Recent Progress of Functionalized PSMA in Radionuclide Targeted Therapy for Prostate Cancer
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摘要:
前列腺癌(PCa)是男性生殖系统发病率最高的恶性肿瘤。研究证实,前列腺特异性膜抗原(PSMA)是一种有效的前列腺癌诊疗靶点。治疗核素177Lu/90Y标记的抗PSMA小分子/多肽/单抗表现出重要的抑癌活性,但也产生腺体、骨髓的特异性摄取和肾脏的非特异性摄取带来的正常器官损伤。而且小分子/多肽易于经循环系统清除,基于小分子/多肽的放射性靶向治疗往往需要较高剂量或频繁给药,导致在抑制肿瘤的同时,也产生难以预料的器官毒性。放射性核素靶向治疗依赖于将放射性核素传递到肿瘤表达的受体,但配体与受体结合容量有限。为提高核素的使用效率,延长核素治疗型PSMA分子探针的体内代谢,增加靶/非靶比值,对PSMA分子探针进行功能化修饰以期改善药代动力学行为的研究已经取得了巨大进展。本文就近年功能化PSMA分子探针在前列腺癌核素靶向治疗中的临床转化及临床研究展开综述。
Abstract:Prostate cancer (PCa) is the most common malignant tumor in the male reproductive system. Prostate specific membrane antigen (PSMA) is an effective target for the diagnosis and treatment of prostate cancer. The anti-PSMA small molecule/polypeptide/monoclonal antibody labeled with the therapeutic nuclides 177Lu/90Y has shown important anti-tumor activity, but it also produces specific uptake of glands, bone marrow and kidneys, which leads to normal organs' damage. In addition, small molecules/peptides are easy to be cleared by the circulatory system. Radionuclide targeted therapy based on small molecules/peptides often requires high doses or frequent administration, which leads to unpredictable organ toxicity while inhibiting tumors. Radionuclide targeted therapy relies on the delivery of radionuclides to tumor-expressed receptors, but the binding capacity of ligands to receptors is limited. In order to improve the use efficiency of radionuclides, prolong the metabolism of radionuclide therapeutic PSMA molecular probes as well as increase the ratio of target to non target, great progress has been made in the study of functional modification of PSMA molecular probes which can improve the pharmacokinetic behavior. In this paper, we summarize the recent clinical translation and clinical research of functional nuclide targeting PSMA molecular probe in the treatment of prostate cancer.
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0 引言
