前列腺特异性膜抗原靶向分子探针在前列腺癌诊断及治疗中的应用

韩雪迪（综述）　李　囡　林新峰　杨　志（审校）

前列腺特异性膜抗原靶向分子探针在前列腺癌诊断及治疗中的应用

韩雪迪（综述）李囡林新峰杨志（审校）

前列腺肿瘤；前列腺特异抗原；分子探针；正电子发射断层显像术；体层摄影术，发射型计算机，单光子；体层摄影术，X线计算机；综述

前列腺癌是美国新发病例最多的肿瘤，死亡率仅次于肺癌居第2位[1]。2015年，Qi等[2]对中国上海市的前列腺癌发生率与死亡率的报道表明，前列腺癌已成为严重威胁老年男性健康的重大公共卫生问题之一，其发病率和死亡率在40年间已从第17位分别增长至第4位和第6位。目前用于诊断前列腺癌的基本方法有直肠指检、经直肠超声和血清前列腺特异性抗原（prostate-specific antigen，PSA）检测，但漏诊率较高，而CT、MRI[3]等普通影像学方法诊断前列腺癌缺乏特异性。前列腺特异性膜抗原（prostate specific membrane antigen，PSMA）作为新的肿瘤标志物，特异性地高表达于前列腺癌上皮细胞，成为显像和治疗中新的重要靶点。对PSMA特异性结合分子进行放射性核素标记后可进行核医学显像和治疗，其中许多靶向PSMA分子探针经临床I期和II期试验证实可应用于临床。PSMA特异性分子探针有放射性核素标记的抗体及其片段、小分子物质、RNA单链寡核苷酸、聚合物等，本文就已证实可进行临床应用的前两种分子探针的显像情况进行综述，分析其成像效果、诊断灵敏性与特异性，为前列腺癌的分期提供依据，并指导临床诊断和选择治疗方法。

1　PSMA靶向分子探针用于前列腺癌的显像

早期前列腺癌患者无明显症状，临床诊断困难，只有当肿瘤侵犯或阻塞尿道、膀胱颈部时才会出现类似尿路刺激症状和梗阻症状。患者多经直肠指检及血清PSA水平检测发现，绝大部分经前列腺穿刺活检确诊，少部分患者在经尿道前列腺切除术后病理检查时偶然发现。目前诊断前列腺癌应用最广泛的是血清PSA水平检测。

PSA是含237个氨基酸残基的单链糖蛋白，分子量约为34 kD存在于前列腺上皮细胞中。正常情况下，血清中的PSA浓度为0～4.0 ng/ml，前列腺癌细胞会破坏前列腺包膜，PSA直接入血导致血中浓度增高。2013版欧洲泌尿协会前列腺癌指南[4]中虽未对良恶性前列腺癌血清PSA水平界值进行明确规定，但目前多以4.0 ng/ml作为良恶性前列腺癌的诊断界值，并将其作为前列腺癌转归随访的重要指标。PSA水平越高，患前列腺癌的风险越大，但即使低水平PSA也有发生前列腺癌的可能，PSA为0.6～1.0 ng/ml时患病率高达10.1%，PSA为0～0.5 ng/ml时患病率为6.6%。此外，PSA水平增高并非前列腺癌的特有标志，良性前列腺增生和局限性前列腺癌的PSA水平在4.0～10.0 ng/ml之间常有交叉，感染和增生病变时血中PSA浓度也会有不同程度的升高，这使得PSA在临床诊断中的敏感性和特异性受到影响。

与PSA不同，PSMA在前列腺癌上皮细胞中高特异性表达，小肠、新生血管虽有低水平表达，但仅为前列腺癌水平的1/1000～1/100[5]。此外，PSMA免疫染色结果显示不同前列腺上皮组织表达水平并不一致，良性前列腺组织、高分化前列腺内皮瘤、前列腺癌细胞的染色阳性比例分别为69.5%、77.9%、80.2%；而PSA染色结果显示前列腺癌细胞染色阳性比例较良性前列腺组织低7%[6]。PSMA在癌组织的特异性高表达使之成为前列腺癌诊断的重要靶点。

