靶向CXCR4 PET/CT 分子探针在肿瘤诊疗中的应用进展

孙芳芳 杜雪梅*

肿瘤细胞表面表达多种特异性的受体蛋白，趋化因子受体 4（chemokine receptor 4，CXCR4）作为趋化因子受体家族中的一员在多种肿瘤细胞表面高表达，其表达高低与肿瘤的恶性程度及病人的预后直接相关[1-3]。以CXCR4 为靶点的靶向治疗方法已应用于临床，检测肿瘤病人原发灶及转移灶中CXCR4 的表达情况，对以CXCR4 为靶点治疗的病例选择、预后判断、方案制定、疗效评价至关重要。通过无创的PET/CT 靶向成像方法评估CXCR4 的表达水平，具有敏感度高、准确性好，一次检查可检测全身多器官原发肿瘤和远处转移肿瘤组织CXCR4 表达水平等优点。目前已有多个研究组开展了靶向CXCR4 的PET/CT 显像分子探针的研究开发及临床应用转化工作，本文就近年来靶向CXCR4 PET/CT 显像在肿瘤诊疗中的应用研究进展予以综述。

1 趋化因子12（CXCL12）/CXCR4 在病理生理过程中的作用及其应用

趋化因子是一类由免疫或非免疫细胞分泌的小分子多肽类物质，具有趋化细胞运动等多种生物活性，根据其N 端残基的位置可分为CXC、CC、C、CX3C 4 大类。趋化因子受体是一类三磷酸鸟苷蛋白偶联的跨膜受体，通过与趋化因子结合产生生物学效应，基于配体种类也可分为CXCR、CCR、CR 和CX3CR 4 类。通常一种趋化因子受体能与多个趋化因子相结合，一个趋化因子也可能结合多个高亲和性受体，它们之间共同构成复杂的网络系统，在疾病的发生发展过程中起着重要作用[1]。

趋化因子受体家族的CXCR4 是目前研究较为透彻的趋化因子受体，它与CXCL12 结合，在获得性免疫缺陷综合征、炎症及肿瘤等多种疾病过程中发挥重要作用[2]。关于CXCR4 最早的研究主要探讨其在获得性免疫缺陷综合征病理过程中的作用。Müller 等[3]研究报道人乳腺癌细胞株和组织中均高表达CXCR4，对CXCR4 在肿瘤病理发生发展中的作用进行研究，结果表明CXCR4 高表达与肿瘤的增殖、血管的新生等相关。一些研究[4-5]已经发现包括血液系统肿瘤及其他实体肿瘤在内，至少有23种不同类型肿瘤高表达CXCR4。因此，阻断CXCR4和CXCL12 结合，抑制其生物活性，可以抑制肿瘤的进展。

近年来，以CXCR4 为靶点的肿瘤靶向治疗快速发展，已开发出多种CXCR4 的拮抗剂，包括抗体、多肽及小分子化合物[6-7]。目前已有2 种CXCR4抑制剂通过美国食品药物监督管理局认证用于治疗血液肿瘤及WHIM 综合征，另外还有多项以CXCR4 为靶点的治疗方法正在临床试验研究中。以CXCR4 为靶点的治疗方法将会应用于肿瘤的精准、个性化靶向治疗中。

2 CXCR4 靶向PET/CT 分子探针及显像研究进展

PET/CT 显像作为无创性分子成像检查方法，可以靶向肿瘤表面特异性表达的蛋白分子进行显像，对肿瘤进行诊断及病理分型，进而为临床靶向治疗方案的制定提供帮助[8]。核医学显像的关键点在于分子靶向探针。以CXCR4 的拮抗剂作为底物，用不同的放射性核素（64Cu、68Ga、18F、11C）标记，是靶向CXCR4 PET/CT 分子探针的研究思路。Jacobson 等[9]首次用64Cu 标记CXCR4 的小分子抑制剂普乐沙福（Plerixafor，AMD3100），制备成靶向 CXCR4 分子探针。此后，又有小分子化合物、鲎肽二衍生肽（T140）多肽、环状FC131 多肽及它们的衍生物等不同的CXCR4 拮抗剂被正电子类核素标记用作靶向CXCR4 分子探针进行PET/CT 显像研究。

