納米抗體的光影之旅 ——納米抗體在醫學(xué)成像中的應用
前言
疾病早期診斷及治療評估依賴(lài)于醫學(xué)成像。磁共振成像（MRI）和計算機斷層掃描（CT）難以提供細胞或分子水平的信息。而腫瘤的異質(zhì)性及組織活檢的侵入性，限制了組織活檢在分子水平成像中的應用。免疫成像技術(shù)很好的填補了這一空白?；诩{米抗體的免疫成像示蹤劑具有靶向腫瘤組織的強特異性、較快的攝取速度及較高的腫瘤/本底比值。免疫成像有助于分析每個(gè)患者的獨特分子模式，是精準醫學(xué)的關(guān)鍵組成部分，對病人的分期、分型及提供個(gè)性化的治療方法有重要作用1。本期內容將為大家介紹納米抗體在醫學(xué)成像中的優(yōu)勢及針對一些代表性靶點(diǎn)開(kāi)發(fā)的納米抗體探針的臨床研究（圖一）。
圖一、納米抗體應用于人類(lèi)PET成像示意圖
納米抗體在醫學(xué)成像中的優(yōu)勢
重鏈抗體（heavy chain antibodies, HCAbs）天然存在于駱駝科動(dòng)物和護士鯊等軟骨魚(yú)中，其可變區（VHH）即為納米抗體。VHHs是自然界中最小的抗原結合單位, 可通過(guò)免疫庫、天然庫或合成庫獲得，分子量約為12-15 kDa，直徑< 4 nm，是傳統抗體大小的十分之一，同時(shí)保持了很強的抗原識別能力。VHHs獨特的理化性質(zhì)使其在免疫成像領(lǐng)域脫穎而出，其優(yōu)勢主要有（圖二）：(1) VHHs和人3型VH序列高度相似，不易在人體中引起抗藥反應，免疫原性低；(2) VHHs分子量小，有較深的組織穿透能力，血液清除率高；(3) 半衰期短，可實(shí)現較高的腫瘤/本底比值，注射1h后即可獲得高對比度影像，常用18F、68Ga和99mTc等標記；(4) VHHs的互補位呈凸形結構，CDR3環(huán)較長(cháng)，可結合傳統抗體難以結合的抗原表位；(5) VHHs具有高熱穩定性，能夠抵抗較惡劣的環(huán)境；(6)易于修飾改造； (7)可用微生物發(fā)酵生產(chǎn)，產(chǎn)量高，批間差小。
圖二、納米抗體應用于免疫成像領(lǐng)域的優(yōu)勢
納米抗體在腫瘤成像中的應用舉例
1. 腫瘤標志物HER2成像
根據癌細胞表明不同蛋白的表達情況，乳腺癌可分為四類(lèi)：雌激素陽(yáng)性、黃體酮陽(yáng)性、人表皮生長(cháng)因子受體2（HER2）陽(yáng)性和三陰性。HER2陽(yáng)性乳腺癌占乳腺癌總發(fā)病率的20%～30%，HER2的表達水平可以反映此類(lèi)乳腺癌的發(fā)展及治療情況。但在疾病發(fā)展及治療的過(guò)程中，HER2的表達水平處于不斷變化中，故想要追蹤HER2的表達水平需要不斷進(jìn)行活檢。然而，乳腺癌具有高度異質(zhì)性，活檢結果無(wú)法全面反映原發(fā)灶與轉移灶的HER2表達情況，且組織活檢可能增加乳腺癌的遠處轉移概率。因此，HER2的無(wú)創(chuàng )檢測至關(guān)重要2。
基于納米抗體的分子成像手段作為后起之秀對HER2陽(yáng)性乳腺癌的成像具有無(wú)創(chuàng )、特異性高、組織滲透性好、腫瘤/背景比高、能有效避免假陽(yáng)性及假陰性結果等優(yōu)點(diǎn)，能夠實(shí)現對HER2陽(yáng)性乳腺癌的精準分期及腫瘤異質(zhì)性評價(jià)2。
圖三、PET/CT 圖像（上圖）和 PET 圖像（下圖）顯示原發(fā)性乳腺癌病灶（箭頭）中68-GaNOTA-Anti-HER2 VHH1的攝取。(A) 14號患者的示蹤劑攝取最高（SUV 平均值，11.8）。(B) 15號患者顯示中度示蹤劑攝取，仍具有很高的腫瘤-背景比（SUV 平均值，4.9）。（C）6號患者成像結果顯示沒(méi)有攝?。⊿UV 平均值，0.9），CT圖像的腫瘤區域用箭頭指示。
HER2 納米抗體示蹤劑68-GaNOTA-Anti-HER2 VHH1在I期臨床試驗中取得了令人鼓舞的結果，68-GaNOTA-Anti-HER2 VHH1在腫瘤中的積累水平明顯超過(guò)了背景值，且在HER2 陽(yáng)性轉移灶中有高積累。因此，該示蹤劑順利進(jìn)入了II 期臨床研究，目的是評價(jià)乳腺癌患者腦轉移瘤對該示蹤劑的攝取情況 （圖三）(NCT03331601)3?；?8-GaNOTA-Anti-HER2 VHH1的優(yōu)良性能，Precirix公司進(jìn)而開(kāi)發(fā)了[131I]-SGMIB Anti-HER2 VHH1示蹤劑，現正在進(jìn)行臨床I 期試驗，旨在評價(jià)該示蹤劑的安全性、耐受性及有效劑量(NCT02683083)4。此外，另一款納米抗體成像劑99mTc-NM-02正在進(jìn)行I期臨床研究 (NCT04040686)5，10位乳腺癌患者注射 3-12 MBq/kg 99mTc-NM-02, 無(wú)不良反應報道，且99mTc-NM-02的攝取與HER-2的表達呈正相關(guān)。近期，北京大學(xué)臨床腫瘤學(xué)院研發(fā)的99mTc-MIRC208也正在臨床實(shí)驗中，共有200位受試者，旨在研究納米抗體示蹤劑99mTc-MIRC208對HER2陽(yáng)性患者成像的可行性及特異性（NCT04591652）。
