161Tb标记放射性药物的研究进展

李 鹏，尹晶晶，周文华,2，高 洁，龚佳格，张梦丹,2，李建国

(1.中国辐射防护研究院 中核放射毒理与放射性药物临床前评价重点实验室 药物毒理与放射损伤药物山西省重点实验室CAEA核技术(放射性药物非临床评价)研发中心，太原 030006；2.山西中医药大学，晋中 030619)

放射性核素治疗是将放射性核素或放射性标记物靶向运送到病变部位，利用核素发出的射线粒子(α、β、俄歇电子等)产生的电离辐射生物效应，抑制或破坏病变组织，而邻近的正常组织几乎无损伤。在诸多的治疗用放射性核素中，放射性镧系元素161Tb因其良好的医用性能而受到越来越多的关注[1]。本研究对161Tb的基本特性、生产路线及其标记放射性药物的研究进展进行综述，为放射性核素治疗及临床应用提供参考。

1 161Tb的基本特性及生产

表1 177Lu和161Tb的生产和衰变特性比较Table 1 Comparison of the production and decay properties of 177Lu and 161Tb

161Tb在化学上也类似于177Lu，都可以通过螯合剂配位形成高度稳定的络合物，因此可以使用相同的标记程序[1]。其中使用的螯合剂例如大环1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1，4，7，10-四羧酸(DOTA)和无环二乙烯-三胺-五乙酸(DTPA)等，均对镧系元素表现出高亲和力，几十年来被放射性药物界广泛使用[5]。目前为止，多数的161Tb标记反应均在90 ℃以上的条件中进行，远大于与热敏生物分子(如单克隆抗体和抗体片段)相容的温度[6]，为了防止生物分子的热分解，最近Cassells等[7]首次开发了一种温和的放射性标记方法，通过赖氨酸偶联方法将一系列常用的螯合剂与人血清白蛋白(HSA)偶联，所有的HSA构建体在40 ℃下用161TbCl3进行标记，放化产率高于98%，在体内和体外都具有良好的生理稳定性。目前161Tb通过160Gd(n，γ)161Gd→161Tb核反应生产，类似于177Lu的生产(表1)。Lehenberger等[1]曾报道了无载体添加161Tb的生产，高度富集的160Gd靶在保罗·谢勒研究所(PSI)的层裂诱导中子源SINQ上辐照2～3周或在劳厄-朗之万研究所(ILL)的高通量核反应堆上辐照1周。最后该产品使用离子交换色谱方法从Gd目标材料中分离出来，以161TbCl3的形式提供。最近，保罗·谢勒研究所[8]对这条生产路线进行了逐步优化，进一步开发了161Tb与Gd靶材料和其他杂质的分离，该方法制备的161Tb放化纯度≥99%，可与商用、无载体添加的177Lu相媲美。

2 161Tb标记放射性药物的研究进展

2.1 161Tb标记的生长抑素类似物

1995年，de Jong等[19]首次对161Tb进行了临床前研究，评估了161Tb-DTPA标记的奥曲肽与大鼠脑皮质膜上生长抑素受体的特异性结合，以及在正常和荷瘤大鼠体内的生物分布，并与111In-DTPA-奥曲肽进行了比较。结果表明，161Tb-DTPA-奥曲肽是生长抑素受体的高亲和力放射性配体，其亲和力与111In-DTPA-奥曲肽相当，且两者具有相似的药效。生长抑素受体阳性的组织，如CA20948肿瘤(大鼠胰腺细胞系)、胰腺和肾上腺的摄取被证明具有特异性，其中161Tb-DTPA-奥曲肽的摄取低于111In-DTPA-奥曲肽。根据这项研究的结果，结合161Tb的良好物理特性，作者认为161Tb-DTPA-奥曲肽是一种很有前途的放射治疗药物。现在需要临床研究，以确定161Tb-DTPA-奥曲肽是否真的能为携带奥曲肽受体阳性肿瘤的患者提供有效治疗。