早期二维放疗(Two-dimensional radiotherapy, 2D-RT)在影像学和放疗技术方面存在局限性,常伴随着严重不良反应,甚至影响患者生活质量[1]。现代的适形调强放疗(Intensity-modulated radiotherapy, IMRT)通过计划优化、剂量输送和剂量递增,实现了在肿瘤和危及器官中的最佳剂量分布[2]。这种技术不仅避免了照射部位脱靶,还最大限度地减少了放疗相关不良反应,降低了肿瘤复发、转移风险,目前广泛应用于多种癌种根治、复发或姑息治疗中。
当前理论认为,放射治疗(Radiotherapy, RT)对肿瘤细胞普遍有效。根据放射敏感性,肿瘤细胞被分为放射敏感型、中等敏感型和放射抵抗型。在循环系统中,淋巴细胞是放射敏感性最高的免疫细胞之一。研究表明1~2 Gy的辐射剂量可导致淋巴细胞的致死率达50%,而3 Gy则导致淋巴细胞的致死率达到90%[3-4],这使放射性淋巴细胞减少(Radiation-induced lymphopenia, RIL)成为放疗最常见的不良反应之一。另一方面,淋巴细胞介导的细胞免疫在肿瘤治疗中起着至关重要的作用,甚至被视作预测免疫治疗反应的重要生物指标[5]。通常情况下,RIL的影响是持久的,严重的淋巴细胞耗竭可能削弱抗肿瘤的免疫反应,增加机会性感染风险,从而干扰放疗计划[6],甚至可能会加速疾病的进展和死亡。
目前研究显示,许多肿瘤患者在接受放疗后普遍出现放射性淋巴细胞减少[7-10],这一现象对患者生存率产生了负面影响[11-12]。但对于RIL的具体机制,学术界尚未达成明确共识。本综述旨在整合相关研究成果,探讨RIL可能的机制及其对临床治疗的影响,以期为肿瘤放疗和免疫功能调节提供科学参考,进而提高肿瘤患者的治疗耐受性。
1 临床定义
淋巴细胞减少的传统定义是指淋巴细胞绝对计数(Absolute lymphocyte counts, ALC)低于每微升1 000个。目前,多数研究根据不良事件通用术语标准5.0版(Common Terminology Criteria for Adverse Events criteria, CTCAE, version 5.0)对淋巴细胞减少进行分级,具体分级如下:1级为每微升800~1 000个;2级为每微升500~800 个;3级为每微升200~500个;4级为低于每微升200个。然而这一标准仅依据淋巴细胞的总数进行分级,并未对不同淋巴细胞亚群(比如CD8 T细胞、CD4 T细胞等)进行区分。此外,关于最佳采血时间、RIL的严重程度以及急慢性RIL的定义,学界尚未形成统一的共识。
1.1 淋巴细胞动力学变化
从动力学角度,RIL分为耗竭阶段和缓解阶段。在耗竭阶段,即在治疗期间或放疗结束后数月内,可以观察到ALC至最低点;而在缓解阶段,ALC在达到最低点之后会逐渐上升,直至恢复至正常水平[13]。例如,在120例接受以5-氟尿嘧啶为基础的新辅助放化疗的直肠癌患者中,白细胞和血小板计数的最低点出现在放疗开始后的第二周,并呈先下降后上升的趋势。然而血红蛋白和ALC则表现为持续下降,直到第五周才达到最低点[14]。Pike等研究认为,与大脑、四肢或腹部/骨盆相比,脊柱、肺/纵隔和胸壁等部位接受放疗后ALC的下降幅度更大(P=0.002),且RIL持续至少6个月的时间[15]。
从淋巴细胞恢复的时间纬度来看,研究证明局部晚期胰腺癌患者在接受同步放化疗后,ALC在2个月内逐渐恢复正常[16]。Cho等研究证实,在66例接受同步放化疗的Ⅲ期非小细胞肺癌(Non-small cell lung cancer, NSCLC)患者中,大多数患者在放疗后3个月内,从治疗相关的淋巴细胞减少症中恢复,仅有7例患者出现持续性淋巴细胞减少(ALC<每微升500个)[17]。然而,在一项针对后颅窝肿瘤的研究中,排除化疗的干扰后,共有67例患儿接受了全颅脊照射。研究结果表明,白细胞全系可能需要1年才能达到恢复的平台期,而淋巴细胞恢复到放疗前水平可能需要6年或更长时间。研究者认为这一结果可能与全颅脊照射导致的放射性骨髓抑制效应(Radiation-induced myelosuppression, RIM)相关。上述结果还揭示了淋巴细胞计数恢复时间与年龄的回归关系,即成年人群中呈线性回归,而在儿童人群中更为显著[18]。进一步分析发现,照射时间、基线ALC与淋巴细胞的恢复密切相关[19]。此外,不同的淋巴细胞亚群恢复速度也存在差异。Verastegui等证实,T细胞的恢复时间远长于B细胞,甚至可达60个月。这可能与两种细胞产生机制的差异有关,B淋巴细胞主要是由造血干细胞在骨髓中持续产生,会受到胸腺萎缩较少的影响[20]。
