HER-2 阳性乳腺癌PET 及SPECT 靶向探针研究进展

陈旖文 李小凤 ，2，3 尹国涛 陈薇 ，2，3*

乳腺癌可分为4 种亚型，其中人表皮生长因子受体-2（human epidermal growth factor receptor 2，HER-2）阳性乳腺癌占乳腺癌总发病率的20%～30%[1-2]。目前，常采用活检确定乳腺癌中HER-2 表达状态，但由于乳腺癌具有高度异质性，活检组织、原发灶及转移灶之间的HER-2 表达水平可能不一致，因此活检确定HER-2 表达状态可能会产生误差。由于HER-2 表达水平在疾病发展及治疗过程中不断发生变化，故确定HER-2 表达水平可能需要反复进行活检。此外，有动物实验表明组织活检可能会提高乳腺癌的远处转移概率[3]。因此，临床诊疗过程中无创地对体内HER2 表达状态进行准确地评估至关重要。随着分子探针技术及分子成像手段的快速发展和不断完善，对HER-2 阳性乳腺癌进行无创及特异性成像成为可能。目前，常采用单光子发射体层成像（SPECT）和正电子发射体层成像（PET）进行乳腺癌的分子成像，不仅能避免检测过程中可能出现的假阳性及假阴性结果，同时能对肿瘤准确分期，评估肿瘤异质性及疗效[4]。常用于SPECT 及PET 成像的HER-2 靶向探针包括放射性核素标记的抗体、抗体片段、多肽及工程支架蛋白（engineered scaffold proteins，ESPs）等多种类型。

1 抗体

1.1 单克隆抗体（monoclonal antibodies，mAbs） 长半衰期核素的研究促进了mAbs 作为分子成像的靶向分子探针的发展，通过对抗体的关键特性进行修饰，合成了很多适合靶向成像的分子探针。较为常见的是使用89Zr 标记的曲妥珠单抗进行PET 成像，能有效检测HER-2 阳性乳腺癌病灶，即使在原发病灶及转移病灶存在异质性的情况下，仍能识别HER-2 阳性病灶[5]。

虽然放射性核素标记的mAbs 成像已经应用于临床，但mAbs 的相对分子质量较大，血液清除率及组织吸收速率低（注射药物后3～5 d 才可进行成像），且易于在肝脏、脾及骨髓等正常器官和组织内积聚，而获得影像的肿瘤/本底比值却并不理想[6]。此外，89Zr 标记的曲妥珠单抗在骨骼中的积聚可能会造成乳腺癌骨转移的假阳性诊断[7]。这些缺陷限制了mAbs 探针在临床的广泛应用。

1.2 功能性抗体片段

1.2.1 抗体Fab 片段 Fab 片段是抗体经蛋白酶水解后得到的抗原结合片段，相对分子质量与完整的抗体相比大大降低，但保留了与抗原结合的特性，在体内血液清除率和肿瘤组织的吸收率增加，在注射后短时间内即可成像[8]。Richter 等[8]采用PASylation 技术修饰Fab 片段并使用放射性核素89Zr 标记，制备的89Zr·Df-HER-2-Fab-PAS200进行 PET 显像，能够显示HER-2 阳性乳腺癌的原发病灶及淋巴结转移病灶，提示放射性核素标记的Fab 片段作为HER-2 靶向探针具有可行性，但抗体Fab 片段在成像时无法避免被肝脏等正常组织非特异性摄取。

1.2.2 单结构域抗体（single domain antibodies，sd－Abs） sdAbs 是由天然存在于骆驼科免疫球蛋白的重链可变区组成，具有相对分子质量低、HER-2 亲和性高等特点[9]。sdAbs 能更快地与肿瘤组织结合，具有良好的组织穿透性和血液清除率，可使用半衰期较短的放射性核素进行标记，在注射后1 h 内即可获得高对比度影像，常用18F、68Ga 及99Tcm标记[10]。2Rs15d是在临床前研究中常用的sdAbs 类HER-2 靶向探针。D’Huyvetter 等[11]使用123I 及131I 标记 2Rs15d 进行 SPECT 成像，2Rs15d 能与 HER-2 阳性肿瘤细胞结合，且在进行靶向药物治疗时仍可进行成像。Keyaerts 等[12]的临床Ⅰ期试验利用螯合剂p-SCNBn-NOTA 与2Rs15d 结合，并使用68Ga 标记进行PET/CT 成像，结果表明2Rs15d 在人体内对HER-2阳性病灶有着较高的亲和性，且在注射后90 min 内即可成像。

sdAbs 类HER-2 靶向探针对 HER-2 亲和性强，分子结构稳定，但正常组织（如肝脏及肠道）对其摄取较多，且易在肾脏内累积，可能会对影像质量造成一定影响。

