成纤维细胞激活蛋白靶向药物及其用于疾病显像和治疗的研究进展

吴丹丹 邵国强 孔霞 张莉

1 南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）儿科，南京 210006；2 南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）核医学科，南京 210006

肿瘤微环境是肿瘤细胞赖以生存的复杂环境，主要由多种不同的细胞外基质和基质细胞组成，其中癌症相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）是肿瘤微环境的核心要素[1]。正常成纤维细胞（normal fibroblasts，NFs）主要起组织稳态的作用[2]，而在肿瘤微环境中，癌症伴发炎症，促进了NFs 向CAFs 的转化，此外，CAFs 还来源于局部成纤维细胞、循环成纤维细胞和经内皮细胞向间充质转化的血管内皮细胞、脂肪细胞、骨髓干细胞，起源谱广是肿瘤CAFs 表型异质性和许多标志物异质性表达的主要原因[3]，但成纤维细胞激活蛋白（fibroblast activation protein，FAP）在多种肿瘤类型的活化CAFs 细胞表面和部分肿瘤细胞中过表达，其在结构上是一种丝氨酸蛋白酶家族的Ⅱ型跨膜糖蛋白，具有二肽基肽酶Ⅳ的活性，常以二聚体形式存在，在具有强烈促结缔组织增生反应的上皮性癌中占肿瘤质量的90%[4]，而在正常组织的静息成纤维细胞中低表达[5]，是良好的肿瘤靶向显像和治疗的潜在靶点，因此FAP 靶向药物的研发和临床研究成为近年来的热点。

1 FAP 靶向药物

FAP 靶向药物结构组成上主要包括FAP 靶向配体、偶联剂或螯合物和诊疗元件3 部分。从显像原理上讲，FAP靶向药物通过特异性结合肿瘤微环境高丰度表达的FAP 受体，并内化入胞[6-8]，导致FAP 配体偶联的诊疗元件在靶器官内有效摄取、聚集，并获得较高的T/NT，达到靶向显像和治疗的目的。FAP 靶向药物在肿瘤内的滞留时间延长，也利于其应用于临床。促进诊疗元件在肿瘤的靶向聚集是目前FAP 靶向诊疗药物研究的热点：一方面是通过优化配体结构或偶联剂的选择，筛选药代动力学理想的FAP 靶向配体，使肿瘤靶向摄取高、迅速、血本底清除快，获得较高的肿瘤/非肿瘤摄取，且不良反应少；另一方面是通过对FAP 配体载体给药系统或剂型的选择，增加FAP 靶向药物在血液中的循环时间和在肿瘤部位的滞留时间。

1.1 FAP 靶向配体

FAP 靶向配体包括抗体、小分子抑制剂、多肽及其二聚体和多聚体，以及不同的载体或剂型，包括白蛋白、纳米递送系统等。

在早期报道中，FAP 靶向免疫显像和治疗使用的是基于对FAP 表达水平进行鉴定的免疫组化用F19 抗体，通过放射性核素131I 标记用于转移性结直肠癌患者的诊治[9]。抗体的优势在于其特异性高、亲和力强，但其相对分子量大、血液清除缓慢，作为显像剂，其呈现背景信号高，微小病变检测灵敏度略差，且荷载诊断和治疗元件少，对于相同摩尔数的有效载荷，抗体药物需要量大，且具有免疫源性，对偶联体的要求高，容易脱标（如131I 等），进一步增加了其带来的不良反应。近年来，随着对纳米抗体、单域抗体或单链抗体小尺寸抗体的进一步研究，可能会带来FAP 靶向抗体在肿瘤诊治中的新进展。

FAP 小分子酶活性抑制剂（fibroblast activation protein inhibitor，FAPI）是目前科研和临床转化的热点，［（2R）-1-（（2S）-2-氨基-3-甲基丁酰基）吡咯烷-2-基］硼酸（talabosta，PT-100）是第1 个被用来进行临床试验的FAPIs[10]，目前FAPIs 是多以（4-喹啉酰基）-甘氨酰-2-氰基吡咯烷为基础框架的抑制剂及其衍生物，如FAPI-01、FAPI-02、FAPI-04、FAPI-46[11]和FAPI-74[12]等，其中FAPI-04 和FAPI-46 是目前临床转化报道较多的主要探针前体。FAPIs 衍生物优势在于其结构容易修饰，药代动力学（如特异性结合、摄取内化率和速度、瘤内滞留时间）理想的衍生物容易获得。同FAPI-01 及FAPI-02 相比，作为FAPI-02 变异体的FAPI-04，其在药代动力学上具有肿瘤摄取率高、摄取迅速和非靶组织中清除迅速的优势，更适合用于肿瘤的FAP 靶向显像[7-8,13]。FAPI-46、FAPI-21、FAPI-74 等单体轻度增加了FAP 靶向药物在肿瘤部位的摄取和滞留，倾向应用于靶向治疗，但相对于核素的半衰期和治疗作用发挥的时间来说，仍然太短，且其中FAPI-21 在唾液腺、甲状腺和口腔黏膜部位的摄取较高[6]，也进一步限制了其在治疗中的应用。

