环九肽标记探针在肿瘤诊断及靶向治疗中的研究进展

陈 萱, 陈 钰, 周 洁, 刘雪昂, 李玮玲, 薛 璐, 陈道桢

(1. 南京医科大学康达学院, 江苏 连云港, 222023;2. 南京医科大学附属无锡妇幼保健院 中心实验室, 江苏 无锡, 214002)

影像学检查是一种非侵入性的检测肿瘤的重要方法，然而现阶段影像学检查难以实现肿瘤早期及特异性的诊断。分子成像技术可以进行细胞学或基因水平上的疾病诊断。目前研究表明，肿瘤的发生发展与白介素11受体(IL-11R)表达有密切联系, IL-11R高表达是肿瘤预后较差的一个特征。IL-11类似物环九肽能够特异性结合IL-11R。环九肽是一类候选靶向单元，结构清楚，易于合成，是分子显像中良好的靶向探针。本研究针对环九肽的结构特性和生物活性，以及环九肽标记探针在肿瘤诊断及靶向治疗中的研究进展进行综述，现报告如下。

1 IL-11及其类似物环九肽的理化结构特性和生物活性

1.1 IL-11的理化结构特性和生物活性

人IL-11是人体内多功能的细胞趋化因子。随着肿瘤机制的深层次的研究，相关细胞因子及趋化因子在肿瘤发生发展中的作用逐渐被重视。人IL-11是一种cDNA编码的由199个氨基酸所组成的前肽，包含一段21个氨基酸残基所组成的疏水信号肽序列，相对分子质量为23 000, 分子量为19.2 kDa[1]。IL-11富含亮氨酸及脯氨酸，为三维四螺旋束装结构。IL-11主要由间充质来源的一些黏附细胞合成和分泌，主要包括基质成纤维细胞、骨髓基质细胞、滋养层细胞和人胚肺成纤维细胞等[2]。IL-11是一种在血细胞内涉及到多条通路的多能细胞因子，其前体在体内外均存在。

IL-11R是一种锚定于膜表面的糖蛋白，由α链(IL-11Rα)和信号转导β链(IL-11Rb)两条糖蛋白肽链组成，其中IL-11Rα能与IL-11特异性结合。研究[3-5]表明, IL-11识别并特异性结合IL-11Rα, 并与相应IL-11Rb链(即跨膜信号转导糖蛋白gp130)结合形成具有高度亲和力的IL-11/IL-11Rα/gp130六聚复合体，激活下游以STAT3通路为主的Jak-STAT信号传导途径，磷酸化酪氨酸激酶，通过调节下游信号通路，最终发挥相应的生物学作用。IL-11对跨膜信号转导gp 130亚基具有依赖性[6], IL-11 与细胞上的特异性受体结合, gp 130亚基作为跨膜信号传导的受体共聚物，在信号转导中发挥重要作用。

1.2 环九肽的理化结构特性和生物活性

IL-11类似物是人工合成的由半胱氨酰-甘氨酰-精氨酰-精氨酰-丙氨酰-甘氨酰-甘氨酰-丝氨酰-半胱氨酸[c(Cys-Gly-Arg-Arg-Ala-Gly-Gly-Ser-Cys, c(CGRRAGGSC)]共9个氨基酸组成的的环状九肽，简称环九肽。小肽段代表一类潜在候选靶向单元[7], 由于它们结构清楚，易于合成，并且与较大的抗体和蛋白质相比具有较快的循环清除速率。Arap等[8]应用噬菌体展示技术发现环九肽具有与IL-11Rα结合的位点，可以靶向性特异结合IL-11Rα链。

2 环九肽在不同肿瘤中靶向诊治的意义

目前乳腺癌常用诊断方法包括超声、MRI和钼靶等，其主要依据为乳腺癌形态学差异，相比功能学诊断有明显的滞后性，使得多数乳腺癌患者发现时已为中晚期，错过了最佳治疗时机。在乳腺癌治疗中，药物化疗是重要的治疗手段，但目前化疗药物容易引起心脏毒性，损伤心肌细胞[9]。目前的临床靶向治疗药物疗效仍然十分有限，常见包括HER-2阳性乳腺癌靶向药物，如曲妥珠单抗(赫塞汀)这类靶向药物可针对HER-2阳性，但对三阴性乳腺癌治疗效果不佳，且具有心脏毒性。与蒽环类药物不同，曲妥珠单抗对心功能的影响为非剂量相关的，且这种损伤通常表现为可逆性的心肌功能不全，并不引起无心肌坏死。此外，张健等[10]通过实验研究发现，乳腺癌患者无论是经赫塞汀联合化疗，还是乳腺癌单独化疗，均会导致其细胞免疫功能低下。因此缺乏早期特异性诊断和行之有效的靶向治疗技术是乳腺癌诊治效果欠佳的主要原因。