1.1鼠源性和人源性单克隆抗体及其片段PSMA 是一种II型跨膜糖蛋白，膜内段含有19个氨基酸，跨膜段含有24个氨基酸，膜外段含有707个氨基酸，膜内段和膜外段含有多个表位，可以与多种单克隆抗体（简称单抗）结合。鼠源性单抗7E11-C5.3（CYT-356）可与PSMA内部位点特异性结合，111In-CYT-356（ProstaScint®）被美国食品药品卫生监管局（Food and Drug Administration，FDA）批准，并已商业化生产用于前列腺癌分期及治疗效果的监测。对于有高转移风险的前列腺癌术前评估，诊断敏感度（62%）和阴性预测值（72%）均高于CT和MRI。由于CYT-356分子探针与PSMA内部位点相结合，只有死细胞才可与探针结合进行显像，故显像结果并非完全可靠。

单克隆抗体J591与PSMA外部位点结合，克服了仅可对死细胞显像的局限，对软组织转移和骨转移部位也可显像，作为第一个人源化单抗，将人抗鼠抗体反应降至最低。流式细胞术显示J591与PSMA阳性细胞结合，而不与PSMA阴性细胞结合[7]。131I标记J591与PSMA高特异性结合，在体外细胞实验中，PSMA阳性肿瘤异种移植瘤的放射性摄取为PSMA阴性异种移植瘤的20倍以上[8]。111In、177Lu标记J591进行SPECT/CT显像性质较好，骨转移和软组织转移病灶的检出率达87%，首次对53例病例进行的临床I期试验[9]发现，7例骨扫描未见转移病灶的病例中，3例在111In-DOTA-J591显像中发现骨转移和软组织病灶，且被CT、MRI结果证实。177Lu可发射出γ射线和β射线，因此177Lu标记J591单抗还可用于临床治疗。89Zr-DFO-huJ591（89Zr-J591）进行PET/ CT成像对骨转移病灶有较高的诊断准确度，经病理“金标准”验证，诊断真阳性率高达95%，对50例去势抵抗型前列腺癌（castration resistant prostate cancer，CRPC）患者进行II期临床前瞻性分析，89Zr-J591可发现包括骨扫描、CT、18F-FDG等影像学方法均不能发现的189个病灶，有望成为测定其他探针靶向有效性的“金标准”。然而，由于该抗体分子量较大，血液清除速度较慢，理想显像时间较长，需在药物注射6～8 d后进行图像采集[10]，影响了其临床应用前景。

与单抗分子不同，由于单抗片段分子量较小，更易渗透至实体瘤，血液清除较快，成像时肿瘤与非肿瘤部位对比明显。从鼠源性单抗D2B得到单链可变区抗体片段（scFv）即scFvD2B，人抗鼠抗体反应较低，且不会大量聚合成二聚体，稳定性很好，131I和111In放射性标记前后在血清及酸性环境下均较稳定。在体外可与PSMA阳性肿瘤细胞高亲和力结合，并能在荷瘤动物模型中靶向定位前列腺癌，加上放射性标记的标记率高且放化纯高（99.2%），无需进一步纯化，故可以制成药盒广泛应用[11]。