1. 免疫檢查點(diǎn)PD-1/PD-L1成像
程序性死亡配體 1（PD-L1，基因名稱(chēng)：CD274）是一種細胞表面蛋白，通常在正常組織中表達，以平衡和下調細胞毒性 T 淋巴細胞 (CTLs) 的免疫反應。 這個(gè)過(guò)程是由 PD-L1 和程序性細胞死亡蛋白 1 (PD-1) 之間的相互作用介導的，PD-1 是一種在 CTL 表面發(fā)現的免疫調節蛋白，當與 PD-L1 結合時(shí)，CTL的細胞毒性會(huì )被抑制。 免疫檢查點(diǎn)阻斷療法可觸發(fā) T 細胞（重新）激活，從而殺死癌細胞6。
PD-L1 在癌細胞上的表達已被證明與治療結果相關(guān)，通過(guò)抑制 PD-1/PD-L1，許多癌癥的預后得到了前所未有的改善。但PD-1/PD-L1抑制劑僅對 20-40% 的患者有效，主要因為PD-L1 的表達通常是異質(zhì)性的，即使在同一腫瘤內也是如此，因此，對PD-L1的表達情況進(jìn)行成像有重大價(jià)值7。
目前，成功用于臨床及臨床前研究的靶向PD-1/PD-L1納米抗體探針已有超過(guò)7種，如 99mTc-MY15238，64Cu–DOTA–HAC 9，68Ga-NOTA-Nb10910，68Ga-NOTA-(hPD-L1)11，64Cu-NOTA-Nb612，89Zr-Df-KN035 13，99mTc-NM-0114等 。
68Ga-NOTA-(hPD-L1)的開(kāi)發(fā)者在研究中探討了VHH的互補決定區（CDR）內含有賴(lài)氨酸殘基時(shí)，將納米抗體與非特異性螯合劑反應后，納米抗體分子影像劑的性能是否會(huì )受影響。研究者分別用VHH與NOTA螯合劑在其賴(lài)氨酸殘基上隨機偶聯(lián)，或使用Sortase A進(jìn)行定點(diǎn)偶聯(lián)。分別注射入老鼠體內后約90分鐘后成像的結果顯示，隨機結合的VHH的特異性腫瘤攝取量為1.77±0.29%IA/g，位點(diǎn)特異性結合的VHH的特異性腫瘤攝取量為1.89±0.40%IA/g。兩種螯合物的顯著(zhù)穩定性表明，隨機賴(lài)氨酸螯合可能是一種有吸引力的策略，更有利于放射性標記的納米抗體的臨床轉化。
圖四、99mTc-NM-01在（NSCLC）患者中的成像數據?；颊叩挠疑戏稳~腫瘤顯示了高[18F]FDG攝?。?）；以及高99mTc-NM-01攝?。?）；縱隔淋巴結顯示了高[18F]FDG攝?。?）；以及低99mTc-NM-01攝?。?）；表明 PD-L1 在同一患者的原發(fā)腫瘤部位和遠處疾病部位之間存在異質(zhì)性表達6。
99mTc-NM-01此前已在中國完成了早期一期臨床試驗(NCT02978196)（圖四），評估了99mTc標記的抗PD-L1納米抗體在非小細胞肺癌（NSCLC）中的安全性、劑量學(xué)和成像效果，與金標準——組織活檢相比，99mTc-NM-01成像結果具有良好的一致性，有可靠且非侵入性評估 PD-L1 表達的潛力。目前，該影像劑正在英國進(jìn)行新一輪的臨床試驗（NCT04992715和NCT04436406），旨在評估99mTc-NM-01的診斷性能。
另一項臨床試驗（NCT03638804）目前正在使用89Zr–Fc融合納米體（Enafolimab）來(lái)分析攜帶PD-L1陽(yáng)性腫瘤的人類(lèi)受試者的靶向攝取和生物分布。這種監測是通過(guò)PET成像進(jìn)行的，同時(shí)也在評估這種Fc融合納米體的安全性和必要的劑量測定等因素。
小結
本文闡明了納米抗體為何被認為是腫瘤分子成像中的“靈丹妙藥”，回顧了部分靶點(diǎn)如HER2，PD-L1的納米抗體影像劑的最新進(jìn)展。 隨著(zhù)當前診斷和治療一體化的趨勢，納米抗體在這個(gè)新時(shí)代扮演著(zhù)有利角色：在腫瘤診斷中，在定制和開(kāi)始治療方案之前的評估和預測中，在治療過(guò)程中的動(dòng)態(tài)監測中，在檢測腫瘤復發(fā)的可能生態(tài)位中都有重要應用前景。納米抗體也可能用于監測各種其他疾病，如淀粉樣變性、病毒感染等，遠超本文中提到的。 除了傳統的 PET/CT 或 SPECT 成像外，納米抗體的應用還可以進(jìn)一步擴展到超分辨率成像，以研究蛋白質(zhì)的結構、功能和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用15。 總之，納米抗體是一種多功能工具包，可以在臨床應用和基礎科學(xué)中發(fā)揮核心作用。
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