1.2 潜在机制
随着免疫调节作用及其机制研究的不断深入,人们发现RT不仅促进了肿瘤微环境中的局部炎性反应,还催化了趋化因子和肿瘤新抗原的表达,从而诱导肿瘤细胞发生免疫原性凋亡[21]。包括树突状细胞(Dendritic cells, DCs)在内的抗原提呈细胞(Antigen-presenting cells, APCs)在能力增强后,能够激活T细胞对肿瘤的杀伤作用,其中CD8+ T细胞在IR发挥最佳抗肿瘤效果中扮演着不可或缺的角色。在这一过程中,CD8+ T细胞的功能异常、数量耗竭或是DCs细胞信号转导缺陷都可能消弱IR的抗肿瘤作用。例如,电离辐射(Ionizing radiation, IR)能够诱导调节性T细胞(Regulatory T cells, Tregs)和髓源性抑制细胞(Myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)的扩增,抑制肿瘤微环境中CD8+ T细胞的应答,形成外源性辐射抵抗,导致抗肿瘤作用减弱[22]。另一方面,程序性细胞死亡配体1(Programmed cell death ligand 1, PD-L1)在多种肿瘤细胞膜上的表达[23],是肿瘤免疫抵抗和抑制抗肿瘤T细胞免疫的主要机制之一。研究已证实,放疗可通过DNA损伤以及表皮生长因子受体(Epidermal growth factor receptor, EGFR)等多种途径[24-25]促进PD-L1表达,形成的免疫抑制环境同样会影响治疗效果。
骨髓抑制是化疗最常见的不良反应之一,主要表现为以中性粒细胞为主的白细胞减少,同时也会影响ALC。许多研究已经证实了全身性治疗对白细胞的影响,包括化疗引起的循环淋巴细胞减少以及对中性粒细胞的显著抑制。比如Sanchez-Pere等研究指出,胶质母细胞瘤的一线化疗常常导致淋巴细胞减少[26]。Chen等研究也表明,乳腺癌患者在接受辅助放疗前可能因为既往化疗而出现淋巴细胞减少,这一情况可能会对长期治疗结果产生负面影响[27]。
目前RIL的确切发病机制尚未完全阐明,现有研究主要集中在胸腹部肿瘤[28-30],并已证实RIL在临床和剂量学上的相关性。例如,在局限性胰腺癌患者中,增加对椎体和脾脏的照射与淋巴细胞减少相关,通过剂量学优化可以降低RIL风险,并在一定程度上改善临床结果[31]。在颅内肿瘤领域,相对高的脑V25(Vn即危及器官受到n Gy照射的体积百分比)、低计划肿瘤靶区(Planning target volume, PTV)和IMRT与胶质母细胞瘤患者的RIL显著相关[8,32]。普遍认为,照射野内的淋巴结、胸腺等淋巴器官以及循环于血管系统中的外周血淋巴细胞可能受到损伤。尽管骨髓中的淋巴细胞在每次放疗期间可能保持静止,但它们在治疗间隔期间可以移动[33]。即使脑照射野中活跃的骨髓或淋巴器官很少,放疗野内活跃增殖的骨髓的实际体积也会影响治疗结果[34],这在一定程度上解释了颅脑放疗后出现淋巴细胞减少的现象。最近的研究证实,在包括头盖骨在内的人骨和第四脑膜层中存在淋巴管[35],使静脉血和脑脊液[36]之间可以直接交换。中枢神经系统传统上被认为是免疫豁免器官[37],但前沿研究已经揭示中枢神经系统中存在更丰富的血管系统,意味着大脑在接受放疗时可能遭受比预期更严重的淋巴细胞损伤。研究表明,只要超过照射剂量的损伤阈值,循环淋巴细胞的损伤程度保持不变,就要考虑硬脑膜淋巴管可能激发对脑部肿瘤的有效免疫反应,这可能同样会加剧放疗过程中产生的负面影响[35]。这些发现可能会激发关于中枢神经系统免疫原性的更多争议,需要未来的研究进一步探讨。
当前研究认为,辐射野中循环淋巴细胞的大量暴露可能是引起淋巴细胞减少的一个重要因素[18]。例如,先前的研究表明全脑放疗(Whole-brain radiotherapy, WBRT)可能导致显著的神经认知功能障碍,并降低患者生活质量。而采用海马保护疗法的WBRT对认知功能的影响较常规WBRT更低[38]。WBRT引起RIL的潜在机制可能包括以下方面:一是与局部放疗相比,WBRT的照射野大,且脑组织血流丰富,这导致照射野内外周血淋巴细胞的暴露和耗竭;二是由于技术和照射野布置的差异,不同剂量的低、中等辐射可能被传递到脑照射野外的血管,从而使循环淋巴细胞暴露于辐射中[39]。
在临床治疗伴随症状的脑转移、缓解脑水肿时,通常会连续数天使用类固醇类药物直至症状基本缓解。值得注意的是,地塞米松已被证实具有淋巴细胞毒性[39],并且可能增加淋巴细胞减少的发生率[6]。然而,也有研究表明放疗期间使用类固醇与放疗后淋巴细胞的变化无关[40]。产生不同结果的主要原因可能是激素应用的持续时间短、剂量小,样本量也相对较小,因此没有统计学差异。
