腫瘤免疫治療成像技術的研究進展

　　1. 腫瘤免疫治療

　　腫瘤免疫治療是指通過免疫系統的被動或主動免疫來控制和殺滅腫瘤的一種治療方法。與傳統醫療手段在物理和化學層面上殺滅腫瘤細胞不同，腫瘤免疫療法通過增強機體免疫系統功能來控制和殺滅腫瘤，具有不良反應小、特異性強等優點。根據治療原理的不同，免疫療法主要可分為非特異性免疫刺激、腫瘤疫苗、過繼細胞療法（adoptive cell transfer therapy，ACT）及免疫檢查點抑制劑等。

　　其中，ACT和免疫檢查點抑制劑是當前最主流的免疫療法。以嵌合抗原受體T細胞免疫療法（chimeric antigen receptor Tcell immunotherapy，CAR-T）和腫瘤特異性T細胞受體改造的T細胞（T cell receptor engineered Tcell，TCR-T）療法為代表的ACT，能夠通過識別腫瘤抗原特異性殺傷多種腫瘤細胞，已被多項臨床試驗證實具有非凡的抗癌效果。CAR-T細胞治療藥物Kymriah已被美國食品藥品管理局（Food and Drug Administration，FDA）批準在臨床上治療白血病。免疫檢查點抑制劑療法是指通過抑制免疫檢查點蛋白，激活免疫系統殺傷腫瘤的一種免疫療法。

　　目前，研究最多的免疫檢查點靶點為溶細胞性T淋巴細胞相關抗原4（cytolytic T lymphocyte-associated antigen 4，CTLA-4）和細胞程序性死亡受體1（programmedd e a t h  -1 ，PD-1） /程序性死亡受體的配體1（programmed death ligand 1，PD-L1），靶向它們的單克隆抗體已被證明具有很好的抗腫瘤效果。FDA已批準了CTLA-4、PD-1及PD-L1的抗體用于治療晚期黑色素瘤、小細胞肺癌和轉移性膀胱癌等。

　　2. 腫瘤成像技術的發展

　　影像學技術是癌癥研究和臨床診斷必不可少的工具。過去幾十年中出現了大量新的影像學技術并獲得了廣泛應用。傳統的影像學技術只能讓臨床醫師看到體內腫瘤的位置和形貌，今后的影像學技術還將獲知腫瘤內分子、細胞和生物過程，從而為腫瘤診斷提供全方位信息。影像系統復雜多樣，其驅動能源可以為X線、正電子、光子和聲波。根據空間分辨率，可以分為宏觀、介觀和微觀成像。宏觀成像系統提供解剖和生理信息，已廣泛用于臨床和臨床前研究，包括CT、MRI和超聲；新興分子成像系統包括PET/CT、SPECT及熒光成像等只有少量臨床和臨床前應用，大部分尚待進一步研究。另外，多種成像方式結合的多模式成像也在快速發展。

　　3. 免疫治療成像技術的研究進展

　　無論是臨床前還是臨床階段，通過無創成像技術及時評價腫瘤對治療的響應、對成功研發和實施免疫治療至關重要。免疫治療成像主要用來追蹤免疫細胞在體內的分布過程和評價免疫治療的效果和不良反應等。以下介紹免疫PET、CT、MRI、光學成像及多模式成像等免疫成像技術的最新進展。

　　3.1 免疫PET

　　免疫PET是一種先進的分子成像技術，可以監控免疫治療后的免疫細胞轉運和治療效果。然而，PET空間分辨率較低，臨床與臨床前使用的掃描裝置空間分辨率大約分別是1.83 mm和0.67 mm，難以實現微小結構成像。最近，科學家們發明了一些新的PET成像試劑，并用于一些疾病模型的免疫治療研究中。例如，Keu等發明了一種PET成像示蹤劑9-［4-（18F）氟-3-（羥甲基）丁基］鳥嘌呤，用來追蹤表達1型單純皰疹病毒胸腺嘧啶激酶和IL-13-zetakine CAR的工程化CD8+細胞毒性T淋巴細胞（cytotoxic Tlymphocyte，CTL）。這種示蹤劑在實時追蹤CTL以評價膠質瘤治療效果方面安全有效。免疫PET成像也用于評估針對腫瘤細胞表面標記的抗體藥物的藥代動力學。