2 多肽类分子

多肽类分子有较短的生物半衰期、较好的肿瘤组织穿透性和较低的免疫原性，也易于化学修饰，在使用过程中亲和性较为稳定。

有研究者[13-14]制备了新型肽类HER-2 靶向分子探针 H6F（YLFFVFER）及 H10F（KLRLEWNR），并合成了99Tcm-Hydrazinonicotinamide（HYNIC）－H6F 及99Tcm-HYNIC-H10F 用于 SPECT 成像，结果表明H6F 及H10F 对HER-2 具有较高的特异性及亲和性，且这两种多肽类分子探针与HER-2 结合位点不同于曲妥珠单抗，在使用曲妥珠单抗治疗时仍能准确评估肿瘤细胞的HER-2 表达水平。Zhang等[15]在HER-2 靶向小分子模拟肽YCFPDEEGACY的基础上进行化学修饰，合成了G（D）AGG-Aba-YCFPDEEGACY-NH2（TP1623），并使用99Tcm标记用于SPECT 成像，验证了TP1623 分子在细胞及小鼠体内均对HER-2 有较高的亲和性，认为其有望成为能够用于临床的多肽类HER-2 靶向探针。

多肽类HER-2 靶向分子探针血液清除率高，可以获得良好对比度的影像，但仍会出现肾脏及膀胱的生理性积聚。如何加快药物代谢并从体内清除，从而减少对肾脏及膀胱周围病灶检测的影响依然是个挑战。

3 生物工程支架蛋白

3.1 亲合体分子 亲合体分子最初来源于葡萄球菌蛋白A 的B 结构域，是具有58 个氨基酸残基和三螺旋束结构的ESPs，也是一种具有高亲和力的配体[16]。因其相对分子质量比单结构域抗体相对分子质量更低，因而肿瘤细胞对其识别更快、摄取更多，且其在血液中的清除速率也更快，因而易在短时间内获得更高对比度的影像[17]。此外，亲合体的分子结构较为固定，更易被设计及修饰。

因亲合体分子的空间折叠不依靠二硫键，在进行放射核素标记时不受氧化剂和还原剂影响，所以可以使用多种放射性核素标记进行PET 及SPECT成像，如18F、64Cu、68Ga、111In、125I、177Lu、99Tcm、90Y、188Re及44Sc 等。其中，PET 成像中应用较多的短半衰期放射性核素为68Ga 及18F。68Ga 使用68Ge-68Ga 发生器获得，相比于需要回旋加速器生成的放射性核素18F，在实验室及临床使用中更加经济[18]。SPECT 成像中最常用的放射性核素是111In。

部分研究使用放射性核素68Ga 标记的亲合体分子ABY-025 进行PET 成像，影像对比度高，肝脏摄取较低，在早期成像中HER-2 阳性病灶检出率高[19]。ABY-025（ZHER-2:2891）是第 2 代亲合体分子，与第1 代亲合体分子（ZHER-2:342）比较，具有改良后的支架蛋白，降低了肝脏的非特异性摄取，其对HER-2受体胞外部分的结构域有很高的亲和力，不与抗HER-2 治疗的靶向药物曲妥珠单抗和帕妥珠单抗竞争，在靶向药物治疗期间也可进行成像[20]。ABY-025 具有较好的热稳定性，分子结构不会被放射性核素标记过程中的高温破坏[21]。在此基础上，部分研究使用68Ga 标记ABY-025 分子获得对HER-2 具有较高亲和力的靶向探针68Ga-DOTA-ZHER-2:2891[22]。虽然亲合体分子类探针能够短时间内获得高对比度影像，但无法避免肾脏的放射性药物浓聚。

3.2 蛋白结合域衍生的亲和蛋白（albumin-binding domain-derived affinity proteins， ADAPTs） 在链球菌蛋白G 的蛋白结合结构域分子基础上设计产生的ADAPTs 相对分子质量较低，其熔点高、水溶性较好，具有热变性或化学变性后的高保真重折叠能力[23]。除具有上述优势外，ADAPTs 减少了与血液中白蛋白的结合，加快了血液清除率，提高了影像对比度。