2.1 以小分子化合物为底物的分子探针 AMD3100、AMD3465、嘧啶-吡啶胺是CXCR4 的高效拮抗剂，分子结构简单，易合成，因此最早用于靶向CXCR4 PET/CT 分子探针的研究。AMD3100 及 AMD3465 中的大环结构可以作为螯合剂与放射性金属离子结合，得到靶向CXCR4 PET/CT 分子探针。64Cu-AMD3100 和 AMD3100 与 CXCR4 结合的能力相似[9]。Weiss 等[10]以64Cu-AMD3100 为探针，对肾上腺皮质癌病人手术切除原发肿瘤后行PET/CT 显像，监测转移瘤的CXCR4 表达情况，结果发现显像剂在肺部转移瘤中浓聚。另有64Cu-AMD3465 micro PET/CT 的研究[11]显示，64Cu-AMD3465 探针较64Cu-AMD3100 在正常脾及肝脏中的放射性分布降低；但目前尚未见对病人进行显像研究的报道。11CAMD3465 及18F 标记的嘧啶-吡啶胺类化合物也可在动物体内的肿瘤部位特异性浓聚，但稳定性不佳，很快被代谢，且肝肾本底过高，micro PET/CT 显像效果不佳[12-16]。Burke 等[17]将 AMD3100 分子结构中的2 个含氮大环改进为交叉桥环双四氮杂大环，这种结构与64Cu 螯合可以形成更稳定的螯合物，且与CXCR4 亲和力更高，结合更稳定，结果显示在荷U87-CXCR4 瘤的小鼠体内，显像剂高特异性地聚集在肿瘤组织中，肿瘤最大标准摄取值（SUVmax）与肌肉 SUVmax比值均值达到 23.6±2.7，较之前研究[9，12]报道的小分子显像剂在小鼠体内的生物学性能更优，但目前尚未见其用于临床转化研究的报道。

2.2 T140 多肽类分子探针 T140 是现今发现的最强的基质细胞衍生因子-1 (stromal cell-derived factor1,SDF-1)／CXCR4 信号通路的特异性拮抗剂，它是含有14 个氨基酸的多肽，与CXCR4 受体表面的疏水性核心基团区域结合，是CXCR4 受体完全型拮抗剂。有研究者[18-19]采用18F、64Cu、68Ga 等核素标记了T140 及其衍生物作为CXCR4 PET/CT 靶向显像探针，进行了大量的基础研究，发现标记的T140或其衍生物分子探针在动物体内可特异性地与CXCR4 结合，组织的放射性摄取率与CXCR4 表达水平呈正相关。随后，Wang 等[20]在这些研究基础上，使用68Ga 标记T140 多肽的衍生物NFB 多肽，就其对健康志愿者的安全性、生物分布及对脑胶质瘤病人病灶的检测进行了研究，结果显示68Ga-1,4,7-三氮杂环酮-1,4,7-三乙酸（NOTA）-NFB 在健康志愿者的肝脏、肾脏、膀胱这3 个代谢、排泄器官及高表达CXCR4 的脾内有较高放射性聚集，在其他器官无明显摄取，用于人体的辐射剂量在安全范围内；研究还发现8 例脑胶质瘤病人68Ga-NOTA-NFB PET/CT 显像显示探针可以特异性地聚集在胶质瘤组织内，且病灶组织68Ga-NOTA-NFB 的SUVmax与CXCR4 的表达及病理分期呈正相关，而相同病灶对临床常用显像剂18F-FDG 摄取不明显，结果表明68Ga-NOTA-NFB PET/CT 显像方法在脑胶质瘤的病灶检测及CXCR4 表达水平评估中有明显的优势。Yan 等[21]使用18F 通过氟化铝法标记NOTA 修饰的T140 多肽的类似物，并研究了该分子探针在不同CXCR4 表达水平的肿瘤组织中的摄取情况，结果显示18F-NOTA-T140 分子探针在荷瘤小鼠体内可以特异性聚集在体内高表达CXCR4 的肿瘤组织中，而不表达CXCR4 的肿瘤组织则无特异性摄取，且肿瘤组织对分子探针的摄取率随着CXCR4 表达水平的变化而变化；除了研究腋下种植瘤外，研究者还构建了高表达CXCR4 转移瘤小鼠模型行micro PET/CT 显像，发现颈部、胸部及脊柱上的转移瘤都清晰地显示了特异性聚集。综上，T140 多肽类分子探针对表达CXCR4 病灶的检测具有较高的敏感性，并可根据病灶的摄取率来评估CXCR4 的表达水平。