Borgna等[20]对161Tb和177Lu标记的生长抑素(SST)类似物DOTATOC(激动剂)和DOTA-LM3(拮抗剂)进行了体外实验，然后用双同位素(161Tb/177Lu)SPECT/CT显像方法进一步研究了放射性多肽在AR42J荷瘤裸鼠体内的分布情况。研究表明，161Tb和177Lu标记的SSTR类似物显示出相似的分配系数(logD)(161Tb-/177Lu-DOTATOC分别为3.3±0.2和3.1±0.2；161Tb/177Lu-DOTA-LM3分别为2.5±0.1和2.5±0.1)，且两者在AR42J细胞中的的摄取和内化也相同。用SPECT/CT显像方法进一步研究了AR42J荷瘤小鼠体内的分布情况，结果发现，无论是用161Tb还是177Lu标记，两种多肽的药代动力学特征相同，且具有相同的生物分布。这些研究证实了161Tb和177Lu可互换，而不会改变放射性标记生物分子的化学和药代动力学特性。

此外Borgna等[21]研究了161Tb和177Lu标记的生长抑素(SST)类似物在AR42J荷瘤小鼠上的临床前治疗研究。研究表明，无论采用何种SST类似物，161Tb在降低AR42J肿瘤细胞生存能力和存活率方面比177Lu更有效。其中161Tb标记的DOTATOC和DOTATOC-NLS对肿瘤细胞活力的抑制作用是177Lu标记的4～5倍，161Tb-DOTA-LM3的效力比177Lu-DOTA-LM3高102倍。这一结果在体内也得到证实，临床前治疗研究发现，161Tb标记的SST类似物的疗效优于用177Lu标记的类似物，其中161Tb-DOTA-LM3诱导的肿瘤生长延迟超过44 d，是最有力的候选药物，明显优于临床应用的177Lu-DOTATOC，后者诱导的肿瘤生长延迟仅为(6±4) d。在任何接受治疗的小鼠中都没有观察到明显的早期副作用，也没有肝或肾毒性的迹象。基于这些临床前数据，161Tb-DOTA-LM3可能优于临床使用的177Lu-DOTATOC，是治疗NENs的强效药物，结合了SSTR拮抗剂的良好特性和161Tb 的优点。

2.2 161Tb标记的叶酸

叶酸受体(FR)在多种不同类型的肿瘤中都有表达，包括卵巢癌、子宫内膜癌、肺癌和肾癌[22]，因此，在临床前被开发为靶点，用于核医学显像[23-24]。细胞表面的受体结合后，叶酸及其结合物通过FR介导的内吞作用被内化[25-26]。这种摄取机制使得叶酸对FR靶向化疗也很有吸引力[27]。其中177Lu标记的DOTA-叶酸结合物[28]，应用≥20 MBq的177Lu-叶酸可使携带KB肿瘤异种移植物的小鼠完全缓解。

2012年，Müller等[29]在KB荷瘤小鼠上使用161Tb-叶酸偶联物(cm09)进行验证。生物分布研究显示，161Tb-cm09在FR阳性的移植瘤上具有较高的特异性摄取(注射后4 h为23.8%±2.5%，注射后24 h为22.0%±4.4%，注射后48 h为18.4%±1.8%)，而且肿瘤组织的放射性清除缓慢，即使在注射后7 d，仍有相当数量的放射性摄取(5.7±1.9)%ID/g。注射24 h后，良好的肿瘤背景比(肿瘤与血液的比值为15；肿瘤与肝脏的比值为5.9；肿瘤与肾脏的比值为0.8)使SPECT能够显示小鼠体内的肿瘤。另外在体内治疗研究中发现，与未经治疗的对照组相比，161Tb-cm09组中所有小鼠的肿瘤生长都明显减少，甚至完全缓解(80%)，证实了其抑制肿瘤生长的潜力。