Lindbo 等[24]筛选了 2 种可能应用于临床的ADAPTs 类 HER-2 靶向探针 DOTA-C59-DEAVDANS -ADAPT6 -GSSC 及 DOTA -C61 －（HE）3DANS-ADAPT6-GSSC，使用111In、68Ga 标记分别进行SPECT 成像和PET 成像，并对2 种探针在活体肿瘤组织内的吸收情况进行了比较，发现DOTAC61－（HE）3DANS-ADAPT6-GSSC 在111In 及68Ga 标记时均显示出对HER-2 阳性肿瘤组织的较高亲和性，且使用111In 标记比68Ga 标记时具有更高的肿瘤/本底比值，提示ADAPTs 有望成为广泛应用的HER-2 靶向探针。

3.3 预设计锚蛋白重复蛋白（designed ankyrin repeat proteins，DARPins） DARPins 是含有 4～6 个重复部分的工程支架蛋白，每个重复部分含有33 个氨基酸，相对分子质量较亲合体分子高[25-26]。DARPins 有多种变体，用于临床前HER-2 靶向成像的常见变体是DARPin G3，也有研究使用DARPin 9_29 作为HER-2 靶向探针[26]。常用放射性核素124I 及99Tcm标记DARPins 进行SPECT 成像，部分研究还表明放射性碘标记DARPins 的方式及标记的位点会影响DARPins 在活体内的生物分布和肿瘤组织对其的摄取[27]。

4 其他

4.1 酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitor，TKI） 与抗体、抗体片段及部分工程支架蛋白相比，TKI 有着更低的相对分子质量及更高的血液清除速率，且可评估以TKI 为主要靶点的细胞内酪氨酸激酶的密度及状态[28]。

在TKI 类HER-2 靶向探针发展的早期，Gniazdowska 等[29]合成了99Tcm标记的拉帕替尼，用于HER-2 阳性肿瘤的SPECT 靶向成像，但因拉帕替尼对人表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）及 HER-2 均具有较高的亲和性，因此无法鉴别HER-2 阳性肿瘤和EGFR 表达阳性肿瘤。Tang 等[30]筛选了其中亲和性较高的CP724，714分子，对其进行化学修饰，用放射性核素125I 和131I标记制备的125/131I-IBA-CP 进行SPECT 成像，并对2种探针进行了比较，证实125I-IBA-CP 在体内外均具有良好的稳定性。说明放射性碘化IBA-CP 可作为HER-2 靶向成像的分子探针来评估HER-2 的表达水平。

尽管TKI 作为探针在HER-2 靶向成像中有很多优势，且在动物实验中对HER-2 阳性病灶的识别效果良好，但TKI 较高的肝脏非特异性摄取和较慢的血液清除率限制了其在临床中的应用，因此如何在增加其细胞膜通透性的同时，减少肝胆排泄及非特异性摄取是制备TKI 探针的关键。

4.2 双标记抗体 双标记抗体探针为HER-2 多模态成像提供了可能。部分临床前研究合成了111In-DTPA-trastuzumab-IRDye800CW 用于 SPECT 和荧光双模态显像并进行了细胞及动物实验，证实该探针对HER-2 阳性肿瘤具有较高的亲和性[31]。Deken等[32]则使用111In-DTPA-trastuzumab-IRDye800CW在术前和术中分别进行SPECT 和荧光成像，对HER-2 阳性肿瘤的边界进行定位，提高了肿瘤的完全切除率。但是，双标记抗体探针仍不能避免抗体类探针在肝脏内非特异性摄取较高的缺陷[33]。

5 前景及挑战

用于HER-2 阳性乳腺癌SPECT 及PET 成像的多种靶向分子探针在实验和少数临床应用中显示出了良好的效果，但也存在一些不足：①在正常肝脏非特异性摄取较高，可能会掩盖转移病灶；②为获得最佳对比度影像，仍需大量试验确定放射性示踪剂的最佳剂量；③缺少与其他靶向分子探针成像效果的比较。因此，HER-2 靶向分子探针能否广泛应用于临床尚需更多的研究，研发指导临床诊疗的新型HER-2 靶向分子探针具有重要的意义。