锕在肿瘤治疗中的现状与展望*

李慧杰,宋晶,赵连婷,范正悦,周锦,郑征,陈俊儒,宗晓郁,吕旋瑞,王萌萌,肖松涛,宋国芳,曹磊,宫建

(1.沈阳药科大学药物流行病与临床药物评价课题组,沈阳 110016;2.中国原子能研究院放射化学研究所,北京 102413)

目前在肿瘤治疗领域,手术结合化学治疗(化疗)的治疗手段被广泛应用。放射治疗(放疗)也是常用的治疗手段,但射线的大部分能量会被阻挡,达到病灶部位的能量较小。免疫疗法通过强化人体免疫系统,也可以对抗肿瘤细胞,但其治疗周期较长且只对部分人群有效。靶向放射性核素治疗(targeted radionuclide therapy,TRNT)是治疗癌症的一种新方法,通过使用优化的载体将大量放射性核素聚集于肿瘤部位,从而对肿瘤细胞实行选择性的辐射,对周围健康组织产生最小的毒性,被认为是一种安全、有效、经济、可行的治疗方式[1]。

TRNT主要包括发射α粒子与发射β粒子的两类放射性药物。其中,发射β粒子的放射性药物如131碘([131I]NaI)已用于治疗分化型甲状腺肿瘤,89锶([89Sr]SrCl2)用于治疗骨转移瘤,177镥(177Lu)标记的奥曲肽用于治疗神经内分泌肿瘤。但发射α粒子的放射性药物,目前仅有223镭([223Ra]RaCl2)通过美国食品药品监督管理局批准上市,可有效改善患者的生存质量,延长患者生存期。首个α核素药物的成功上市,激发研究人员对靶向α治疗(targeted alpha therapy,TAT)的浓厚兴趣。在发射α粒子的核素中,225锕(225Ac)因其半衰期长、毒性强等优势被认为是最有潜力的核素之一[2]。因此,本文对225Ac的制备、纯化以及其在抗肿瘤治疗中的作用机制与临床实践新进展进行讨论,并展望其发展前景。

1 225Ac的制备与纯化

225Ac靶向疗法在多类肿瘤的治疗上拥有巨大潜力。但由于225Ac没有稳定的同位素,且生产成本高,相关研究在一定程度上受到限制。2019年,加拿大第一核科学技术组织 Triumf 和加拿大核实验室(CNL)使用Triumf 中心的520MeV回旋加速器,成功完成首次225Ac的联合生产,证明生产方法和分离过程的可行性,且有望扩大规模。

经典的225Ac是由233铀(233U)衰变产生,或通过natTh(p,x)225Ac反应生产。但我国无论是233U来源或natTh来源的225Ac均无法供应。2021年,陈俊艺等[3]基于国产CYCIAE-100高能强流回旋加速器实现我国首次225Ac的加速器生产,获得超过600μCi的225Ac,足够 2或3例患者靶向核素治疗。同时,设计并优化全固相萃取的225Ac纯化流程,分离出的225Ac放射性纯度>99.5%,该流程操作简便、高效、且可自动化,可随时用于225Ac的大规模生产。

2 抗肿瘤作用机制

2.1细胞毒性 α粒子与β粒子的性质比较见表1,性质上的差异导致它们细胞毒性不同。首先,与β粒子比较,α粒子质量更大、能量更强,导致的损伤更大。其次,α粒子比β粒子的射程范围短,通常<100 μm。动物细胞直径通常为10～30 μm,α粒子一次仅能穿过几个细胞,而β粒子可穿过几百个细胞。对于大肿瘤的治疗,长射程是有利的,但更多情况下长射程与脱靶毒性直接相关,因此,α粒子对周围健康组织的安全性更好。另外,线性能量传递(linear energy transfer,LET)是单位长度原子电离/激发的量度,指粒子穿过单位长度传递给被作用物质的能量[1]。研究表明,杀死哺乳动物细胞的最有效LET约为100 keV·μm-1,在此LET下,可导致细胞中的DNA双链断裂[4]。β粒子LET值较低,在辐射期间细胞可自行修复损伤,难以杀死细胞。而α粒子具有高LET值,使其在细胞中具有诱导复杂的DNA双链断裂(double-strand breaks,DSB)和多个DSB簇的作用,同时使细胞修复机制无效[5]。最后,α粒子达到细胞毒性所需的吸收剂量与穿过细胞核的粒子数量有关。实验表明,几个α粒子穿过细胞核便足以杀死一个细胞,而达到同样的生物效果至少需要10 000个β粒子。因此,与β核素相比,α核素的细胞毒性更强。