前列腺癌骨转移的发病主要特点包括较长潜伏期和较强隐蔽性，故较难进行临床早期诊断。20世纪90年代以前，直肠指诊是国内前列腺癌最佳初筛方法，但经指诊发现的80%～90%前列腺癌已是T3期或T4期的晚期。血清前列腺特异性抗原(PSA)筛查及前列腺穿刺活检的出现，提高了前列腺癌的早期诊断，以提前发现更多的T1期和T2期病例。但受限于检测不够直观或操作困难，目前临床仍以直肠指诊为主，若能通过影像学方法诊断早期前列腺癌，可有效提高早期诊断效率。但目前生物制剂和一些化学药物对肿瘤的靶向性还不能达到诊治的需要，靶/非靶比值较低或药效不明确，肿瘤部位的累积剂量难以实现理想的诊疗效果[11-13]。80%以上的前列腺癌患者容易发生骨转移，约70%的患者由于预后差，最终死于骨转移。雄激素依赖性是前列腺癌另一显著特点[14]，故晚期前列腺癌的有效疗法常为雄激素阻断治疗，但最终可能进展为非雄激素依赖型前列腺癌(AIPC), 严重影响治疗。目前临床上缺乏针对前列腺癌(尤其是AIPC)及骨转移的靶向性杀伤药物，发生骨转移的前列腺癌患者易因缺乏有效的干预治疗手段而导致死亡。

HCC因发病隐匿，多数确诊已失去根治机会。针对中晚期HCC患者，肝动脉化疗栓塞术(TACE)是一线治疗方案，但多次TACE治疗后常导癌灶处转移倾向的增加[15]。靶向药物的出现给中晚期患者带来了新的希望，但目前常用的靶向药物，如索拉菲尼、西妥昔单抗等药物，长期使用后，肿瘤必将出现耐药性，导致疾病进展[16-17]。因此，将IL-11类似物作为靶向药物，与化疗药物、放射性同位素等偶联，通过受体配体的特异性结合将这些复合药物内化带入到细胞内，可减轻常规放化疗所带来的毒副反应，提高抗癌效应，从而提供新的途径来诊断和治疗肿瘤。

3 环九肽在不同肿瘤中的分子诊断中的研究

目前研究证明IL-11和IL-11R在肿瘤发生和发展中起重要的作用，主要参与了肿瘤的生长、分化和转移，与一些恶性肿瘤的转移密切相关。

3.1 环九肽在乳腺癌中的研究

研究表明99Tcm标记分子探针可以与人乳腺癌MDA-MB-231细胞的特异结合。MDA-MB-231细胞中IL-11R高表达，环九肽能与之相结合，且这种结合具有特异性和饱和性。研究证明，99Tcm标记的环九肽能与乳腺癌MDA-MB-231细胞在体内外特异性结合，为三阴性乳腺癌及高表达IL-11R的恶性肿瘤的诊断和靶向治疗提供了理论依据。

MDA-MB-231细胞表达IL-11R的量为正常乳腺细胞MCF-10A细胞的6倍以上，通过免疫荧光实验证实99Tcm-DTPA-c(CGRRAGGSC)-FITC可特异性与MDA-MB-231细胞的胞质和胞膜上IL-11结合; DTPA-c(CGRRAGGSC)能竞争抑制99Tcm-DTPA-c(CGRRAGGSC)-FITC与MDA-MB-231细胞结合, MDA-MB-231细胞上IL-11R结合分子探针具饱和性[18]。

Wang W等[19]通过近红外光学基团和放射性核素双重标记环九肽，这种显像剂在乳腺癌荷瘤裸鼠上通过近红外和γ显像进行了研究并取得了成功[20-21]。这项研究发现双标记的分子探针在连接核素和光学示踪剂后依然能与IL-11R靶向结合，并未改变其生物学功能。