　　Maute等研發了6種PET放射性標記的PD-1變體，即編碼一致的高親和力細胞死亡蛋白（HAC-PD1）示蹤劑，用于實現對PD-L1表達的成像，而PD-L1與癌癥的免疫檢查點相關，這使得腫瘤早期檢測成為可能，同時也為篩選PD-L1抗體治療腫瘤提供了一種影像學方法。與之相似，PD-1胞外域蛋白也是一種PD-L1拮抗劑，與傳統的抗PD-L1抗體相比，其穿透腫瘤的能力及藥代動力學均明顯改善，經過PET放射性標記也可用于體內追蹤PD-L1的表達。Tavaré等制備了一種89Zr-去鐵敏標記的抗CD8半胱氨酸交聯-雙特異抗體PET造影劑，并用它追蹤體內產生的CD8+ T淋巴細胞，用于監控抗原特異性ACT、激活抗體治療（抗CD137/4-1B13）以及免疫檢查點阻斷抗體治療（抗PD-L1）等免疫療法的響應性。CD4+和CD8+ T淋巴細胞等免疫細胞在調節免疫方面發揮重要作用，檢測CD4+ T淋巴細胞對監控腫瘤的免疫治療具有重要意義。

　　Freise等制備了一種PET放射性標記的抗鼠CD4抗體片段，發現其能有效追蹤淋巴結和脾臟中的CD4+T淋巴細胞。Li等利用硫酸羥基丁二酰亞胺（NHS）-生物素-鏈霉親和素法標記CD8+ T淋巴細胞，然后利用89Zr-去鐵敏-生物素在PET下追蹤ACT時的CTL。研究者還制備了一種89Zrp-異硫氰酸酯苯基-去鐵敏-CD3 PET探針來檢測小鼠克隆腫瘤模型中T淋巴細胞的募集，作為免疫治療響應的標志。此外，研究者利用氧化鐵/放射性鎵標記疫苗用于SPECT(67Ga)或PET(68Ga)成像，用以評估體內外蛋白抗原卵清蛋白（oval bumin，OVA）和Toll樣受體9（Toll like receptor 9，TLR9）激活劑CpG在體內的有效分布。

　　3.2 免疫CT

　　與PET相比，CT具有更高的空間分布，在腫瘤免疫成像方面具有更廣泛的應用前景。為有效實現免疫成像，科學家們需對免疫細胞進行標記或者開發免疫造影劑。Jiao等將金納米顆粒與靶向腫瘤的抗GD2抗體結合，制備了一種有潛力的診療試劑，它可以增強CT對比度，并刺激自然殺傷細胞（NK）對神經母細胞瘤及黑色素瘤的攻擊。Meir等利用膠體金標記表達黑色素瘤特異性T細胞受體的T細胞，并利用CT追蹤T細胞在體內的分布、遷移及動力學，發現膠體金標記并不影響細胞的活性和繁殖，而且CT成像能與熒光標記T細胞的熒光成像高度吻合，表明膠體金標記的CT成像能很好地在體內追蹤免疫細胞。

　　該研究小組進一步通過在金納米顆粒表面標記PD-L1抗體，構建了免疫診療一體化納米顆粒（a-PDL1-GNP）。此納米顆粒不僅能夠以較低劑量治療腫瘤，還能在48 h內通過CT成像顯示a-PDL1-GNP在不同腫瘤內的蓄積情況，發現納米顆粒蓄積的多少與腫瘤生長抑制明顯相關，表明免疫檢測點靶向CT成像能夠用來預測腫瘤對免疫治療的響應性。

　　3.3 免疫MRI

　　MRI無放射損傷且具有高軟組織分辨率，結合造影劑可以進一步提高其診斷疾病的靈敏度。因此，MRI是體內追蹤免疫細胞和評估免疫治療效果的一種理想成像方法。超順磁氧化鐵納米顆粒（superparamagnetic iron oxide nanoparticle，SPION）被用于標記多種免疫細胞，用來追蹤免疫細胞和評價免疫治療效果等。例如，Li等利用聚賴氨酸修飾的SPION標記從預先免疫的GL261惡性膠質瘤小鼠脾臟中提取的CD8+ T淋巴細胞，注射到體內24 h后，在3.0 T MRI T2WI序列上能夠清晰看到小鼠腦內腫瘤附近的黑色小點，表明T細胞能夠被SPION有效標記，并能在體內被成功追蹤。Wu等通過聚天冬氨酸-b-聚己內酯修飾SPION獲得了一種120 nm左右的納米團簇，這種納米團簇的橫向弛豫率高達335.6 Fe·L/（mmol·s），并具有良好的生物相容性，能夠追蹤樹突狀細胞（DC）在淋巴系統的遷移。19F標記MRI造影劑也被開發用來在體內追蹤樹狀細胞等免疫細胞，其中一種含全氟碳聚合物的水溶性納米乳液（CS-1000）已經進入臨床試驗階段。