表1 α粒子与β粒子的性质比较

2.2靶向性 TAT可分为两大类:①利用放射性核素制剂固有的分子特性自然积聚在癌组织中。如223Ra作为一种模拟钙的同位素,可直接被整合到增加骨转换和成骨细胞活性的部位[6];②将放射性核素与单克隆抗体、肽或小分子等具有肿瘤靶向性的运载工具结合,从而实现放射性核素的靶向性。

在TAT中,适用于癌症治疗的α粒子发射同位素必须具有足够长的半衰期,以实现其生产、制备和应用。同时,子体同位素衰变应足够快,以确保所有后续辐射仅限于靶向肿瘤,且能够被快速清除以避免靶向毒性效应。225Ac衰变链中多个α粒子的发射使225Ac成为杀死癌细胞的有效同位素,225Ac的物理半衰期为9.92 d,与223Ra一样,225Ac相对较长的半衰期有利于集中生产、分配和管理。225Ac的TAT的另一个显著优点是在子放射性核素213Bi衰变后发射440 keV γ射线,可用于成像以确定生物分布[6]。因此,225Ac被认为是最有潜力的核素之一。225Ac一般通过与具有靶向性的生物结合物结合来实现靶向性。

2.3螯合物 大量临床试验结果表明通过α发射衰减后的子核素231Fr和213Bi对肾脏有亲和力,可能导致肾毒性[7]。这种反冲现象可以通过靶细胞内的快速吸收和内化、225Ac放射性结合物的局部给药或核素在纳米颗粒中的隔离来限制。1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四羧酸(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid,DOTA)已被充分证明可对许多金属三价离子有效络合,目前是225Ac最常见的配体。最近出现基于带有吡啶甲酸臂结构的新型螯合剂,如 macropa[8]、py4pa[9]和crown[10],在室温下均表现出有效的络合作用,并且在对抗竞争离子或血清中呈现稳定性。在与肽或抗体结合后,它们都表现出良好的体内稳定性,在肿瘤中的摄取率高,并在其他器官中的积累量少。

3 临床试验

3.1前列腺癌 前列腺特异性膜抗原(prostate-specific membrane antigen,PSMA)是一种在前列腺癌细胞中高度表达的Ⅱ型膜糖蛋白。其在前列腺癌中的高度表达与肿瘤的Gleason评分和疾病分期直接相关,是前列腺癌分子成像和放射治疗的绝佳靶标。225Ac -PSMA-617将225Ac与螯合剂DOTA络合,再连接到PSMA抑制剂,起到治疗前列腺癌的作用[11]。根据临床评估结果,在适当剂量情况下,患者的PSMA大幅降低,疗效显著[12]。目前,评估最佳剂量的Ⅰ期临床试验仍在进行中[13]。临床前研究发现,以DOTAGA代替DOTA作为螯合物可观察到更好的亲和力,更高的肿瘤摄取和更快的肾脏清除率[14]。对225Ac -PSMA-I&T进行的首次临床试验结果提示,225Ac -PSMA-I&T具有与225Ac -PSMA-617相当的抗肿瘤效果,耐受性中等,在177Lu-PSMA-617治疗失败后的患者中仍有显著疗效[15]。J591是一种针对PSMA的单克隆抗体,当前对225Ac-J591的临床研究有很多,主要包括最大耐受剂量、评估推荐剂量与剂量限制毒性相关研究。此外,还有一项与pembrolizumab联用的效果评价。

PSMA不是治疗前列腺癌的唯一靶点,雄激素受体上调也是治疗前列腺癌的有效途径。人激肽释放酶肽酶2(human kallikrein peptidase,hK2)对前列腺具有高度特异性,其表达受雄激素受体(androgen receptor,AR)控制,AR是前列腺癌的核心致癌因素,也是癌症DNA修复的关键调节因子。靶向hK2的人源化单克隆抗体hu11B6可将225Ac送至癌细胞,破坏癌细胞DNA,从而诱导AR释放,上调体内hK2表达,形成一种有效的前馈机制,达到抗前列腺癌的效果[16]。该机制已在动物实验中得到证实[17]。目前一项评估JNJ-69086420在人体中的安全性与有效性的Ⅰ期临床试验正在进行中。

