周昊毅，劉昭飛,

1. 北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院放射醫(yī)學(xué)系醫(yī)學(xué)同位素研究中心，北京 100191；

2. 北京大學(xué)第三醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京 100191；

3. 北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京 100142

自從2013年美國(guó)The New York Times、Science將腫瘤免疫治療評(píng)為腫瘤研究領(lǐng)域的“重大突破”以來，免疫治療的熱度不斷攀升，被認(rèn)為是目前有可能根治腫瘤的治療方法之一［1］。免疫治療通過調(diào)動(dòng)人體自身的免疫系統(tǒng)來對(duì)抗腫瘤，在T細(xì)胞、自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞的聯(lián)合作用下，對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行監(jiān)視和清除［2］。除了對(duì)原發(fā)腫瘤的有效抑制，多項(xiàng)臨床試驗(yàn)［3］結(jié)果表明，激活的免疫系統(tǒng)也能夠有效地清除微小的轉(zhuǎn)移病灶。因此，免疫治療是重要的治療腫瘤及防止腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的方式之一。

目前，以免疫檢查點(diǎn)如程序性死亡受體1（programmed death-1，PD-1）、程序性死亡受體配體1（programmed death ligand-1，PD-L1）以及細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4）阻斷性抗體為代表的腫瘤免疫治療在腫瘤治療領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展［4-6］。迄今為止，已經(jīng)有多種針對(duì)免疫檢查點(diǎn)的單克隆抗體獲批上市用于不可切除或轉(zhuǎn)移性黑色素瘤［7］、非小細(xì)胞肺癌［8］、肝癌［9］等的治療。

盡管免疫檢查點(diǎn)阻斷療法在臨床上實(shí)現(xiàn)了階段性成功（部分腫瘤患者的客觀緩解率、無(wú)進(jìn)展生存期及總體生存率均顯著提高），但其有效性仍然有限。臨床數(shù)據(jù)顯示，在使用CTLA-4抗體進(jìn)行治療的腫瘤患者中，緩解率僅有15%［10］；而使用PD-1/PD-L1抗體治療的患者響應(yīng)率也僅能達(dá)到30%［11-12］。此外，由于免疫檢查點(diǎn)阻斷療法對(duì)免疫系統(tǒng)的激活作用是全身性的，因此在給藥方案不恰當(dāng)?shù)那闆r下，激活的免疫細(xì)胞在殺傷腫瘤的同時(shí)也會(huì)對(duì)正常的組織或器官造成損傷，進(jìn)而出現(xiàn)免疫相關(guān)不良事件（immune-related adverse event，irAE），如免疫性心肌炎、肺炎、結(jié)直腸炎等［13-14］。因此，如何提高腫瘤免疫治療的響應(yīng)率和有效性，以及在免疫治療早期對(duì)患者的響應(yīng)情況進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)是目前亟待解決的關(guān)鍵問題。

基于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)體層成像（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的實(shí)體瘤臨床療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（response evaluation criteria in solid tumor，RECIST）及實(shí)體瘤免疫療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（immune response evaluation criteria in solid tumor，iRECIST）是目前評(píng)估腫瘤患者預(yù)后的通用臨床標(biāo)準(zhǔn)。RECIST和iRECIST與基于創(chuàng)傷性的活檢和只能提供有限信息的血液學(xué)指標(biāo)相比，具有無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和可連續(xù)監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。然而，兩者在評(píng)價(jià)腫瘤的免疫治療時(shí)均存在局限性。首先，基于CT和MRI的顯像方法只能從解剖學(xué)的角度判斷腫瘤的體積大小改變，很難判斷大量淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)（通常預(yù)示著良好的預(yù)后）導(dǎo)致的腫瘤體積暫時(shí)增大（腫瘤假性進(jìn)展），并且無(wú)法提供在腫瘤免疫應(yīng)答中更為關(guān)鍵的分子水平的信息［15］。其次，基于以上標(biāo)準(zhǔn)的療效評(píng)價(jià)通常需要在治療4周以后才能確認(rèn)疾病是否進(jìn)展，將導(dǎo)致患者治療有效性的信息獲取存在嚴(yán)重的滯后性并可能錯(cuò)過最佳的調(diào)整治療策略窗口期［16-17］。因此，迫切需要一種在體、無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、精準(zhǔn)可靠的手段，能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)免疫治療過程并精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)治療效果，從而在治療的早期準(zhǔn)確篩選可能的獲益群體，指導(dǎo)臨床醫(yī)師及時(shí)調(diào)整給藥方案。