177Lu-FAP-2286 是目前文献报道的首个FAP 靶向多肽，其在原发及转移肿瘤部位摄取高、保留时间长、不良反应少，因此在治疗不同侵袭性腺癌方面具有可行性[14]。同抗体相比，多肽的优势在于分子量小，无免疫原性，结构易于修饰，易于通过偶联剂、螯合物与显像元件或治疗元件稳定性结合，临床用药化学量少，不良反应可控可调，易于产业化和临床转化，具有较好的临床转化前景。

1.2 显像和治疗元件

FAP 靶向药物的显像诊断和治疗元件主要包括放射性核素和荧光，其中放射性核素包括诊断用放射性核素如放射性碘（123I、124I、125I、131I）、99Tcm、68Ga、18F、64Cu、89Zr等，治疗用放射性核素如125I、131I、188Re、90Y、64Cu、177Lu、211At、153Sm、188Re、67Cu 和α 核素如223Ra、225Ac 等，其中放射性碘、99Tcm、68Ga、177Lu、18F 在国内临床较易获得。而能够实现诊疗一体化的配对核素包括123I、124I 和131I，68Ga 和177Lu，86Y 和90Y，原因在于配对核素对FAP 靶向配体的偶联方法类似，具有类似的药代动力学，通过显像核素标记FAP 靶向配体进行显像，对FAP 靶向治疗进行适应症患者的筛选、疗效预测、个体化剂量制定。荧光探针尤其是近红外一区和二区探针，可用于FAP 靶向荧光显像及其导航的精准手术、光热治疗等[15]，其中部分近红外荧光探针[16]、组合前药探针[17]和基于铁蛋白的纳米荧光学探针[18]已经成功地在小鼠体内可视化了FAP 表达的肿瘤组织。

1.3 偶联剂和标记方法

诊断和治疗性元件对FAP 靶向配体的标记常有两种手段，除放射性123I、124I、125I、131I 等直接标记外，主要通过引入双功能螯合剂、偶联剂来实现配体与诊治元件的偶联，常用的包括1,4,7,10-四氮杂环十二烷1,4,7,10-四乙酸（1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid，DOTA）、1，4，7-三氮杂环壬烷-N,N′,N″-三乙酸（1,4,7-triazacyclononane-N,N',N''-triacetic acid，NOTA）、1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4,7-二乙酸（NODAGA）、二亚乙基三胺五乙酸（Diethylenetriaminepentaacetic acid，DTPA）、去铁胺（DFO）、联肼尼克酰胺（HYNIC）、巯基乙酰三甘氨酸（MAG3）等。新的杂合络合剂如6-戊酸-6-氨基-1，4-二氮杂四乙酸 （AAZTA5）或6-戊酸-6-氨基-1，4-二氮平-三乙酸酯（DATA5M）的方酸（SA）修饰的高亲和力抑制剂，其制备简单，稳定性好，更适合温度敏感的目标分子的标记[19-20]。

FAP 靶向抗体的核素标记早期多通过Iodogen 或氯胺T 法进行放射性碘标记进行SPECT 显像，简单快捷，而通过去铁胺、DOTA、NOTA、DTPA 等偶联剂进行正电子核素标记和PET 显像，可以获得药代动力学定量数据，其中去铁胺更受青睐，主要原因在于偶联的89Zr 半衰期合适，产物稳定性更好。

FAPIs 和FAP 靶向多肽的标记，目前报道最多和最理想的是DOTA，包括68Ga、177Lu、225Ac 等，其标记方法简单、产率高且稳定性良好。此外，18F 易于产业化生产和供应，18F 标记的糖基化FAP 抑制剂（18F-FGlc-FAPI）[21]和18F-Alf-FAPI-74 更受关注，尤其是18F-Alf-FAPI-74 表现出良好的肿瘤摄取和滞留能力[12]。99Tcm、186Re、188Re 主要通过联肼尼克酰胺偶联，99Tcm作为目前SPECT 显像最常用核素，其标记的FAPI 示踪剂如99Tcm-FAPI-34 具有良好的亲和力、结合性能和肿瘤摄取能力，且获得的图像质量佳[22]。