3.2血液系统恶性肿瘤 急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)是一种血液系统恶性肿瘤,其免疫治疗靶点主要是AML细胞表面的CD33与CD123。90%AML患者白血病细胞表达CD33,而造血干细胞不表达或表达弱。CD123又称白细胞介素3受体,是细胞膜上的一种糖蛋白。体外研究证实,在AML患者的白血病细胞中检测到CD123高表达,但在正常的造血干细胞中较少或不表达[18]。因此,CD33与CD123成为抗体依赖药物治疗AML的热门靶点。Lintuzumab(或HuM195)是一种人源化单克隆抗体,已成为一种具有高亲和力且无特异性免疫原性的靶向CD33载体,且生产工艺日渐成熟。2006年,针对225Ac-lintuzumab进行的首次Ⅰ期剂量递增试验结果显示:225Ac-lintuzumab 在所有剂量水平均具有抗白血病活性,骨髓抑制为最常见的不良反应,最大耐受剂量被确定为111 kBq·kg-1,证实225Ac-lintuzumab在AML治疗中的有效性[19]。ROSENBLAT等[20]再次进行研究,结果显示:63%患者外周血癌细胞被消除,67%患者骨髓癌细胞减少>33%;225Ac-lintuzumab用于人体的安全剂量为111 kBq·kg-1,所有剂量水平均有抗白血病的活性,与前人的研究结果基本一致。在此基础上,更多相关临床试验正在开展,包括与阿糖胞苷、venetoclax和CLAG-M(克拉屈滨、阿糖胞苷、粒细胞集落刺激因子、米托蒽醌)化疗方案联用的有效性与最佳剂量等相关研究。

多发性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)也是血液系统恶性肿瘤的一种,CD38在淋巴细胞、骨髓细胞及无造血功能的组织细胞中均有表达,在MM细胞膜上呈现过表达,具有多种生物学功能,是治疗MM的理想靶标。Daratumumab是重组人源 CD38蛋白免疫人源化转基因小鼠后,通过杂交瘤技术获得的一种人源化CD38 IgG1单克隆抗体,能够直接靶向骨髓中的骨髓瘤细胞。2021年,MINNIX等[21]比较177Lu与225Ac标记的daratumumab,并进行数学建模以量化放射生物学效应。最终研究结果表明,靶向α疗法可达到最大生物剂量,且225Ac在延缓肿瘤生长和降低全身毒性方面优于177Lu。此外,20%～35% 的MM患者在多发性骨髓瘤质细胞上发现CD33抗原表达,因此,225Ac-lintuzumab也被用于多发性骨髓瘤的治疗研究,目前针对最大剂量与不良反应的Ⅰ期临床试验正在进行中[22]。

3.3其他类型肿瘤 成纤维细胞活化蛋白(fibroblast activation protein,FAP)可促进肿瘤的生长和进展,在许多人类上皮癌的相关成纤维细胞中过度表达。同时FAP在正常器官中的低表达,使其成为一个很好的治疗靶点。因此,225Ac-FAPI-04可用于FAP表达的胰腺癌的治疗。WATABE等[23]将225Ac-FAPI-04(34 kBq)注射到人胰腺癌异种移植小鼠中进行放射配体治疗,监测肿瘤大小。与对照组比较,225Ac-FAPI-04注射液对小鼠的肿瘤生长具有明显的抑制作用。因此,以FAP为靶点的α核素治疗是有效的,225Ac-FAPI-04有望成为治疗FAP表达胰腺癌的新策略。

225Ac-FPI-1434是一种靶向α放射性免疫治疗剂,由225Ac、Ⅰ型胰岛素样生长因子-1受体(IGF-1R)靶向人源化单克隆抗体FPI-1175,以及一种双功能螯合物组成。具有识别IGF-1R的特性,IGF-1R是一种在乳腺癌、前列腺癌或非小细胞肺癌等实体瘤中过度表达的酪氨酸激酶受体。目前正在进行一项I期试验,旨在确定225Ac-FPI-1434在晚期实体瘤患者中的耐受性、药动学和治疗效果。