作為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要組成部分，以正電子發(fā)射體層成像（positron emission tomography，PET）為代表的核醫(yī)學(xué)分子影像能夠在分子水平上對(duì)疾病的關(guān)鍵分子進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)和定量的監(jiān)測(cè)，從而為疾病的早期精確診斷、治療精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移預(yù)警以及指導(dǎo)個(gè)體化治療提供嶄新的技術(shù)手段，因此在腫瘤的精準(zhǔn)診治及患者分層中發(fā)揮著不可替代的作用［18］。本文將對(duì)目前應(yīng)用于腫瘤免疫治療效果評(píng)價(jià)的核醫(yī)學(xué)分子影像研究動(dòng)態(tài)及進(jìn)展進(jìn)行述評(píng)。

1 18F-FDG PET在免疫療效評(píng)價(jià)中的局限性

18F-FDG是目前臨床上應(yīng)用最廣泛的PET顯像劑。作為一種葡萄糖類似物，18F-FDG能夠被糖代謝旺盛的腫瘤細(xì)胞攝取，可根據(jù)18F-FDG的攝取變化分析腫瘤的進(jìn)展?fàn)顩r［19］。雖然18F-FDG在腫瘤治療監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，但其在免疫治療評(píng)價(jià)方面卻存在著局限性，即18F-FDG的攝取并非腫瘤特異性，無(wú)法區(qū)分腫瘤細(xì)胞和在免疫治療中糖代謝同樣旺盛的免疫細(xì)胞［19］。因此，無(wú)法準(zhǔn)確判斷腫瘤部位18F-FDG攝取增高是由于腫瘤細(xì)胞持續(xù)增殖引起的腫瘤進(jìn)展，還是由于免疫治療后大量免疫細(xì)胞在腫瘤部位的浸潤(rùn)引起的假性進(jìn)展［20］，這無(wú)疑會(huì)妨礙精準(zhǔn)評(píng)估患者對(duì)免疫治療的實(shí)際響應(yīng)狀況。因此，針對(duì)免疫治療過程中腫瘤微環(huán)境關(guān)鍵免疫相關(guān)生物標(biāo)志物設(shè)計(jì)構(gòu)建特異性核醫(yī)學(xué)探針，通過在體動(dòng)態(tài)可視化顯像免疫治療過程中關(guān)鍵免疫細(xì)胞或分子的變化，將使免疫治療的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)及療效判斷成為可能。

2 基于免疫相關(guān)生物標(biāo)志物的核醫(yī)學(xué)分子影像

為了特異性地捕捉腫瘤免疫微環(huán)境的信息變化，基于免疫相關(guān)生物標(biāo)志物的PET被陸續(xù)應(yīng)用于腫瘤免疫治療的效果監(jiān)測(cè)中。這些顯像所關(guān)注的靶點(diǎn)大體可分為兩類：第一類是關(guān)鍵的免疫檢查點(diǎn)，本文將以PD-1/PD-L1為例進(jìn)行介紹；第二類是T淋巴細(xì)胞相關(guān)的生物標(biāo)志物，如CD8、可誘導(dǎo)共刺激分子（ICOS）、顆粒酶B等。

2.1 針對(duì)PD-1/PD-L1的顯像策略

荷蘭de Vries課題組于2018年首次在Nature Medicine上報(bào)道了將89Zr標(biāo)記的抗PD-L1抗體用于預(yù)測(cè)抗PD-L1療法對(duì)患者的治療效果，結(jié)果顯示，治療前的顯像探針攝取與患者生存率密切相關(guān)［21］。隨后，該課題組也報(bào)道了免疫治療前PD-1靶向PET對(duì)于患者抗PD-1治療效果的預(yù)測(cè)價(jià)值［22］。這些相關(guān)的研究開創(chuàng)了通過核醫(yī)學(xué)在體顯像腫瘤免疫相關(guān)分子標(biāo)志物以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)臨床免疫治療效果的先河。然而，越來越多的證據(jù)表明，腫瘤內(nèi)PD-1/PD-L1的表達(dá)具有異質(zhì)性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，因此通過其表達(dá)水平來對(duì)PD-1/PD-L1阻斷療法進(jìn)行療效有效性的預(yù)測(cè)僅局限在部分患者中，并非所有患者腫瘤中PD-1/PD-L1的表達(dá)量均與后續(xù)的治療效果相關(guān)［23］。