综上,尽管关于RIL的机制尚无完全定论,但多数研究结果普遍指向放射野较大、血流丰富导致的放射野外辐射暴露等各种原因,这些因素导致骨髓、淋巴器官和脉管系统中的淋巴细胞受到辐照,此外还有如激素这类具有淋巴细胞毒性药物的使用,最终导致淋巴细胞功能障碍甚至死亡,具体表现为放疗后不同程度的淋巴细胞计数降低。
2 预后
肿瘤患者的生存预后主要取决于全身综合治疗疗效、肿瘤特征(例如肿瘤的类型、大小、部位和恶性程度)、患者整体状况以及基础疾病状态等因素。已有研究表明,RIL会影响免疫治疗的效果。在微观层面,RIL通过钙网蛋白和高迁移率族蛋白1(Calreticulin and high-mobility group box 1, HMGB1)向肿瘤归巢影响免疫细胞,并改变肿瘤微环境[6]。在宏观层面,放疗后患者出现的乏力、精神不振,可能暗示着体能状态的下降和系统性免疫功能的减退[41-42]。
现有研究普遍证实了RIL对肿瘤患者临床预后的负面影响。例如,Li等在对研究样本进行倾向性评分匹配后,消除了既往化疗对基线ALC的影响,从而更独立地评估了放疗的效果。该研究结果表明,在脑部放疗的肺癌脑转移患者中,与未接受化疗的亚组相比,既往接受化疗患者的淋巴细胞基线水平更低,且中位总体生存期(Overall survival, OS)和无进展生存期(Progression-free survival, PFS)显著短于非淋巴细胞减少的肺癌脑转移患者[28]。另一项研究也证实,改变照射剂量/分割次数(30 Gy,10/15次)并不能改善脑转移瘤患者的生存或局部控制。此外,治疗相关的淋巴细胞减少是严重且长期的,并且这可以作为胶质母细胞瘤患者的预后因素[38],保留淋巴细胞甚至可能作为一种改善预后的新策略[43],例如通过保持低剂量的危及器官照射以降低RIL发生率。研究还证实,分级预后评估是影响肺癌脑转移患者预后的重要因素[44]。从RIL严重程度来看,Shiraishi等报道了480例接受新辅助放化疗的患者出现淋巴细胞减少,并发现4级RIL与无远处转移生存率降低显著相关[45]。Wang等证实,脑转移患者接受全脑放疗后1个月的3~4级淋巴细胞减少(ALC<每微升500个)和放疗后2个月较低的ALC是影响OS的重要因素[46]。
在放疗技术领域,立体定向放射治疗(Stereotactic radiotherapy, SBRT)作为一种新兴的放疗手段,与传统放化疗相比,在一定程度上能够减少对淋巴细胞的损伤。当与免疫疗法联合应用时,SBRT可能比传统放疗更有效地保留淋巴细胞,从而增强患者对全身治疗的反应。无论采用何种治疗技术,治疗后连续总淋巴细胞计数(Serial total lymphocyte counts, TLCs)的增加均与生存率的改善相关[33]。在放疗剂量学方面,传统放疗中限制肺 V5 可能通过保留ALC间接影响结果[47]。对于食管癌患者,胸骨骨髓受照相对体积超过20 Gy与ALC相关,胸骨骨髓V20、椎体骨髓 V50、ALC水平是食管鳞癌患者预后的重要影响因素[48]。通过尽可能降低胸椎V20、平均肺部剂量和平均心脏剂量,可以限制干细胞和血池的辐射,从而减轻肺癌中RIL的影响,并改善OS的不良预后[34]。
3 小结与展望
放疗在肿瘤治疗中扮演着双刃剑的角色,它既能激发免疫反应,也可能诱发免疫逃逸。在强调个体化差异的精准治疗时代,预后分层对于指导临床医师为具有特定危险因素的患者制定审慎和适宜的治疗方案至关重要。在尽可能减少严重不良反应和并发症的前提下完成放疗,对实体瘤的综合治疗策略具有深远影响。尽管患者的基线状态难以改变,靶向治疗和免疫治疗对淋巴细胞计数的影响相对较小,但在化疗与放疗联合应用时,医师应根据个体化选择最佳的综合治疗方案,以降低例如RIL等不良反应的风险,减轻不良反应,并尽可能在提高肿瘤控制效果和淋巴细胞减少风险之间取得平衡。因此,我们期待通过技术创新和理论实践的突破,尽可能保留放疗后淋巴细胞计数,以保存肿瘤患者的免疫功能,优化放射剂量学参数,落实精准的局部放疗,配合个体化全身综合治疗,以改善患者生活质量和延长生存期。
Competing interests: The authors declare that they have no competing interests.作者贡献任亚楠:文献检索及论文撰写、修改刘特立、李大鹏、李慧、丁缙:协助文献检索、整理及论文修改朱华、杨志:论文的审阅及提出指导建议 -
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