此外，Müller等[2]还通过161Tb和177Lu标记的叶酸偶联物在FR阳性KB和IGROV-1小鼠肿瘤模型上的比较，研究了临床前SPECT的显像潜力以及161Tb-叶酸的治疗效果。体外研究发现，161Tb-cm09和177Lu-cm09对两种细胞系中都有大致相同的摄取和FR特异性的抑制作用，但161Tb-cm09的细胞抑制作用比177Lu-cm09更明显。在肿瘤模型中，与177Lu-cm09(半抑制浓度IC50：0.063 MBq/mL和4.52 MBq/mL)相比，161Tb-cm09(IC50：0.014 MBq/mL和2.53 MBq/mL)的半抑制浓度分别低4.5倍(KB)和1.7倍(IGROV-1)。SPECT显像显示了具有两种放射性结合物的小鼠肿瘤，体内治疗研究显示在KB肿瘤模型中，161Tb-叶酸处理组小鼠的中位生存期(54 d)比177Lu-叶酸处理组(35 d)或对照小鼠(31 d)要长。同样的情况也适用于IGROV-1肿瘤模型，对照组、161Tb-cm09治疗组和177Lu-cm09治疗组的平均存活时间分别为19、31和30 d。由此可见，与177Lu-cm09相比，161Tb-cm09在KB和IGROV-1荷瘤小鼠中具有更强的抗肿瘤作用。

然而，以叶酸为基础的放射性结合物的靶向肿瘤治疗存在肾脏损伤的风险，因为放射性叶酸专门聚集在表达FR的近端小管细胞中[22,30]。为此Haller等[31]进行了一项为期8个月的研究，旨在探讨应用161Tb-叶酸对肾脏的不良副作用，并将其与177Lu-叶酸对肾脏的影响进行比较。研究结果表明，由于俄歇/转换电子的共同发射，161Tb-叶酸的肾脏平均吸收剂量(3.0 Gy/MBq)比177Lu-叶酸的平均吸收剂量(2.3 Gy/MBq)高约24%。应用161Tb-叶酸后，肾功能呈剂量和时间依赖性降低，表现为肾摄取99mTc-DMSA减少，血尿素氮和肌酐水平升高。当177Lu-叶酸应用于相同的剂量时，也得到了类似的结果。组织病理学检查证实，在应用相同活度的161Tb-叶酸和177Lu-叶酸后，肾皮质受到了类似的损伤。其特征是中度损伤的肾脏出现肾小管塌陷、肾小球增大并伴有纤维蛋白沉积，严重受损的肾脏出现肾小球硬化。由此可见，与177Lu-叶酸相比，使用161Tb-叶酸后，尽管俄歇/转换电子对平均吸收的肾脏剂量有贡献，但不会造成额外的肾脏损害。 可见，161Tb的临床应用能提高治疗的成功率。

2.3 针对卵巢癌的单克隆抗体161Tb-DOTA-chCE7

L1细胞黏附分子(L1CAM)是一种高度糖基化的I型跨膜蛋白，在多种肿瘤中过度表达，被认为是新疗法的一个有前途的靶点[32-36]。L1CAM的异常表达与肿瘤细胞的侵袭和运动有关[34]，而且与卵巢癌、子宫癌和结直肠癌的不良预后和进展的高风险有关[37-39]。单克隆抗体chCE7是一种与人L1CAM高亲和力的嵌合IgG1分子。已有研究表明，使用177Lu标记的单克隆抗体chCE7的抗L1CAM放射免疫治疗(RIT)在治疗人卵巢癌异种移植物有效[40]。

最近Grünberg等[41]将单克隆抗体chCE7用161Tb标记，在卵巢癌治疗模型中与177Lu标记的对应物进行比较。研究结果显示，177Lu-DOTA-chCE7和161Tb-DOTA-chCE7在荷瘤裸鼠体内的分布相似，且都有着较高的肿瘤放射性摄取率(37.8%ID/g～39.0%ID/g，注射144 h后)，在非靶器官中含量很低，SPECT/CT图像证实了生物分布情况。161Tb标记的chCE7(最大耐受剂量MTD:10 MBq)在裸鼠中的放射性毒性高于177Lu标记的chCE7(MTD:12MBq)，因为161Tb发射的能量更高。在50%MTD的对比治疗研究中，161Tb-DOTA-chCE7的肿瘤生长抑制率比177Lu-DOTAchCE7高82.6%。证明在同等毒性剂量下，161Tb-chCE7比177Lu-chCE7更有效地延缓IGROV-1肿瘤的生长。