2.2 針對(duì)CD8+ T細(xì)胞數(shù)量的顯像策略

由于目前多數(shù)免疫治療策略最終發(fā)揮抗腫瘤作用依賴于CD8+T細(xì)胞在腫瘤內(nèi)的浸潤(rùn)和發(fā)揮效應(yīng)功能［24］，因此動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)腫瘤微環(huán)境中CD8+T細(xì)胞的浸潤(rùn)對(duì)于預(yù)測(cè)免疫治療的效果具有重要意義。近年來，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)開展了CD8+T細(xì)胞特異性顯像的研究，如采用放射性核素標(biāo)記的CD8抗體片段［25］、小分子抗體［26-27］、納米抗體［28-30］等進(jìn)行的核醫(yī)學(xué)顯像。其中最具代表性的工作同樣由de Vries課題組于2022年在Nature Medicine上發(fā)表，該工作使用89Zr標(biāo)記的抗CD8單臂抗體，用于預(yù)測(cè)腫瘤患者的免疫治療效果［31］。相比于PD-1/PD-L1，針對(duì)CD8分子的在體顯像可以更加直觀地觀察免疫治療后CD8+T細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的數(shù)量變化。然而，該策略存在兩點(diǎn)局限性：一是無(wú)法區(qū)分CD8+T細(xì)胞的來源。有研究［32］表明，腫瘤固有的和從外周浸潤(rùn)來的CD8+T細(xì)胞在抗腫瘤免疫過程中發(fā)揮的作用并不相同，免疫檢查點(diǎn)阻斷療法往往依賴于外周T細(xì)胞在腫瘤內(nèi)的浸潤(rùn)，而非腫瘤內(nèi)固有的T細(xì)胞。因此，這種對(duì)所有來源CD8+T細(xì)胞數(shù)量的顯像策略顯然不夠精準(zhǔn)；二是CD8靶向顯像無(wú)法判斷CD8+T細(xì)胞的激活狀態(tài)。腫瘤內(nèi)的CD8+T細(xì)胞包含多種亞群，如初始CD8+T細(xì)胞、旁觀者CD8+T細(xì)胞、功能失調(diào)CD8+T細(xì)胞、激活CD8+T細(xì)胞等［33］；只有經(jīng)過抗原提呈細(xì)胞（如樹突狀細(xì)胞）呈遞腫瘤抗原并激活后的CD8+T細(xì)胞才具有殺傷腫瘤細(xì)胞的能力。因此，單純地顯像CD8+T細(xì)胞的數(shù)量無(wú)法區(qū)分這類激活的CD8+T細(xì)胞亞群?；贑D8分子的顯像策略僅能夠從CD8+T細(xì)胞的數(shù)量出發(fā)進(jìn)行療效評(píng)價(jià)，而無(wú)法對(duì)CD8+T細(xì)胞的功能進(jìn)行更精準(zhǔn)的評(píng)估。一項(xiàng)對(duì)于TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)的回顧性分析［34］也指出，單純的CD8表達(dá)水平與患者生存率之間并沒有顯著相關(guān)性。這些前期的研究工作表明，尚需進(jìn)一步發(fā)掘CD8+T細(xì)胞在腫瘤免疫應(yīng)答中的新靶點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)活化后發(fā)揮效應(yīng)功能的CD8+T細(xì)胞的精準(zhǔn)顯像。

2.3 針對(duì)T細(xì)胞激活相關(guān)標(biāo)志物的顯像策略

ICOS和OX40等在激活型T細(xì)胞上呈現(xiàn)特異性高表達(dá)，為激活型T細(xì)胞的核醫(yī)學(xué)顯像探針的制備提供了重要靶點(diǎn)。近年來，已有研究將放射性核素標(biāo)記的ICOS抗體和OX40抗體用于顯像激活的T細(xì)胞，進(jìn)而監(jiān)測(cè)免疫檢查點(diǎn)阻斷［35］、嵌合抗原受體（chimeric antigen receptor T，CAR）-T細(xì)胞療法［36］、腫瘤疫苗［37］等多種免疫療法的治療效果。上述策略成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)激活型T細(xì)胞的在體可視化，然而，這些分子例如ICOS在激活后的免疫抑制性T細(xì)胞（如調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，Treg）同樣呈現(xiàn)高表達(dá)［38］。因此，無(wú)法通過PET對(duì)免疫抑制性T細(xì)胞的激活或細(xì)胞毒性T細(xì)胞（CD8+T細(xì)胞）的激活進(jìn)行有效區(qū)分，從而使免疫治療早期效果的判斷變得困難。同時(shí)，OX40通常高表達(dá)在CD4+T細(xì)胞上［37］，因此以O(shè)X40為靶點(diǎn)的PET對(duì)于以CD8+T細(xì)胞發(fā)揮主導(dǎo)作用的免疫治療策略的監(jiān)測(cè)價(jià)值有限。此外，目前靶向ICOS和OX40的核醫(yī)學(xué)顯像探針均為放射性核素標(biāo)記的抗體，其在體內(nèi)的清除時(shí)間較慢，往往需要多天才能達(dá)到最佳的靶/非靶比，嚴(yán)重限制了其臨床應(yīng)用。