1.4 新型剂型

1.4.1 二聚体化

FAP 单体衍生物可在肿瘤内迅速富集，但其滞留时间短、清除快，同源二聚体的结构如[68Ga]Ga-DOTAGA.（SA.FAPi）2增加了核素在肿瘤部位的蓄积和滞留，但血液清除缓慢，非靶器官的辐射剂量增加[23]，而[177Lu]Lu-DOTAGA.（SA.FAPi）2同源二聚体显示出快速内化、更高的亲和力、更长的肿瘤滞留时间等优势，且非靶器官清除快[24]，为提高治疗疗效、减少不良反应提供可能。

1.4.2 白蛋白偶联

白蛋白可作为药物输送的多功能载体，其已成为增加放射性标记探针在肿瘤中的摄取和保留的一种策略。FAP 靶向特异性结合与白蛋白被动扩散效应的结合，能够明显改善肿瘤摄取和保留作用[25]。4-对氯苯基丁酸及伊文思蓝（evans blue，EB）均可介导FAPI 与白蛋白结合，增加FAPI 在肿瘤中的快速摄取、高亲和力结合、长时间循环和瘤内滞留[26]，且177Lu-EB-FAPI-B1 比B2、B3 和B4 具有更高的肿瘤摄取率和更低的正常组织信号，这体现了EB 修饰的FAPI 与白蛋白的结合和释放动态变化，影响后续治疗周期和剂量的平衡[27]。

1.4.3 纳米粒子

CAF 是纳米粒子深入渗透肿瘤的重要屏障，基于可切割的两亲性多肽（cleavable amphiphilic peptide，CAP）制备的刺激响应型纳米载体可以打破基质屏障，促进局部药物积累，极大地提高了肿瘤靶向和药物输送效率[28]。双重响应型（FAP-α 响应型和热敏型）脂质-白蛋白纳米粒（HSABMS@CAP-ILTSL），可在FAP-α 和温和的光热刺激下快速释放HSA-BMS（10 nm），实现了肿瘤内纳米颗粒大小的调整策略，增加了对肿瘤细胞的摄取，延长了循环时间，增加了肿瘤蓄积[29]。

2 FAP 靶向显像与肿瘤疾病

根据肿瘤FAP 表达水平和对FAP 靶向显像剂的摄取率，Kratochwil 等[13]初步将不同的实体肿瘤分为高摄取组（SUVmax＞12，如肉瘤、乳腺癌、食管癌、肺癌和胃癌）、中摄取组（SUVmax为6～12，如肝细胞癌、结直肠癌、头颈癌、卵巢癌、胰腺癌和前列腺癌）和低摄取组（SUVmax＜6，如嗜铬细胞瘤、肾细胞癌、DTC 和腺样囊性癌），为肿瘤的显像诊断、精准分期、疗效评估及未来的FAP 靶向治疗提供了新思路，并被辅助用于胶质母细胞瘤、头颈部肿瘤和下消化道肿瘤[30-32]患者的靶区勾画和放疗计划的制定。

2.1 高摄取组肿瘤

低度恶性肉瘤对18F- FDG 的摄取较低，而肉瘤间质和肿瘤细胞均呈FAP 高丰度表达，对放射性核素标记的FAPI摄取高[33]。乳腺癌原发病灶、转移病灶对68Ga-FAPI 的摄取（肿瘤/非肿瘤摄取比值）明显高于18F-FDG，更利于微小病灶的探测，提高诊断和临床分期的准确性，且结合月经周期可有效排除子宫内膜和乳腺的生理性摄取干扰[34]。在食管癌患者中，同18F-FDG 相比，68Ga-FAPI PET/CT 成像显示出更好的摄取和肿瘤靶区勾画的边界[35]。对肺癌的分期及病理类型诊断，FAP 靶向显像剂比18F-FDG 显示出更好的价值，如对肺腺癌的初级分期，对脑、淋巴结、骨和胸膜等肺癌转移灶的精准分期等[36]；不同病理类型的转移灶之间的摄取不同，可能对区分不同病理类型的肺癌具有重要意义[37]。FAP 在胃癌中高表达，可能与胃癌分级高、腹膜浸润、预后差有关[38]，FAP 显像比18F-FDG 有更高的肿瘤摄取率和灵敏度，尤其是在识别胃印戒细胞癌的原发性和转移性病变方面更具优势[39]。

