多肽探针在肿瘤成像中的研究进展

郭玲 综述 苏亚娟 审校

据统计，2020年全球肿瘤新增发病人数约1 930万，死亡人数1 000万[1]，严重威胁着人类的生命健康。肿瘤的早期诊断是提高治愈率的关键，而肿瘤的大小、浸润程度、转移部位都离不开成像诊断。成像诊断不仅具有可重复性和无创伤性等众多优点，还为疾病的诊断和治疗提供了精准化信息[2]。近年来，多肽已成功应用于肿瘤防治的多个方面，如肽疫苗、药物递送和作为新型治疗药物等[3-4]。在肿瘤诊断和治疗探针方面，与癌细胞表面特异性受体结合的多肽也得到了广泛开发[5]。因此，我们总结了多肽在成像中的优势、修饰方法以及一些能与肿瘤相关受体特异性结合的多肽探针，并讨论了它们在肿瘤诊断或治疗中的潜力。

1 多肽探针在肿瘤成像中的优势

适合临床使用的成像探针应满足一定的要求，如具有良好的靶向性、足够长的半衰期、在体内稳定、无毒副作用、清除能力强等。作为诊断系统的工具，多肽、抗体和小分子等都可以作为特异性分子探针，在这些候选物中抗体的亲和力和特异性最强，但近年来多肽在肿瘤成像中的应用和开发远远多于单克隆抗体[6]。多肽与单克隆抗体相比具有几个优势：(1)多肽分子量小，可以被迅速摄取并保留在靶组织中，同时大部分经肾脏排泄并有快速的血浆清除；(2)易于合成，表现出低免疫原性；(3)多肽不受单克隆抗体两个主要限制的影响：肿瘤体积大导致递送不佳和网状内皮系统非特异性摄取导致的全身毒性[7]。此外，多肽可通过固相肽合成方法(SPPS)进行定制，并且获得的肽链还可以被功能化，如利用氨基酸的侧链官能团偶联螯合剂用于特异性靶向。

2 多肽探针在肿瘤成像中的修饰策略

尽管多肽探针对肿瘤细胞表现出特异性靶向能力和理想的药代动力学，但很少直接用于体内成像，这是因为天然的多肽在体内容易被蛋白酶降解，具有不稳定性等。因此，为了使多肽探针具有更高的肿瘤显像效果，如高稳定性、高亲和性和更好的药代动力学效应，就必须对多肽进行化学修饰[8]，如：(1)氨基酸的替换：体内肽酶只识别L型氨基酸，通过替换某几个氨基酸或引入D型氨基酸可以提高多肽探针在体内的半衰期，增强稳定性[9]；(2)环化：除了引入非天然氨基酸增强稳定性，还可以通过在两个半胱氨酸之间形成二硫键，得到环肽，防止蛋白酶的水解[10]；(3)多聚化：可以是同源多聚化也可以是异源多聚化，将单体偶联形成二聚体、四聚体、八聚体等，从而提高靶标亲和力[11]。这些修饰策略也通常是其临床应用转化所必需的。