1.2小分子物质以MIP-1072[(S)-2-(3-((S)-1-carboxy-5-(4-iodobenzylamino)pentyl)ureido)pentanedioic acid]和MIP-1095[(S)-2-(3-((S)-1-carboxy-5-(3-(4-iodophenyl)ureido)pentyl) ureido)pentanedioic acid]为代表的碘修饰的小分子谷氨酸-尿素-赖氨酸基团在组织中渗透性更强，血液清除更快，因此本底信号较低。MIP-1072和MIP-1095均与PSMA的胞外酶域高亲和性结合，对转移性去势抵抗型前列腺癌（metastatic castration resistant prostate cancer，mCRPC）SPECT显像效果良好，在7例mCRPC患者的I期临床试验中[12]，123I-MIP-1072和123I-MIP-1095均在注射0.5～1.0 h后即可见淋巴结、骨骼的放射性浓聚，4 h时可清楚显示前列腺癌原发病灶，由于123I-MIP-1072与123I-MIP-1095相比血液清除较快，药物注射48 h后仅有30%剩余，因此同时在健康受试者中进行123I-MIP-1072显像，结果表明前列腺癌患者的前列腺放射性摄取明显高于健康受试者，进一步验证了123I-MIP-1072在前列腺癌诊断中的应用价值（图1）。此外，若用131I代替123I与小分子基团相连，则可用于治疗。

早期前列腺癌通过前列腺癌根治切除术或放射治疗治愈率较高，而当累及邻近的精囊和发生淋巴结、骨等远处转移时，通过放射治疗、激素治疗及化学治疗产生的副作用较大，且癌症易复发。目前复发性前列腺癌主要通过血清PSA水平进行监测，若能对复发性前列腺癌进行早期诊断，则可尽早进行治疗，减少因诊断延误发生病灶转移的可能性。68Ga-PSMA（68Ga-HBED-CC-Glu-NH-CO-NH-Lys）自2011年合成以来，成为复发性前列腺癌诊断中有巨大应用前景的靶向探针。Afshar-Oromieh等[13]对319例进行68Ga-PSMA PET/CT显像的复发性前列腺癌患者进行回顾性分析，发现以病灶数统计，诊断敏感度、特异度、阴性预测值、阳性预测值分别为76.6%、100%、91.4%、100%。Eiber等[14]报道68Ga-PSMA PET/CT对PSA＞1 ng/ml患者的检出率均在90%以上，对PSA较低（0.2～0.5 ng/ml）的前列腺癌也有很高的检出率（57.9%）。

图1　123I-MIP-1072和123I-MIP-1095 SPECT/CT显像。A.前列腺癌患者注射370 MBq（10 mCi）123I-MIP-1072 4 h显像结果；B.前列腺癌患者注射同样剂量123I-MIP-1095 4 h的显像结果；C.对健康受试者注射同样剂量123I-MIP-1072显像结果。图片从左到右依次为横截面、冠状面、矢状面4 h的SPECT/CT显像图。A、B图可见上述两种分子探针在患者前列腺腺体的放射性高摄取，而C图健康受试者未见前列腺腺体明显的放射性摄取（前列腺癌患者均经影像学确诊）Bladder：膀胱；Prostate：前列腺；Rectum：直肠。图片摘自参考文献[12]

1.3双特异性靶向探针由于84%～100%的前列腺癌为PSMA阳性，仍存在一部分前列腺癌会因PSMA阴性而漏诊。为将诊断假阴性率降至最低，需要开发特异性更广泛的探针。胃泌素释放肽受体（gastrin releasing peptide receptor，GRPR）在恶性肿瘤细胞中的表达明显高于良性细胞，在大部分转移淋巴结中高表达，在骨转移病灶中表达率也高达52.9%[15]。此外，GRPR在早期肿瘤中表达水平更高，而PSMA在晚期和低分化肿瘤中表达水平更高，故两者结合可以提高诊断和治疗的准确性，在临床上有很大的应用潜能。Eder等[16]研究显示，双特异性靶向小分子探针68Ga-Glu-urea-Lys(Ahx)-HBEDCC-BZH3，可以同时与PSMA和GRPR特异性结合，提高诊断特异度和治疗准确度，且药物动力学特性较好，有很大的应用前景。