2.3 FC131 多肽类分子探针 FC131 是含有5 个氨基酸的环肽 [cyclo（DTyr1-Arg2-Arg3-2-Nal4-Gly5）]，其中的 1 位氨基酸为 D 型氨基酸，环状结构及D 型氨基酸的存在使多肽在体内的稳定性提高；对其2 位Arg 氨基酸侧链进行改造修饰，引入18F、64Cu、68Ga 等正电子放射性核素，制备得到多种靶向CXCR4 PET/CT 分子探针[22-25]。68Ga 标记的 FC131 类似物68Ga-Pentixafor 临床转化研究较深入。有研究者[24-25]对此类分子探针进行了大量的动物实验研究，结果表明68Ga-Pentixafor 在体内被表达CXCR4的病灶特异性地摄取，是一个性能良好的靶向CXCR4 PET/CT 显像分子探针。在此基础上，Philipp-Abbrederis 等[26]利用流式细胞仪及免疫组化方法证明，多发性骨髓瘤（multiple myeloma，MM）病人的肿瘤组织样本中CXCR4 的表达数量级明显高于正常骨髓组织，由此表明CXCR4 适合作为靶标进行显像来检测MM 病人肿瘤病灶。该研究还对14例MM 病人进行了68Ga-Pentixafor 和18F-FDG 2 种PET/CT 显像检查，结果显示10 例为68Ga-Pentixafor阳性显像，9 例为18F-FDG 阳性显像；同一例病人的68Ga-Pentixafor 与18F-FDG 显像相比，7 例（50%）病人的68Ga-Pentixafor 显像发现了更多的病灶；68Ga-Pentixafor PET/CT 影像中，平均SUVmax达到8.7，研究表明68Ga-Pentixafor PET/CT 可以用于检测MM病人体内CXCR4 的表达情况，对CXCR4 靶向治疗病例的选择具有指导意义。

有研究者[27-28]采用68Ga-Pentixafor 分子探针，对黏膜相关淋巴组织淋巴瘤及中枢神经系统B 细胞淋巴瘤等血液系统肿瘤病人进行CXCR4 靶向PET/CT 显像，结果表明68Ga-Pentixafor 靶向 CXCR4 PET/CT 显像可以用于这些疾病的诊断。

Pan 等[29-30]就CXCR4 用于血液系统肿瘤的诊断进行了许多临床转化研究，结果显示，新发现的未经治疗的MM 病人的68Ga-Pentixafor 显像对病灶的检出敏感度明显高于18F-FDG 显像，且病灶对68Ga-Pentixafor 的摄取值与多项血液指标具有相关性；研究还对新诊断的非霍奇金淋巴瘤病人68Ga-Pentixafor PET/CT 显像结果进行了回顾性分析，发现淋巴浆细胞淋巴瘤、边缘区淋巴瘤、弥漫性大B细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤、外套细胞淋巴瘤、未分类惰性B 细胞淋巴瘤和肠病相关T 细胞淋巴瘤的放射性摄取明显；与18F-FDG PET/CT 相比，68Ga-Pentixafor PET/CT 用于淋巴浆细胞淋巴瘤和边缘区淋巴瘤可显示出更多的病灶，且具有更高的放射性摄取，外周T 细胞淋巴瘤和NK/T 细胞淋巴瘤对68Ga-Pentixafor 不敏感。综上，68Ga-Pentixafor PET/CT 显像对18F-FDG 不敏感的惰性淋巴瘤（淋巴浆细胞淋巴瘤和边缘区淋巴瘤）的诊断具有重要价值。