3 基于多肽探针的肿瘤成像

3.1 基于RGD肽探针的肿瘤成像

整合素家族在肿瘤血管生成过程中发挥重要作用，它介导的细胞黏附和信号传导的失调是许多疾病的发病基础[12]。avβ3作为整合素家族的代表，在正常血管中低表达而在包括肺癌、乳腺癌、骨肉瘤、黑色素瘤和神经母细胞瘤等实体瘤中过表达[11]，是成像的主要靶点。RGD(Arg-Gly-Asp)肽识别肿瘤血管内皮细胞高表达的V5和V3整合素，并与之特异性结合。据报道，一些基于RGD肽的显像剂已成功应用到临床中。18F-Galacto-RGD是首个用于临床患者的显像剂，由环肽c(RGDfK)与糖氨基酸偶联设计而成，其加入糖氨基酸后降低了亲脂性和肝脏摄取，同时对avβ3阳性肿瘤显示出受体特异性蓄积[13]。Beer等[14]在恶性黑色素瘤、肉瘤和骨转移患者中评价了该显像剂，发现具有良好的耐受性及体内分布，注射60 min后获得最佳的肿瘤/背景对比。研究发现，18F-Galacto-RGD在原发性乳腺癌检测中表现良好(SUV：1.4～8.7)，但在淋巴结分期或远处转移中未显示足够的灵敏度[15]。此外，在非小细胞肺癌、直肠癌和肾细胞癌中比较18F-FDG和18F-Galacto-RGD探针对原发灶与转移灶的检测灵敏度时，也发现18F-Galacto-RGD不足以用于临床常规的N或M分期[16]。然而，值得注意的是，对18F-FDG摄取低或中等的肿瘤(如前列腺癌或类癌)，靶向avβ3整合素表达成像的18F-Galacto-RGD在病灶识别和肿瘤分期方面可能比18F-FDG产生更好的结果。此外，RGD肽不会在正常大脑中蓄积，因此从胶质瘤检测的高灵敏度和特异性角度出发，基于RGD肽的显像剂无疑是更好的选择[17]。

为了进一步提高RGD肽配体的结合亲和力和肿瘤摄取引入了多聚体形式。目前RGD二聚体是最成功的，18F-FPPRGD2是食品药品监督管理局批准的第一种二聚体RGD，Minamimoto等[18]研究发现其高分布在膀胱和肾脏，在脑部与18F-FDG相比具有更高的肿瘤/背景比(13.4±8.5vs.1.1±0.5)。此外，在8例乳腺癌患者中18F-FPPRGD2检测显示出原发病灶和转移灶摄取，并表现出特异性，同时与PET图像上观察到18F-FDG检测的3个假阳性结果(1个炎性肺结节，1个炎性腋窝淋巴结和既往化疗端口部位的一个皮下结节)相比18F-FPPRGD2成像未见假阳性表现[19]。

3.2 基于NGR肽探针的肿瘤成像

氨肽酶N(APN/CD13)是一种膜蛋白，也是肿瘤血管生成标志物，它促进细胞外基质的降解，有利于肿瘤组织的增殖和转移，已被认为是抗癌治疗的有效靶点[20]。NGR(Asn-Gly-Arg)肽能特异性识别肿瘤血管中的CD13受体。有研究显示，NGR肽被放射性标记后对CD13表达阳性的肿瘤展现出良好的成像潜力。Kis等[21]研究了68Ga标记的NGR肽衍生物检测CD13阳性肿瘤的可行性。PET/MRI成像显示68Ga-NOTA-c(NGR)在肝细胞癌和中胚层肾癌肿瘤模型中表现出高吸收率，并通过免疫组织化学方法证实NGR与CD13受体的强结合亲和力。与RGD肽一样，NGR二聚体形式提高了肿瘤摄取和靶标亲和力，Israel等[22]合成68Ga-NODAGA-NGR探针和68Ga-NOTA-(NGR)2探针，在肺癌的体内外研究中发现NGR二聚体要比单体具有更高的肿瘤/肌肉比(5.3±2.0vs.4.2±1.2)。此外，在卵巢癌小鼠中68Ga-DOTA-c(NGR)2显像剂表现出卵巢癌ES2细胞的特异性靶向、快速的血液清除和肾脏排泄，同时在注射60 min后产生高肿瘤/背景比(10.30±0.26)[23]。值得注意的是，NGR肽的天冬酰胺倾向于自发脱酰胺分解成天冬氨酸(Asp)和异天冬氨酸(isoAsp)衍生物，从而将NGR转化为DGR和isoDGR，这一变化会导致NGR丧失与CD13结合亲和力但也获得了与avβ3整合素结合的能力[24]。利用这一特性可以应用于双重靶向策略(均可到达CD13和整合素受体)，但这种双重靶向方法是否比单独或混合应用NGR和RGD肽有优势，还需要进一步的研究。