2　PSMA靶向分子探针用于前列腺癌的治疗

前列腺癌的放射免疫治疗一直是研究热点，前列腺癌为放疗敏感性肿瘤，且因为PSMA抗原特异性强，正常组织因无PSMA表达或仅有少量PSMA表达（肾近端小管管腔、小肠刷状缘），使得其在放射免疫治疗中并不会受到辐射或仅受到少量辐射。目前用于前列腺癌放射免疫治疗的核素主要包括传统治疗核素131I、90Y及新型治疗核素177Lu。

2.1传统放射性核素靶向治疗90Y标记的J591抗体由于单次最大耐受剂量较低，且多次重复给药后造成毒副作用较大，目前在临床上较难广泛应用[17]。既往研究选取进行131I-MIP-1072、131I-MIP-1095治疗的28例mCRPC病例，发现治疗效果较好，安全性和有效性均较高，未发现肾脏功能明显改变，且骨髓抑制多在6周内恢复[16-18]。此外，Kiess等[19]报道的125I-DCIBzL在体内与PSMA高特异性结合，由于125I高线性的能量传递及短距离辐射（＜10 μm），有望成为微小转移病灶治疗的有效方法。

2.2新型放射性核素靶向治疗Tagawa等[20]的一项多中心II期临床试验对47例经激素治疗后病情仍进展的前列腺癌患者进行177Lu-J591治疗，该药物可靶向结合93.6%的病灶，治疗后59.6%的患者PSA水平降低、生存时间延长（P=0.01）。尽管治疗会产生骨髓抑制作用，但为可逆性，几乎均可恢复至正常水平。Vallabhajosula等[21]对2000年10月以后的5个I期和II期临床试验进行回顾性分析，结果同样证实了177Lu-J591的临床应用价值，其可对90%以上患者的转移病灶进行显像，且在最大耐受剂量范围内，60%的进展期mCRPC患者PSA水平显著降低，同时骨髓损伤水平较低，进一步证明了放射免疫治疗在前列腺癌中的潜在应用价值。

Weineisen等[22]的研究构建68Ga/177Lu标记PSMA诊疗一体化分子探针（68Ga/177Lu-PSMA I&T），即同一PSMA靶向分子68Ga标记可用于显像，177Lu标记则可用于治疗，从而减少显像和治疗中选用不同靶向分子的问题。在68Ga-PSMA I&T显像中发现骨转移病灶、转移淋巴结与周围组织对比明显，而且应用177Lu-PSMA I&T进行腔内放射免疫治疗有效性高，未发现副作用，因此68Ga/177Lu-PSMA诊疗一体化分子探针具有对转移性前列腺癌进行诊断和治疗的潜能，但是否可切实应用于临床，仍需大样本前瞻性研究的支持。

3　结束语

PSMA作为前列腺癌特异性生物标志物和治疗靶点，其靶向分子探针在不断地发展与创新。第一代单抗ProstaScint最早被FDA批准用于临床，第二代单抗89Zr-Df-IAB2M已经被FDA批准进行并已完成II期临床试验，有望广泛应用于临床[23]。小分子物质尤其是68Ga-PSMA对复发性前列腺癌分期准确，可以很好地指导治疗，123I-MIP-1072临床I期试验证实其成像效果好，且肾脏和肝脏毒性较低，可用于化学治疗后的疗效监测。双特异性分子探针表现出独特的优势，可以大大提高显像的灵敏度与特异度，降低假阴性率，提高治疗效果。前列腺癌放射免疫治疗中177Lu因其同时兼顾显像和治疗，表现出极大的应用潜能。随着靶向治疗精确化要求的不断提高，射线作用范围较小的125I表现出在微小病灶治疗中的优势。总之，PSMA靶向显像和治疗分子探针在前列腺癌诊断和治疗中有很大的应用潜能，有越来越多的药物已经或即将应用于临床。

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（本文编辑张春辉）

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.10.021

R737.25；R730.42

国家自然科学基金项目（81371592）。

北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所核医学科，恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室北京100142

杨志E-mail: pekyz@163.com

2016-03-20

2016-06-01