2.4 針對(duì)CD8+ T細(xì)胞效應(yīng)功能的顯像策略

初始CD8+T細(xì)胞在經(jīng)過抗原提呈細(xì)胞的抗原提呈刺激后激活，通過分泌顆粒酶B、γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）等效應(yīng)分子來殺傷腫瘤細(xì)胞。這類效應(yīng)分子的分泌代表了多重免疫調(diào)控通路下的最終信號(hào)，因此對(duì)它們的顯像可以更直接地反映激活型CD8+T細(xì)胞的殺傷能力，從而更準(zhǔn)確地評(píng)估免疫治療的效果。已有研究［39］探索了以IFN-γ為靶點(diǎn)的PET在腫瘤免疫應(yīng)答過程中發(fā)揮的作用。該研究將放射性標(biāo)記的抗IFN-γ抗體用于腫瘤疫苗療效的預(yù)測(cè)。而針對(duì)顆粒酶B的PET策略首次于2017年提出，Mahmood課題組基于鼠顆粒酶B底物線性多肽序列研制了PET顯像探針68Ga-NOTA-GZP，并在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了其在免疫治療效果預(yù)測(cè)中的價(jià)值［40-41］，由于線性多肽在體內(nèi)的不穩(wěn)定性，目前尚未有68Ga-NOTA-GZP在臨床上進(jìn)一步應(yīng)用的報(bào)道。2022年，我們團(tuán)隊(duì)基于人顆粒酶B底物序列設(shè)計(jì)并優(yōu)化出新型小分子PET顯像探針68Ga-grazytracer，其相比于68Ga-NOTA-GZP具有更好的體內(nèi)穩(wěn)定性，且在臨床患者中實(shí)現(xiàn)了對(duì)CD8+T細(xì)胞效應(yīng)功能的在體可視化顯像［20］。然而，由于顆粒酶B作為分泌蛋白的固有特性，僅有細(xì)胞外的顆粒酶B才能夠被PET顯像探針捕獲［42］，這意味著尚需大量的臨床試驗(yàn)來明確顆粒酶B PET在患者免疫治療后的最佳窗口期。

3 總結(jié)與展望

相較于傳統(tǒng)的18F-FDG PET，靶向直接發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)的CD8+T細(xì)胞的在體可視化核醫(yī)學(xué)分子影像能夠更加精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)包括免疫檢查點(diǎn)阻斷療法、CAR-T細(xì)胞療法等CD8+T細(xì)胞所介導(dǎo)的免疫治療的效果。同時(shí)，亦能為腫瘤免疫學(xué)的基礎(chǔ)研究提供基于在體動(dòng)態(tài)可視化的新視角?；贑D8+T細(xì)胞數(shù)量的核醫(yī)學(xué)顯像由于無(wú)法有效區(qū)分免疫細(xì)胞的效應(yīng)功能，在直接判斷免疫治療效果方面具有一定的局限性。然而，其在免疫治療之前通過在體剖析CD8+T細(xì)胞在腫瘤的浸潤(rùn)狀況或許在區(qū)分免疫“冷”腫瘤或“熱”腫瘤方面具有一定的臨床價(jià)值。相較于基于CD8+T細(xì)胞數(shù)量的在體顯像，基于CD8+T細(xì)胞效應(yīng)功能的核醫(yī)學(xué)分子影像在理論上能夠更加精準(zhǔn)有效地判斷免疫治療的抗腫瘤效果。然而，目前能夠應(yīng)用于臨床的CD8+T細(xì)胞效應(yīng)功能顯像探針的種類有限。對(duì)現(xiàn)有CD8+T細(xì)胞效應(yīng)功能核醫(yī)學(xué)顯像探針的優(yōu)化，以及基于前瞻性臨床試驗(yàn)明確顯像窗口期和治療監(jiān)測(cè)效果，將會(huì)進(jìn)一步驗(yàn)證其臨床價(jià)值。另外，通過加強(qiáng)對(duì)腫瘤免疫的基礎(chǔ)研究，基于新靶點(diǎn)的發(fā)掘從源頭和底層設(shè)計(jì)面向T細(xì)胞激活及發(fā)揮效應(yīng)功能的創(chuàng)新性核醫(yī)學(xué)分子影像探針，將會(huì)為腫瘤精準(zhǔn)免疫治療帶來新的機(jī)遇。經(jīng)臨床驗(yàn)證有效的基于在體核醫(yī)學(xué)分子影像的腫瘤免疫治療監(jiān)測(cè)手段將會(huì)為免疫治療的精準(zhǔn)引導(dǎo)、及早提示更換治療策略、制訂新型聯(lián)合治療方案、指導(dǎo)腫瘤患者分層及臨床決策提供有力的支撐。