3.3 基于BBN肽探针的肿瘤成像

蛙皮素(BBNs)/胃泌素释放肽(GRP)是在神经系统、胃肠道和呼吸系统中发挥重要作用的胃肠激素，同时对肿瘤细胞的增殖、转移起到促进作用。其相应受体(BN2R/GRPR)过表达于多种肿瘤细胞表面[25]，特别是乳腺癌和前列腺癌，是肿瘤检测和治疗的潜在分子靶点。据报道，放射性标记的BBN肽类似物对原发性前列腺癌和转移性淋巴结的检测表现出良好的灵敏度，分别为88%和70%[26]。此外，相对于在复发性前列腺癌及18F-ECH阴性或不确定的患者群体中，靶向胃泌素释放肽受体也是一种有前景的诊断方法，Wieser等[27]研究发现在18F-ECH对淋巴结和骨转移灶结果不确定的两名患者中68Ga-RM2(胃泌素释放肽探针)显示出明显的阳性结果，并通过组织学证实了这些病变，这不仅补充了遗漏病灶，还对临床决策提供了重要信息。Minamimoto等[28]在7例生化复发性前列腺癌患者中发现68Ga-RM2和68Ga-PSMA在疑似病灶中的摄取模式相似，但不同的是，与68Ga-PSMA的肾和肝胆清除相比68Ga-RM2主要具有肾清除，肝胆清除极少，这对检测腹部和盆腔病变更有意义，因为肠道摄取或清除可能掩盖小病变。总之，基于蛙皮素/胃泌素释放肽的成像探针在肿瘤中表现出良好的诊断和治疗前景，最近，以特异性荧光IRDye800标记的胃泌素释放肽已成功引导神经外科医生对多形性胶质母细胞瘤的切除，它可以敏感和特异性识别肿瘤边界，并可能改善生存结果[29]。

3.4 基于生长抑素探针的肿瘤成像

生长抑素(STT)作为环状多肽通过与在神经内分泌肿瘤、肝癌、甲状腺癌和乳腺癌中高表达的生长抑素受体(STTR)相互作用来调节神经传递和细胞增殖[30]。研究显示，放射性标记的生长抑素类似物是诊断和治疗神经内分泌肿瘤的一种有价值的工具，已被证明比常规成像模式具有优势。Zhang等[31]合成生长抑素类似物探针68Ga-DOTATATE，在高表达SSTR2的神经母细胞瘤细胞系中通过放射自显影-免疫组织化学联合检测显示，SSTR2与68Ga-DOTATATE摄取具有组织学共定位，在检测肿瘤方面比靶标为去甲肾上腺素转运蛋白的123I-MIBG成像探针更优。Sadowski等[32]在一项前瞻性研究中，以111In-pentetreotide探针为对比来评价68Ga-DOTATATE对神经内分泌肿瘤患者的检测敏感度，结果表明68Ga-DOTATATE在肠和骨部位可以明显检测到更多的病变，同时，对分期和检测未知原发性神经内分泌肿瘤表现出高敏感性(95.2%vs.30.9%)，对生化检测阴性而有症状的患者检出率高达65.2%，这为准确分期和选择适当的治疗干预提供了重要信息。此外，相应治疗剂177Lu-DOTATATE已被美国FDA批准用于神经内分泌肿瘤患者。Xie等[33]基于生长抑素拮抗剂JR11，合成18F-AlF-NOTA-JR11探针，其在肿瘤中表现出高摄取(60 min：9.02±0.92% ID/g)，同时对检测原发和转移病灶具有高灵敏性，尤其是肝转移灶。

4 小结与展望

多肽探针以其高特异性、高亲和力、高渗透性、易修饰和快速清除能力等优点对成像诊断和治疗起到了强有力的推进作用，也为临床提供了更精准的病变信息。重要的是，随着纳米技术的飞速发展，通过靶向肽多价表面偶联提供了协同识别，适用于纳米材料功能化，增强了通透性和组织滞留效应。当然，多肽探针也存在一些常见的问题，包括在体内容易被蛋白酶降解，代谢稳定性低，一些多肽分子量较小也会降低探针在肿瘤组织中的摄取和保留时间。通过化学修饰的方法可以使这些问题得以解决，并优化结合亲和性和生物分布。总之，多肽探针为肿瘤成像注入了新活力，展示出了其巨大的应用潜力。