3.2 环九肽在前列腺癌中的研究

IL11-R在前列腺癌尤其是骨转移患者中呈高表达，且能与 IL-11 及其类似物特异性结合[22-24]。泽萱[25]应用Western blot半定量分析发现PC-3细胞中的IL-11R含量是正常前列腺上皮细胞的2.12倍，与Campbell等[26]研究结果一致。IL-11R作为前列腺癌原发灶和骨转移模型中显像和治疗的靶点具有可行性。

吴清华等[27-28]对PC-3细胞体外特异结合进行了初步研究，通过骨转移裸鼠模型的建立及活体γ显像，证实探针与骨转移灶高亲结合，但对肝、肾等正常组织无特异性结合[29], 其T/NT比值的较高，证实标记探针能特异性结合高表达IL-11R的前列腺癌骨转移灶。吴清华等[30]进一步通过核素153Sm标记环九肽，用间接法合成153Sm-DTPA-c(CGRRAGGSC)。采用四甲基偶氮唑蓝(MTT)法检测不同组对人前列腺癌Pc-3细胞24、48、72 h的生长抑制作用; 用流式细胞仪分析48 h细胞凋亡及细胞周期变化; Western blot检测药物处理前及处理后48 h PC-3细胞中IL-11及IL-11R表达。研究发现153Sm-DTPA-c(CGRRAGGSC)能够直接抑制人前列腺癌PC-3细胞生长，并促进IL-11R表达下调。IL-11R表达的下调反映在相应信号通路上合成IL-11R-糖蛋白130(gp130)复合体减少，抑制了蛋白酪氨酸激酶/信号转导因子与转录激活因子3(Jak-STAT3)信号通路上游蛋白表达，可能激发下游的凋亡旁路相关蛋白，促使肿瘤细胞凋亡。有望为前列腺癌骨转移的分子靶向诊治提供一种新的手段。

3.3 环九肽在肝癌中的研究

周欢等[31]在研究中选用的经典荧光染料FITC, 能够快速特异性与DTPA-c(CGRRAGGSC)N端氨基结合，且不改变其生物学活性。通过免疫荧光剂核素显像观察均发现IL-11R主要集中在MHCC97H细胞的细胞膜和胞质上。FITC虽然与小分子探针结合，但探针并未失去与肝癌细胞特意结合的生物活性，实验同时也证实核素与小分子探针结合后，仍保持与肝癌的高度亲和性。人肝癌MHCC97H细胞的胞质和胞膜的IL-11R是正常肝上皮7702细胞表达量的21倍，这种显著差异可能与肝癌的发生和转移有关，表明IL-11R可作为肝癌诊断和治疗的潜在靶标。

4 展 望

因非靶向药物毒副作用高等一系列缺点，抗肿瘤靶向药物得到广泛应用，极大地提高了肿瘤的治疗效果，但和非靶向药物一样仍然存在一定程度的耐药性。何琪杨[32]研究发现部分患者治疗失败，是因为在治疗后 6～12个月出现的耐药性。肿瘤的异质性是产生耐药性的主要原因。有多种机制参与肿瘤细胞对靶向药物的耐药性，如靶点突变引起的耐药性，激活靶向相关的信号通路引起耐药性，肿瘤周围微环境引起的耐药性及其他作用机制引起的耐药性。因此肿瘤耐药性和异质性对肿瘤的精准治疗是一项挑战，需要在研发抗肿瘤靶向药物的过程中加以关注。

针对此篇综述中的环九肽标记探针，如何避免环九肽的耐药性是重要的研究方向。现在常用的克服耐药的方法一般是改进制剂，如加入其他联合药物形成复合型的新型药物，以及调整靶向性部分，改变关键作用位点，优化多肽大小等。克服靶向药物耐药性的药物研发策略主要分为两个重要方面: 一是对相关化合物进行重构和优化，使肿瘤细胞不易产生耐药性; 二是开发具有不同作用机制的新药[33]。

探求对肿瘤高特异性、高抑制率、低毒性，无创性、降低耐药性且能够实时监测疗效的分子靶向治疗新技术，能够直接杀灭原发灶的癌细胞，有效抑制肿瘤复发转移，减少患者因常规放化疗所造成的痛苦，提高患者生活质量和延长寿命，具有重要实践意义。