2.4 针对前列腺癌的小分子探针161Tb-PSMA-617

前列腺特异性膜抗原(PSMA)是一种细胞表面糖蛋白，在正常前列腺组织中表达，在前列腺癌中过度表达[42-43]。有迹象表明，PSMA的表达水平与疾病的分期和疾病进展的风险相关[44-45]。因此，PSMA是使用放射性核素治疗转移性去势抵抗性前列腺癌(MCRPC)的一个有价值的靶点[46-49]。基于该靶点发展的靶向PSMA放射性药物受到了广泛的关注，在前列腺癌诊疗中具有广阔的应用前景[50]。最初的设计是用放射性碘来标记化合物，适合于放射性显像，并且是第一个用于患者治疗的化合物[51]。随后，人们开发出带有螯合剂的PSMA配体，使其与放射性金属结合使用，用于显像和治疗[46,49,52]。PSMA-617和PSMA I&T分别配备了DOTA和DOTAGA螯合剂，已经在临床上用于mCRPC的放射性核素靶向治疗[53-54]，其中大多用177Lu标记[55]。

为了找到替代的放射性金属核素用于mCRPC的靶向放射性核素治疗，Müller等[56]评估了161Tb-PSMA-617作为177Lu-PSMA-617更有效治疗替代物的潜力。研究发现，161Tb-PSMA-617和177Lu-PSMA-617表现出相同的体外性质和组织分布特征。其中161Tb-PSMA-617在PC-3 PIP肿瘤异种移植物中的摄取在4 h后达到最大值(49±5.5)%ID/g，并随时间缓慢下降(96 h后变为(22±4.3)%ID/g。在整个研究浓度范围内，161Tb-PSMA-617与相同活度的177Lu-PSMA-617相比，PC-3 PIP肿瘤细胞的生存活力和存活率明显降低。用161Tb-PSMA-617(分别为5.0 MBq/只和10 MBq/只)治疗荷瘤小鼠，与未处理的对照动物(19 d)和之前报道的使用5.0 MBq177Lu-PSMA-617治疗的小鼠(32 d[57])相比，小鼠的中位生存期(5.0 MBq为36 d；10 MBq为65 d)明显延长，并且当使用161Tb-PSMA-617时，已经消失的肿瘤再生长频率较低。根据这些发现，证实了161Tb相对于177Lu的假设优势，并为未来161Tb-PSMA-617用于治疗转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)的临床转换提供了基础。

3 161Tb的临床研究

目前关于161Tb的临床研究较少，大部分仍处于临床前阶段。最近，Baum等[58]在临床中首次应用了161Tb-DOTATOC。在这项研究中，分别对一名35岁的转移性、分化良好、非功能性恶性副神经节瘤患者和一名70岁的男性胰腺尾部转移性功能性神经内分泌肿瘤患者使用了596 MBq和1 300 MBq的161Tb-DOTATOC。平面图像和剂量学提供了预期的161Tb-DOTATOC在肝、肾、脾和膀胱中随时间变化的生物分布。其中在患者1中，尽管161Tb-DOTATOC的使用活度较低，但所得到的图像显示了已知的骨转移，这与前一周使用68Ga-DOTATOC进行的PET/CT扫描所显示的病灶一致，此外还发现161Tb-DOTATOC在脾脏中有较高的积聚，这是一种多肽特异性特征。在患者2中应用161Tb-DOTATOC后获得的图像显示，在双叶肝脏中以及多发性骨转移病灶有显著的摄取，具有视觉上优异的靶与背景比。患者2更好的图像质量和更多病理损伤的检测与应用了大约两倍的剂量活度有关。在这两名患者中，161Tb-DOTATOC耐受性良好，在手术过程中或手术后没有任何不良反应，表明应用161Tb-DOTATOC安全。研究结果证明，161Tb发射的γ辐射可用于全身平面显像，甚至低活度161Tb也可用于SPECT/CT显像，为161Tb放射性药物的进一步临床研究提供参考。

4 结论

已有的161Tb标记放射性药物研究结果表明，161Tb在肿瘤治疗方面比177Lu更有效。但，由于严重缺乏161Tb放射性核素，临床前和临床研究相关的工作开展不足，在用于人体进行治疗或诊断之前，还需要大量此类研究。主要的制约因素有高浓缩靶的成本、低反应截面、放射性杂质、非放射性同位素的存在等。同位素在线分离(ISOL)已成为目前备受关注的加速器技术，也是未来解决铽同位素生产难题的关键。总体而言，161Tb有望成为新型的放射性治疗核素，可为肿瘤患者提供更优选择。