　　釓螯合物作為一種T1造影劑也被用來標記示蹤免疫細胞，但是其靈敏度低于SPION，需要約103個細胞才能被檢測。發展納米形態的釓造影劑，提高每個顆粒中釓的含量和弛豫率可以提高其靈敏度。MRI除追蹤免疫細胞外，還可用來評價免疫治療效果。免疫治療與傳統療法相比，其腫瘤體積生長抑制反應比較慢，通常需要兩個多月才能觀察到明顯的腫瘤體積縮小，因此傳統的實體瘤療效評價標準（Response Evaluation Criteria in Solid Tumors，RECIST）不適用于免疫治療。如何快速評價腫瘤患者對免疫治療的響應是目前面臨的一大挑戰。釓造影劑如1，4，7，10-四氮雜環十二烷-1，4，7，10-四乙酸釓鹽（Gd-DOTA）可用作增強MRI造影劑，實時監控腫瘤免疫治療后的血管變化，為評價免疫治療效果提供參考。

　　3.4 光學成像探針

　　光學成像的靈敏度高，在監測免疫細胞動力學方面有一定優勢，但受光穿透組織深度的限制難以實現臨床應用。盡管如此，其在揭示腫瘤細胞與免疫細胞相互作用、評估療效等方面具有很大的潛力。例如，Qi等利用多種顏色的熒光素標記腫瘤微環境，實時研究聯合ACT和環磷酰胺治療黑色素瘤時腫瘤細胞微環境的改變，為優化免疫治療與化療聯合方案提供了依據。Liu等利用近紅外熒光量子點標記與疫苗融合后的同種異體樹突狀細胞進行體內實時成像，觀察到了腫瘤融合疫苗對胃癌的治療效果。

　　Rahimian等將近紅外熒光量子點連接到包裹OVA的聚合物納米顆粒上以追蹤抗原在體內的轉運，證明納米顆粒能夠將抗原更有效地交叉呈遞給淋巴結內OVA特異性CD8+ T淋巴細胞。最近，Ma等在應用單克隆抗體對HTC-116人結腸癌細胞移植瘤模型進行免疫治療后，用蘭尼單抗［抗血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）抗體的Fab片段］與熒光染料的鍵合物Dye755-Ran來檢測VEGF表達，實時評價腫瘤對免疫治療的響應。

　　3.5 多模式成像探針

　　如前所述，各種成像模式在原理和反映的信息方面各有不同，而多模式成像在應用上具有互補性，可以獲得反映免疫治療效果和不良反應的大量數據。例如，Vahle等最近用氟代脫氧葡萄糖（fluorode oxyglucose，FDG）-PET/CT和FDG-PET/MRI等方法在小鼠模型中評價抗CD137免疫治療單克隆抗體的抗癌效果，發現多模式成像能夠精準評價腫瘤對免疫治療的響應。Wachsmann等通過18F-FDG PET/CT研究藥物伊匹單抗（Ipilimumab）對轉移性黑色素瘤的治療效果，發現了與免疫不良反應包括胰腺炎、下垂體炎、甲狀腺炎及結腸炎等相關的FDG異常吸收。

　　另外，18F-FDG PET/CT結合MRI擴散加權成像也可以有效地預測利妥昔單抗免疫治療黏膜層淋巴組織中淋巴結外淋巴瘤的治療效果。Kim等最近在近紅外熒光分子Aza-BODIPY上鍵合兩個釓螯合物，構建了一種MRI和熒光雙功能探針，利用該探針聯合MRI和近紅外熒光成像可以實時追蹤小鼠樹突狀細胞的體內行為。將多種成像功能單元與納米材料結合是構建多功能成像單元的一種最常用方法，甚至還可以將成像單元與治療功能結合制備診療一體化的多功能探針。例如，Jin等制備了載有抗原肽、SPION及吲哚菁綠的熒光磁性納米顆粒，利用磁推力的作用增加納米顆粒在腫瘤中的富集，增強免疫治療效果，并通過體內外光學成像與MRI相結合來實時檢測樹突狀細胞疫苗在淋巴系統內的遷移。

　　4. 結論與展望

　　免疫治療需要實時追蹤免疫細胞和評價腫瘤對免疫治療的響應性，傳統的影像學技術難以滿足需求。近年來，免疫PET、CT、MRI和光學成像等取得了大量研究進展，在免疫細胞追蹤和免疫治療評價等方面展示了廣闊的應用前景。特別是優勢互補的多模式成像在綜合評價免疫治療方面能夠發揮巨大作用。但是，這些免疫成像技術大多基于新型影像探針，還需進一步驗證它們的安全性和有效性，才能進入臨床應用。目前，臨床上根據RECIST來評估腫瘤對治療的響應性。然而，免疫治療與細胞毒性化療完全不同，在治療初期會出現臨床癥狀穩定甚至短暫的腫瘤增大或出現新病變，隨后才發生腫瘤縮小或持續穩定。免疫治療完全不同的響應方式導致RECIST標準不適用于腫瘤免疫治療。因此，新的針對免疫治療的影像學評價標準亟待建立。