2.2 中摄取组肿瘤

同18F-FDG 相比，68Ga-FAPI-04 等FAP 靶向显像剂在正常脑组织、肝脏、腹腔中的分布极少且清除迅速，且FAP 靶向显像显示肝脏、骨骼、腹膜、网膜和肠系膜等部位转移灶的SUVmax高于18F-FDG PET/CT[40]，因此FAP 靶向显像更利于头颈部肿瘤（鼻咽癌）、肝细胞癌、结直肠癌、卵巢癌、胰腺癌和前列腺癌等中摄取组肿瘤原发灶和转移灶的检测，尤其是在原发和转移性肝脏恶性肿瘤的鉴别诊断方面，68Ga-FAPI-04 的诊断灵敏度与增强CT 和MRI 相当[41]。FAP 存在于97%的卵巢癌中，与不良的临床预后、化疗耐药性等相关[42]，且在健康卵巢中不表达，为卵巢癌的治疗提供了一个潜在的靶点。有关胰腺癌的研究结果显示，双时相FAP 靶向显像可能有助于鉴别高FAP 表达的胰腺炎和恶性肿瘤[43-44]。在前列腺特异性膜抗原低表达前列腺癌的诊断中，FAP 靶向PET 成像可以得到更准确的结果，但FAP 表达的异质性，阻碍了其在诊断早期前列腺癌中的应用[45]。

2.3 低摄取组肿瘤

虽然在嗜铬细胞瘤、DTC、肾细胞癌和腺样囊性癌中，68Ga-FAPI 的SUVmax较低，但FAPI 显像在这些肿瘤中仍具有重要作用。如[177Lu]Lu -DOTAGA.（SA.FAPi）2（新型成纤维细胞激活蛋白抑制剂）似乎为放射性碘难治性DTC 患者开辟了一条新的治疗途径[46]。对于肾细胞癌，FAP 在预测其分级和分期上可发挥一定作用[47]。在腺样囊性癌中，FAPI 显像与CT 和MRI 相比，提高了放射治疗靶区勾画的准确性[48]，因此FAPI 在腺样囊性癌中也具有一定的应用价值。

3 FAP 靶向治疗与肿瘤疾病

FAP 靶向显像为靶向核素治疗提供了分子影像数据支持和患者筛选，目前基于FAPIs 的90Y-FAPI-04 和基于多肽的177Lu-2286 等药物已被用于临床转化的研究，结果显示，其可在肿瘤中高浓聚，也能缓解患者的临床症状。FAPIs、多肽等肿瘤滞留时间仍不够理想，这是FAP 靶向治疗需要克服的困难，FAP 靶向纳米抗体、新剂型的研发有望解决这一难题。α 核素作为射程短、生物学效应极强的核素，近年来备受关注，FAP 靶向药物在正常组织中的分布少且清除迅速的特性，为α 核素标记FAP 靶向药物走向临床提供了可能[49-50]。荧光标记的FAP 靶向药物如铁蛋白轻链-SS0456，以高亲和力和高特异性在实体瘤中聚集，可精准导航手术[51]。随着光热荧光剂的转化，FAP 靶向肿瘤的光热治疗也具有一定的潜力。

4 FAP 靶向药物与非肿瘤疾病

FAP 除在CAF 和某些恶性组织的转化细胞中过度表达外，在良性疾病的细胞和正常组织的重塑过程中也有选择性的表达。在肠结核、胰腺结核、腹膜结核、肝圆韧带原发性孤立性结核中，与18F-FDG PET/CT 相比，68Ga-FAPI PET/CT 在相同病灶中的FAPI 摄取更多[52-55]。FAP 在心肌梗死后活化的成纤维细胞及心脏缺血组织中高表达，且参与心肌缺血损伤后梗死区周围的重构[56]。在免疫球蛋白G 亚型4 相关疾病中，FAP 靶向显像可以区分炎症与纤维化活性，为免疫球蛋白G 亚型4 相关性疾病的诊断、鉴别诊断及治疗提供帮助[57]。在类风湿性关节炎中，FAP 的上调使其成为潜在的治疗靶点[58]。

5 展望

FAP 作为一种良好的肿瘤靶点，随着靶向配体、偶联剂和显像治疗元件的不断研发和涌现，其在肿瘤靶向显像用于肿瘤分子水平的诊断、临床分期、小病灶的早期探测、靶向治疗患者筛选、放疗计划制定、精准手术导航中的角色越来越明显。尤其是随着纳米抗体、抗体片段、优良结构的小分子抑制剂和多肽、结合稳定的偶联剂、响应性纳米转运系统的构建，在保证肿瘤靶向聚集和非肿瘤组织迅速清除的基础上，有效延长其在肿瘤内的滞留时间来提高其生物学作用，将有力推动其临床转化，新的治疗性核素如α 核素和光热材料、近红外二区探针也为FAP 靶向治疗提供了新的思路和方向。除在肿瘤的应用中显示出明显的优势外，其在部分FAP 高表达的炎性疾病中，有望提高对疾病或疾病病程的认识，也为部分炎性疾病的治疗提供新的靶点。

利益冲突所有作者声明无利益冲突

作者贡献声明吴丹丹负责综述的撰写与修订、数据的获取与分析；邵国强负责命题的提出、设计及最终版本的修订；孔霞和张莉负责文献资料的获取、提供与分析