神经内分泌肿瘤的特征是使产生激素的细胞异常增殖,可能发生在胃肠道、胰腺或肺部等特殊部位。与健康组织比较,这些肿瘤过度表达生长抑素受体,是肽受体放射性核素治疗的一个重要生物标志物。2020年BALLAL等[24]报道了225Ac-DOTA-TATE靶向α疗法治疗转移性胃肠胰腺神经内分泌肿瘤的首次临床试验的前期观察成果,82%患者出现不同程度的缓解,仅1例患者出现3级不良反应。初步证实225Ac-DOTA-TATE具备一定有效性和安全性,但仍需扩大样本量并维持随访,以便进一步评估该药的有效性和安全性。

多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)是一种恶性脑肿瘤,尽管可以通过手术联合放化疗进行治疗,但预后不佳。神经肽物质P(substance P,SP)是神经激肽-1受体的生理配体,在胶质母细胞瘤细胞中高度表达。因此,SP成为靶向α治疗的潜在配体。研究人员将225Ac-DOTA-SP在人胶质母细胞瘤细胞系以及GBM干细胞上进行研究,结果显示:225Ac-DOTA-SP可诱导晚期肿瘤细胞凋亡,是一种有希望用于治疗GBM的化合物。

FZD10是Frizzled家族的跨膜蛋白,在大多数滑膜肉瘤(synovial sarcoma,SS)中过表达,而在除胎盘外的正常成人组织中不存在或非常低,因此有望成为SS的治疗靶点。早年间就曾有研究人员报道90Y标记的OTSA101抗体在SYO-1滑膜肉瘤小鼠模型中显示出强烈的抗肿瘤作用,且没有明显的毒性。2022年,SUDO等[25]评估225Ac标记OTSA101抗体的治疗潜力,结果显示在滑膜肉瘤小鼠模型SYO-1中,225Ac标记的OTSA101为肿瘤提供较高的生物有效剂量,并实现60%的完全缓解。安全性方面,除暂时性体质量减轻外,未观察到与治疗相关的死亡率或明显毒性。表明225Ac标记的OTSA101放射性免疫治疗是一种有前途的滑膜肉瘤治疗方案。

卵巢癌致死率居女性生殖系统肿瘤的首位。在卵巢癌的肿瘤相关抗原中,TAG-72在88%的各阶段卵巢癌中表达,是靶向治疗的希望靶点。2021年,MINNIX等[26]用225Ac标记DOTAylated-huCC49抗体,以靶向卵巢癌小鼠模型中的TAG-72阳性异种移植物。结果表明该种免疫疗法以剂量依赖性方式显著延缓肿瘤生长,且采用多剂量方案给药,可降低全身毒性。

国外正在进行或已完成的225Ac相关临床试验汇总见表2,笔者未找到国内225AC的相关临床试验登记信息。

表2 正在进行或已完成的临床试验

4 总结与展望

经过几十年的研究,α核素在肿瘤治疗领域的特殊地位已被证实。225Ac作为最有潜力的核素之一,受到了广泛关注。当前该研究领域发展主要呈现以下特点。①225Ac获取来源:225Ac形成途径较多,但仍需寻求更经济迅速,且能够实现大规模生产的最优路线;②螯合物和生物结合物:合适的螯合物与生物结合物对实现225Ac的靶向性至关重要,目前研究人员正在开发更有优势的化合物配体,以扩大225Ac药物治疗领域,使其针对不同肿瘤均具有抗癌作用。2021 年 6月 24 日八部委发布《医用同位素中长期发展规划(2021—2035 年)》,对医用同位素的研制生产、医保政策、产业布局等重要方面作出部署。明确了放射药物产业的战略定位,从国家层面上引导实施政策配套,为产业发展提供强大制度保障。

药品上市初期常会在安全性评价上存在局限性,在不良事件的发生率及其因果关系上易出现纰漏。因此,在各类225Ac靶向治疗药物上市后,需要临床药师权衡利弊,制定合理的药物治疗方案,进行药物不良反应监测和上报。通过真实世界药物评价为临床试验结果作出补充[27]。同时,未来还应该充分利用医药数据源,开展225Ac靶向治疗药物有关流行病学方面的研究,挖掘其医疗价值,提高临床数据的利用度,更好地为临床医生、临床药师及患者服务[28-29]。

致谢:感谢沈阳药科大学药物流行病与临床药物评价课题组张灵健、孟彤、贾敏、沈智文、王俊彦、陈明珠、王树月、张兴会在本文立题过程中的支持与帮助!