18F-FDG PET/CT 在非小细胞肺癌患者EGFR-TKIs 靶向治疗中的应用进展

廖 恺，程 刚

（重庆医科大学附属第一医院核医学科，重庆 400016）

肺癌（lung cancer）是目前世界范围内最常见的恶性肿瘤之一，约占所有肿瘤病例的11.6%，也是最主要的肿瘤死亡的原因（占肿瘤死亡病例的18.4%）[1]，其中最常见的是非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer），约占所有肺癌的85%[2]。目前对于非小细胞肺癌的治疗除了常规的手术、放化疗之外，靶向治疗也被更多的患者所选择。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂（epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors，EGFR-TKIs）对EGFR 突变阳性的非小细胞肺癌患者有着良好的治疗效果[3]。使用EGFR-TKIs 前首先要确定非小细胞肺癌患者的EGFR 突变状态，直接获取肿瘤组织检测是目前EGFR 基因突变状态检测的金标准，但对于部分存在有创性检查禁忌或拒绝有创性检查的非小细胞肺癌患者较为困难。18F-FDG PET/CT 作为核医学的代表检查技术，能反映非小细胞肺癌肿瘤细胞的增殖及糖代谢情况，在非小细胞肺癌的诊断、TNM 分期、治疗反应评价及预后判断等发挥着重要作用[4-6]。有研究发现[7]，EGFR 基因可能会通过NOX4/ROS/GLUT1 轴影响糖代谢，从而影响肿瘤组织FDG 摄取，导致PET/CT 代谢参数的变化，这为用18F-FDG PET/CT 预测EGFR 突变状态提供了理论上的可能性。此外，18F-FDG PET/CT 对非小细胞肺癌患者EGFR-TKIs 治疗疗效的动态评估也具有一定价值。本文就影响FDG 摄取的可能机制、18F-FDG PET/CT预测EFGR 基因的突变状态及其在EGFR-TKIs 治疗疗效评估中的作用、EGFR-TKIs 靶向分子影像进展作一综述。

1 影响FDG 摄取的可能机制

18F-FDG 是PET/CT 在临床应用最广泛的显像剂。FDG 在体内各组织的分布能够体现其对葡萄糖的摄取情况。18F-FDG 可以由细胞表面的葡萄糖转运体进入肿瘤细胞内，并在己糖激酶的催化作用下转化为6-磷酸-18F-FDG，该物质不能被磷酸己糖异构酶催化参加下一步代谢反应。残留下来的6-磷酸-18F-FDG 由于大部分肿瘤细胞磷酸酶含量低，去磷酸化转化为FDG 再由葡萄糖转运蛋白向细胞外转运的仅为一小部分，大部分6-磷酸-18F-FDG 继续滞留在细胞内，PET/CT 的探测器捕获滞留的18FFDG 所发射的正电子成像[8]。

葡萄糖转运体1（glucose transporter 1，GLUT1）是运输葡萄糖由胞外进入胞内的跨膜蛋白之一，其在体内各个组织的分布，也从侧面反映了不同组织对葡萄糖的需求。当组织发生癌变后，肿瘤细胞的生长代谢需要大量的能量供给，但由于肿瘤细胞缺乏氧气供应只能进行葡萄糖的无氧代谢，等量葡萄糖对肿瘤细胞所提供的能量就远低于正常细胞，这也势必会增加肿瘤细胞对葡萄糖的需求量，造成GLUT1 的过表达与FDG 的高摄取[9，10]。NADPH 氧化酶（NADPH oxidase 4，NOX4）基因编码的蛋白质可充当氧传导器，催化分子氧转化为活性氧（reactive oxygen species，ROS）。ROS 在肿瘤细胞的糖代谢中有着十分重要的地位，其可以激活低氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）-α，并于GLUT1 基因的启动子区域的HIF-α 响应元件结合，促进GLU1 的表达[11-14]。Sibille L 等[5]研究发现，与EGFR野生型细胞相比，EGFR 突变型细胞中的NOX4 mRNA 和蛋白水平显著降低，这也提示了EGFR 基因突变可能会通过影响NOX4 的表达降低ROS 活性，进而使GLUT1 蛋白水平下调。Orcutt KP 等[15]研究发现，埃罗替尼的细胞毒性作用就是通过诱导NOX4 在头颈部肿瘤的表达产生的氧化应激反应所介导的。Sobhakumari A 等[16]在FaDu 细胞中发现，埃罗替尼可以通过增加NOX4 启动子活性提高NOX4mRNA 及其蛋白的表达，并提出相对较低的NOX4 表达，其可能是激活埃罗替尼活性的一个触发器。总之，EGFR 基因突变通过NOX4/ROS/GLUT1轴降低18F-FDG 摄取，但EGFR 基因对糖代谢的影响是否存在其他机制仍不清楚，尚需要进一步的基础及临床研究予以明确。

