果表明，64Cu-DOTA-AbOX40[64Cu標記共刺激分子（OX40）抗體]PET 可以對OX40 進行無創(chuàng)縱向顯像，通過OX40 介導的腫瘤浸潤淋巴細胞顯像可預測肝癌患者早期接種疫苗后的腫瘤反應。他們在小鼠模型中發(fā)現，OX40 顯像能根據治療后第2 天腫瘤顯像劑的攝取情況預測治療后第9 天的腫瘤反應，其準確率高于解剖學和血液學指標。此外，顆粒酶B 是由細胞毒性T 細胞釋放的絲氨酸蛋白酶，是顯示免疫治療早期反應的生物標志物。有研究通過新型探針68Ga-NOTA-GZP（68Ga標記靶向顆粒酶 B 的特異性肽）PET 顯像檢測顆粒酶B，與單純接受IC 療法和未經治療的小鼠相比，抗CTLA-4 和抗PD-1 聯(lián)合治療時，1,4,7-三氮雜環(huán)壬烷-1,4,7-三乙酸-顆粒酶B 的放射性分布信號強度較高，可以靈敏地區(qū)分無反應者和有反應者[26]。顆粒酶B 顯像可以預測腫瘤對IC 抑制劑的反應，高攝取的腫瘤對治療有反應，其靈敏度和陰性預測值分別為93%和94%，但其臨床研究尚未完成[27]。

3 小結與展望

分子影像有助于闡明IC 的動態(tài)表達和相互作用，現已成為癌癥藥物早期開發(fā)的工具。一方面，其有助于幫助臨床醫(yī)師和研究者更好地理解腫瘤免疫學，進一步深入了解免疫治療的機制，另一方面，其可以在行IC 抑制劑治療前對患者進行分層、在治療期間進行監(jiān)測，為腫瘤治療和干預提供方向，防止對IC 抑制劑治療無反應者出現嚴重的不良反應。當一種新的IC 抑制劑顯示出良好的抗腫瘤作用時，分子影像還可以獲取多種組合治療方案的臨床前和臨床試驗數據，最終為特定的腫瘤免疫表型設計出最合理的治療方案。分子影像在免疫治療應用中顯示出了巨大的潛力，將來可能成為監(jiān)測免疫治療的主要工具。此外，為了在分子和細胞水平上更準確地識別IC 的表達，還需要開發(fā)一些新的、更具功能性的成像技術，如磁粒子成像和光聲成像，同時將多種成像方法結合[28-29]。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明鄭雨婷負責文獻的檢索、綜述的撰寫；蘭曉莉、張永學負責命題的提出、綜述的審閱與修改。