有研究者[31-32]对经过治疗的MM 病人进行了68Ga-Pentixafor 显像，结果显示病灶对68Ga-Pentixafor 的摄取率升高与病人较短的生存期呈正相关，尤其在髓外组织及四肢骨中出现病灶提示更短的生存期，但68Ga-Pentixafor 对病灶的检出率不如18F-FDG 显像，这可能是由于治疗过程中，CXCR4 的表达水平会发生变化。这也提示在之后靶向CXCR4 的治疗过程中，应随时监测CXCR4 的表达变化，用于判断靶向治疗的适用性。

CXCR4 在实体肿瘤组织中也呈高表达，且其表达高低与疾病的预后相关。Vag 等[33]尝试将68Ga-Pentixafor 用于实体瘤的PET/CT 显像，评估肿瘤组织CXCR4 的表达情况，该研究纳入了胰腺癌、喉癌、非小细胞肺癌、前列腺癌、恶性黑色素瘤、乳腺癌、肝细胞癌、胶质瘤、恶性肉瘤等实体瘤病例，结果发现并不是所有的实体瘤都适合用该分子探针进行PET/CT 显像；相比18F-FDG PET/CT 显像，68Ga-Pentixafor PET/CT 或PET/MRI 发现的病灶较少，且SUVmax值较低，分析其原因可能是在体外研究CXCR4 表达时，得到的是全细胞的表达情况，而不是单纯细胞膜上CXCR4 的表达；68Ga-Pentixafor只能与细胞膜上的CXCR4 相结合，检测细胞膜上其表达情况，因此实际SUVmax值比预计值偏低。另有研究[5]报道CXCR4 可作为肿瘤干细胞的标志物，其在肿瘤中呈不均匀分布，只有具有干细胞特性的肿瘤细胞才高表达，这也是转移瘤SUVmax高于肿瘤原发灶SUVmax的原因。虽然在一部分实体瘤中68Ga-Pentixafor 摄取不明显，但是在非小细胞肺癌等一些肿瘤中，其SUVmax可达到5 以上，肿瘤与血液摄取率比值高于3。由此可见，68Ga-Pentixafor PET/CT 显像适用于此类恶性肿瘤组织中CXCR4 的检测。另有研究者[34-37]进行了稍大样本量的小细胞肺癌、脑胶质瘤、前列腺癌（PC-3 型）、乳腺癌、神经内分泌肿瘤等实体恶性肿瘤的68Ga-Pentixafor PET/CT显像研究，结果表明，生长抑素受体阴性的神经内分泌肿瘤、脑部胶质瘤或中枢神经系统的其他肿瘤可用此分子探针显像对疾病进行诊断及评估CXCR4 的表达情况。综上，小细胞肺癌[34]及部分神经内分泌肿瘤、脑部肿瘤[35，38]可通过68Ga-Pentixafor PET/CT 显像来评估肿瘤组织的CXCR4 的表达情况，而乳腺癌、前列腺癌等其他实体肿瘤不适合用68Ga-Pentixafor PET/CT 显像来检测病灶或评估肿瘤组织中CXCR4 的表达情况。Ding 等[39]对原发性醛固酮增高病人进行68Ga-Pentixafor PET/CT 显像，用于寻找肾上腺腺瘤病灶，结果显示，68Ga-Pentixafor特异性浓聚于分泌醛固酮的肾上腺腺瘤病灶中，其SUV 值与醛固酮分泌相关的多种酶含量呈正相关。

3 小结

CXCR4 在血液系统肿瘤组织中表达明显升高，与其他靶点相比，靶向CXCR4 PET/CT 显像对淋巴瘤尤其是惰性淋巴瘤的诊断具有显著优势，敏感度高于18F-FDG 显像。病灶对靶向分子探针的摄取与CXCR4 的表达水平呈正相关，通过SUV 值的测量可评估CXCR4 在肿瘤组织中的表达水平。CXCR4靶向拮抗剂已被批准用于血液系统肿瘤的治疗，多项以CXCR4 为靶点的药物临床实验正在进行中，通过无创的影像学方法评估肿瘤组织中CXCR4 的表达水平可有助于选择靶向治疗病例，制定诊疗方案。目前靶向CXCR4 PET/CT 显像的大部分研究均为小样本量研究，其在临床的应用尚需更大样本量的进一步研究。