2 18F-FDG PET/CT 预测EFGR 基因的突变状态

EGFR 在肿瘤细胞中可通过信号转导通路调节其周期，促进肿瘤细胞无节制地增殖，诱导血管生成，进而导致肿瘤的扩散及转移。针对EGFR 的靶向药物治疗也成为非小细胞肺癌患者的重要治疗选择，18F-FDG PET/CT 是能够反映肿瘤代谢的核医学手段，能否通过PET/CT 中18F-FDG 摄取值的量化检测来预测EGFR 基因突变状态受到临床关注。最大标准摄取值（SUVmax）是目前临床上运用最广泛的18F-FDG PET/CT 代谢参数，其是病灶单位体积的显像剂活度与显像剂注射剂量的比值，反映了肿瘤病灶的代谢率，目前已有许多研究探讨了SUVmax值与EGFR 突变状态的关系。Lv Z 等[17]对849 例非小细胞肺癌患者进行回顾性分析发现，原发灶SUVmax＜7.0 是EGFR 突变的独立影响因子（OR=1.48，P=0.041）。Guan J 等[18]对136 例非小细胞肺癌患者进行回顾性分析发现，SUVmax≤8.1 是EGFR 突变的独立影响因子（OR=1.84，P=0.028）。但也有部分研究发现SUVmax值并不具有预测价值，其中Lee SM 等[19]对206 例非小细胞肺癌患者进行研究发现，患者原发灶SUVmax值与EGFR 突变状态之间没有明显的相关性。也有研究发现EGFR 突变对应着FDG 的高摄取，Ko K 等[20]研究发现，SUVmax≥6 是EGFR 突变的独立影响因子（OR=2.94，P=0.017）。造成这种差异的原因可能是因为病例样本量不够大，并且SUVmax值无法体现病灶的空间特征。对于偏肥胖患者，由于脂肪组织对FDG 摄取较少，可造成病灶SUV 偏高。一项关于18F-FDG PET/CT 与EGFR 突变状态相关性的研究发现[21]，SUVmax对非小细胞肺癌患者EGFR基因突变的诊断平均敏感度57%，平均特异度为65%，说明SUVmax对EGFR 突变状态有一定程度的诊断效能，但仍无法取代组织活检。

有研究提出将PET-CT 代谢参数与肿瘤指标相结合，可以更好的预测EGFR 突变的情况。Hur CJ等[22]研究表明，较低的SUVmax联合较高的细胞角蛋白19 片段21-1 水平对EGFR 突变有较高的预测价值。Gu J 等[23]研究发现，血清癌胚抗原≥7.0 ng/ml和SUVmax＜9.0 突变阳性的可能性更大。代谢体积（metabolic tumor volume，MTV）和病灶糖酵解总量（total lesion glycolysis，TLG）是包含肿瘤体积和代谢两方面信息的参数，较SUVmax更为全面。Yang B 等[24]研究显示，PET/CT 代谢参数中仅有MTV 是EGFR突变的独立因素（OR=2.482，P=0.003）。丁重阳[25]探讨了18F-FDG 代谢参数对EGFR 突变状态的预测价值，结果发现TLG 为预测EGFR 突变的独立因素，且TLG 预测EGFR 突变的最佳截断值为20.20。由此可见，单种PET/CT 代谢指标往往具有一定的局限性，建立一个多指标的预测EGFR 突变状态的模型，往往能够得出更可靠的结果。

