免疫成像技术、策略及在免疫治疗中的应用

李周雷 张祥松

免疫疗法是使用病人自身的免疫细胞寻找并摧毁恶性疾病的治疗方法。靶向用于免疫治疗的细胞或小分子的显像方法会提供对免疫疗法的有效及失效机制的特异性信息。

免疫显像战略

过去十年中免疫成像的重点从对癌症和特定疾病转向针对患者基本免疫系统的精准化、个体化，使免疫成像技术迅速发展起来，这种范式转变的原因是传统成像方法未能准确监测和预测病人对免疫疗法的反应［1］。表1 和表2 通过列举了用于对免疫系统进行成像的制剂，总结了目前部分免疫成像主要工具的状态。将免疫成像技术分为两类：针对内源性免疫细胞生物标志物（图1）的探针及直接和间接的免疫细胞标记法（表 1、2，图 1、2）。

图1 针对内源性免疫细胞生物标志物成像原理

图2 直接免疫细胞标记法原理

图3 间接免疫细胞标记法原理

内源性免疫细胞生物标志物的探针

这种影像探针通过结合或选择性地被内源性免疫分子或免疫细胞所利用，免疫靶点多种多样，其中许多被免疫学家归类为分化抗原簇（CD）标记。CD 标记的表达在空间和时间上都具有异质性，这些标记定义了免疫细胞表型。CD 标记可用于识别从一般免疫细胞类别（如CD3 阳性 T 细胞）到特定细胞类型（如 CD3 阳性、CD4 阳性、FoxP3 阳性调节性T 细胞）及免疫细胞的状态（如 CD3 阳性、CD4 阳性、CD25 阳性，CD279-高，FOXP3 阳性激活调节T 细胞）。除了这些CD 标记，某些代谢途径也在免疫细胞中也存在选择性上调。例如脱氧鸟苷激酶和脱氧核糖核酸激酶的表达，在具有活性的T 细胞中都有上调现象。免疫生物标志物的鉴定和选择是一个重要的研究领域，由于这些免疫标记物的自然存在，为内源性免疫细胞生物标志物的探针提供了一种相对直接的免疫成像方法。

免疫细胞标记法

直接标记的免疫细胞的现象方法，首先从患者体内分离，用成像剂在体外孵育，然后传回之前的患者体内进行显像。以这种方式监测免疫细胞，包括T 细胞、B 细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞、巨噬细胞、单核细胞和造血干细胞在体内的行踪。虽然这种策略能够简单和特异性的标记感兴趣的免疫细胞，但它仍存在缺陷。首先，显像剂对细胞功能有直接影响。例如，用PET 或MRI 跟踪细胞的氧化铝和铁氧体，会导致细胞毒性。此外，由于细胞分裂期间对探针产生代谢或稀释，随着时间的推移，灵敏度会下降。

免疫细胞间接标记法克服了与直接贴标相关的许多缺陷，间接标记策略包括病毒转导或将报告基因转录到感兴趣的免疫细胞中，报告基因可以是从荧光素酶（例如萤火虫用来产生其特有的生物发光发光的酶）到编码人体中不常见的酶的病毒基因的任何基因。此外，报告基因具有启动子，只有在免疫细胞被激活时，这些启动子才会被激活并使目标基因表达，从而揭示免疫细胞的位置、生存能力和激活状态［2］。虽然间接标记技术理论上可以在体内进行，非特异性的缺陷及对人类病毒基因的编辑限制了其应用，目前仅限于体外免疫显像［1］。

表1 内源性免疫细胞生物标志物的探针

表2 免疫细胞标记法

免疫显像在免疫治疗中的应用

1.免疫检查点阻断

免疫检查点阻断是免疫治疗策略的热点之一，适用于恶性肿瘤治疗。在正常生理条件下，所谓的免疫检查点有助于防止免疫系统错误的攻击健康组织。不幸的是，癌症可以调节免疫检查点分子，从而逃避免疫检测和攻击。用治疗药物阻断这些免疫抑制信号通路，对免疫检查点进行阻断，从而对抗肿瘤免疫反应进行阻滞。许多临床试验正在进行中，美国食品和药物管理局已经批准了针对几种免疫检查点分子的药物： CTLA-4、PD-1 和 PD-L1（3）尽管免疫检查点阻断疗效不错，但只适于部分患者。

目前，正在开发几种预测最有可能对免疫检查点阻断疗法做出反应的患者的影像工具。例如，Heskamp 等开发了一种111In 标记的单克隆抗体，用于人类PD-L1 表达的小鼠 SPECT/CT 成像［4］。Rashidian 等［5］研发了89Zr 标记的PEGylated 单域抗体片段以CD8 位标靶的免疫成像，跟踪T 细胞在体内的行踪。

2.嵌合抗原受体 T 细胞（CAR-Ts）治疗

CAR-Ts 是一种个性化的治疗方法，T 细胞从患者身上分离，并在重新引入患者之前进行基因编辑，以表达嵌合抗原受体。嵌合抗原受体可结合各种肿瘤相关抗原，新一代的CAR-Ts 将胞外结合域与胞内膜特性物质结合，提高了治疗特异性和疗效。到目前为止，CAR-Ts 在治疗血液恶性肿瘤方面取得了巨大成功，也一直努力在实体肿瘤治疗中尝试。然而，CAR-Ts 疗法也存在严重的不良反应，包括细胞因子释放综合征、神经毒性作用等，在某些情况下，甚至导致死亡［6］。

报告者基因成像策略适合CAR-Ts 治疗，因为细胞本来需要从患者身上取出并进行基因编辑，这时就可将探针一并装配上。最近，Keu 等展示了 CAR-Ts 的基因成像在胶质细胞瘤患者中应用的成果［7,8］。在这项研究中，使用嵌合抗原受体 IL-13 的 T 细胞靶向 IL-13 阳性肿瘤，并将HSV1-tk 作为治疗和成像双效基因。18F-氟-3-羟基丁基鸟氨酸PET 成像用于监测多个复发性高等级胶质瘤患者中CAR-Ts 的运输、存活和增殖。尽管免疫成像仍面临许多挑战，包括严格的食品和药物管理局法规限制等，但受体成像可通过指示T 淋巴细胞在人体内的生物学行为与患者存活率之间的关系，指导CAR-Ts 疗法在实体肿瘤治疗中的发展和应用。

免疫成像的未来发展

免疫成像在免疫治疗药物开发过程中发挥重要作用，有助于简化免疫治疗的临床转化。在免疫疗法的临床前测评中，成像技术有助于优化治疗策略。与许多以生存率为终点的临床前药物研究相比，免疫成像可具体指示治疗响应和失败的机制。在药物的临床试验过程中，免疫成像有助于入选合适的患者进行治疗，从而改进试验设计，并获得优化、精确结果。PET 免疫成像甚至可以对受体目标的表达进行定量评估，不仅提供患者与治疗结果的相关信息，还可以提供给药量的相关信息。