3 18F-FDG PET-CT 在EGFR-TKIs 治疗疗效评估中的作用

目前临床上对于EGFR-TKIs 治疗疗效中应用较多的是实体肿瘤疗效评价标准（response evaluation criteria in solid tumors version 1.1，RECIST 1.1），该标准评估肿瘤治疗的疗效及进展主要是基于常规影像学的肿瘤解剖结构的变化，但肿瘤的解剖反应通常落后于代谢反应。PET 能够较早的发现肿瘤的代谢反应，对肿瘤的早期疗效评估至关重要，而RECIST 1.1 并没有将PET 可提供的代谢信息纳入标准之中，2009 年Wahl RL 等[26]提出了新的一种肿瘤评估体系PET 实体瘤疗效标准（PERCIST），该标准从代谢的角度来描述肿瘤治疗的疗效。Shang J等[27]对35 例非小细胞肺癌患者的前瞻性研究发现，PERCIST1.0 比RECIST1.1 能够更敏感、更准确地检测非小细胞肺癌患者化疗的早期疗效。

18F-FDG PET/CT 对于非小细胞肺癌EGFRTKIs 的疗效评估中也有着重要作用。Rong X 等[28]研究显示，于治疗前、服用吉非替尼治疗6 个月后分别对46 例晚期肺腺癌患者进行18F-FDG PET/CT 扫描，得到两次扫描图像中原发病灶的SUV 差值百分比（△SUV%），结果发现△SUV%＜-25%对应更长的生存时间(10.6/18.4，P=0.000）；多因素COX 回归也发现，△SUV%＜-25%是更长生存时间的独立影响因子。除了SUVmax外，PET/CT 其他代谢参数也被学者用于非小细胞肺癌的疗效评估中。Fledelius J 等[29]对56 例非小细胞肺癌患者接受厄洛替尼治疗7～10 d的18F-FDG PET/CT 扫描结果分析发现，SULpeak、SULmax、TLG 的变化百分比与治疗后的无进展生存期（progression free survival，PFS）、总生存期（overall suvival，OS）显著相关。总之，18F-FDG PET/CT 对于EGFR-TKIs 疗效评估的价值已得到越来愈多人的关注，但现在仍缺乏一个统一的评价标准，需要更多大样本、多中心、前瞻性的研究来制定一个有效的疗效评估体系。

EGFR-TKIs 产生耐药性可能与肿瘤的异质性相关，18F-FDG PET/CT 对肿瘤异质性的评估也具有一定参考作用。Park S 等[30]选择接受吉非替尼或厄洛替尼治疗后复发转移的非小细胞肺癌患者作为研究对象，选择8 个治疗前肿瘤原发灶PET/CT 异质性结构参数进行生存分析，结果显示8 个参数均显示PFS 的风险比增加，其中风险比最高的是共生熵（co-occurrence entropy），HR为6.41（P＜0.01），将美国东部肿瘤协作组活动评分（eastern cooperative oncology group performance status，ECOGPS）、肿瘤代谢体积、临床分期调整之后的参数与异质性结构参数一起纳入多因素分析，并得出这些异质性结构参数仍与PFS 相关。由此可见，18F-FDG PET/CT 异质性结构纹理参数可用于早期EGFR-TKI 治疗失败风险增加的亚群识别。此外，肿瘤基因突变导致的异质性与PET/CT 相关代谢参数的相关性也需要继续探究。

4 EGFR-TKIs 靶向分子影像进展

随着放射性核素标记技术及核医学显像技术的发展，若能对EFGR-TKIs 药物用放射性核素标记作为分子探针，再用PET/CT 显像，便可能直接观察到EFGR-TKIs 药物在体内的分布及肿瘤与EGFR-TKIs 的结合情况，进而用于EGFR-TKIs 治疗高敏感人群的筛选、指导治疗策略、疗效动态评估。在分子探针的选择上，除了考虑其特异性、亲和力、稳定性外，还需要考虑适当的血液清除率、生物体内分布、与目标肿瘤的结合情况、放射性核素的半衰期等[31-33]。

EGFR-TKIs 小分子探针可以可逆或不可逆结合于EGFR 突变蛋白的胞内酪氨酸激酶结构域。PD153035 是一种可逆性的EGFR 抑制剂，Liu N 等[34]对9 名健康志愿者进行11C-PD153035 PET 显像发现，11C-PD153035 在人体内主要聚集在膀胱和胆囊，而较少见其在肺、骨和肌肉中累积。肺部的低摄取也为其在非小细胞肺癌肿瘤EGFR-TKI PET 显像提供了很好的前景，Meng X 等[35]研究让非小细胞肺癌患者每日接受厄洛替尼150 mg 治疗，分别在治疗开始前、治疗后1～2 周、治疗第6 周行11CPD153035 PET/CT 显像，结果发现11C-PD153035 的摄取与EGFR 突变状态正相关，且治疗前的SUVmax值与PFS、OS 显著相关，表明11C-PD153035 分子显像可以作为筛选EGFR-TKIs 治疗敏感的非小细胞肺癌患者的手段。厄洛替尼（erlotinib）是第一代EGFR-TKIs，已经应用于EGFR 突变患者的靶向治疗，Memon AA 等[36]采用11C 对erlotinib 标记后进行PET 显像，通过EGFR 突变和EGFR 野生型荷瘤裸鼠模型的PET 显像，发现显像剂在EGFR 突变肿瘤模型中摄取远高于野生型，也体现了11C-erlotinib PET 显像在筛选EGFR 突变肿瘤的能力。为了进一步研究11C-erlotinib 在非小细胞肺癌患者中的运用，Memon AA 等[37]对13 例非小细胞肺癌患者erlotinib治疗前后行11C-erlotinib PET/CT 和18F-FDG PET/CT，结果发现部分淋巴结转移病灶18F-FDG PET/CT未检出，而11C-erlotinibPET/CT 则可以发现其病灶，巩固了11C-erlotinib 显像的优势。可逆性的EGFRTKIs 探针也存在一些不足，如可逆性的结合难以明确放射性药物剂量、不能对原发性T790M 突变的非小细胞肺癌进行显像等。阿法替尼（afatinib）能与EGFR 紧密结合，属于不可逆的EGFR-TKIs，也被用于EGFR 基因显像的研究。Slobbe P 等[38]为了比较可逆性与非可逆性EGFR-TKIs 分子探针的PET 显像区别，采用18F-afatinib 和11C-erlotinib 两种显像剂分别对H1975 细胞（L858R/T790M 突变）、HCC827 细胞（19 外显子缺失突变）及A549 细胞（EGFR 野生型）鼠模型进行PET 显像，结果显示11C-erlotinib 在L858R/T790M 突变、EGFR 野生型的肿瘤区域均未见放射性摄取，而18F-afatinib 在3 种模型的移植瘤中均显示滞留良好。可见afatinib 可以使T790M 突变的肿瘤显影，但因其具有多靶性特点，缺乏特异性，无法成为EFGR 基因突变检测理想的分子探针。

此外，用标记的单克隆分子可以与EGFR 突变蛋白外部结构域结合也可用于EGFR 的检测。Perk LR 等[39]利用89Zr 标记了西妥昔单抗，并在细胞A431 移植瘤模型中发现EGFR 高表达的肿瘤组织摄取明显高于周围组织。Nayak TK 等[40，41]分别合成了86Y-CHX-A"-DTPA-帕尼单抗和89Zr-帕尼单抗两种单克隆类分子探针，并建立不同EGFR 表达水平的肿瘤模型，再通过PET 显像发现，EFGR 表达高的肿瘤区域对显像剂的摄取明显高于EGFR 表达低的肿瘤区域。单克隆类分子探针在体检测EGFR 蛋白表达水平的具有一定的可行性，但是该类探针为大分子蛋白质，可能在人体内发生交叉免疫反应；此外，单克隆类分子探针只能局限于蛋白水平的检测，无法直接显示EGFR 基因的分布，也限制了其在临床的应用。

5 总结

EGFR-TKIs 靶向治疗能够明显改善晚期非小细胞肺癌患者的生活质量，18F-FDG PET/CT 作为分子影像学的代表在EGFR-TKIs 靶向治疗中应用价值也得到了广泛的认可，但仍有较大的发展空间。但PET/CT 对非小细胞肺癌患者的全面评估体系尚未有一个统一的标准，相关研究所包含的病例有不同的临床阶段、不同的病理类型，仍需标准化、大规模多中心的前瞻性研究提供更具说服力的数据。随着分子探针的不断研发，PET 分子影像将可以药物在体内的分布及与全身病灶结合情况显示出来，进而实现治疗疗效的动态监测、治疗敏感性与治疗耐受性的筛选。此外，图像纹理分析、人工智能等技术在PET 的逐渐推广，将为这一领域注入新的活力，带来更多的崭新的认识与发展。