新技术有助理解免疫系统作用机制

抗体可以与特定的细胞目标结合，因此可以在PET中观察到。资料来源:卡特琳娜·孔/SPL

抗癌药物的发展起初似乎是乐观的。但是随后的猴子实验非常令人沮丧:猴子被设计用于靶向和杀死胰腺癌细胞的药物毒死。

美国加州基因泰克的西蒙·威廉姆斯是药物研究小组的成员，他指出该小组已经检查了收集的组织样本，但没有发现毒性迹象。但是当研究人员对活体成像并追踪药物在动物体内的传播时，他们最终找到了症结所在:这种基于抗体的药物主要被动物的骨髓吸收，从而杀死了骨骼中的白细胞。有鉴于此，研究人员放弃了这种药物。

通常，当生物药物进入活体时，研究人员不知道接下来会发生什么。从早期试验到最终临床应用，他们不确定这种药物到底有多有效。有时病人对药物有反应；有时候不是。不管结果如何，研究人员都想知道原因，但他们缺乏合适的工具。

现在，成像科学家和癌症研究人员正试图解决这个问题。他们将抗体和类似分子结合到免疫正电子发射断层扫描技术中。研究人员表示，随着癌症治疗变得越来越精确和复杂，用于评估疗效的工具也需要不断改进。现代生物疗法仅适用于部分患者，但医生无法准确预测哪些患者适合这种疗法。活组织检查只能告诉你肿瘤的一部分发生了什么，而免疫PET可以提供体内所有肿瘤的快照。

免疫PET使用抗体来识别靶细胞，但是设计一个免疫PET成像探针并不容易。放射性示踪剂的选择、抗体设计、成像动力学和其他因素需要仔细考虑。幸运的是，迄今为止科学家们已经取得了一些进展。现在，他们可以识别越来越多的免疫细胞和癌症组织，并且正在调整抗体结构以改善它们的特性。

斯坦福大学放射科主任、致力于癌症早期检测和管理的分子影像研究员萨姆·甘比尔(Sam Gambhir)指出，这个“免疫工具箱”非常必要。

无限潜力

从狭义上讲，免疫PET是一种使用抗体或相关分子作为显像剂的工具。研究人员选择一种抗体或类似的分子来识别感兴趣的细胞，如帮助癌细胞避免免疫系统攻击的帕金森病L1，或被标记为杀死T细胞的CD8。当他们将抗体注射到动物体内时，抗体会扩散到身体的所有部位，直到到达目标细胞并与之结合。

研究人员用半衰期短的放射性同位素标记抗体。这些聚酯标签发射正电子。当正电子与体内的电子碰撞时，会产生一对伽马射线粒子，它们会以相反的方向高速相互离开。只要同时检测到这对粒子，就可以显示目标在体内的位置和丰度。研究人员可以将这些数据叠加在计算机断层扫描或磁共振成像扫描图像上，以确定抗体标签的位置。

生物学家和临床医生正在使用免疫疗法来解释为什么有些病人对治疗有反应，而有些病人却没有。

例如，几年前，荷兰格罗宁根大学医学中心的肿瘤学家伊丽莎白·德·弗里斯(Elisabeth De Vries)和其他人对56名晚期乳腺癌患者进行了免疫组化成像。该组患者接受曲妥珠单抗治疗。利用放射性标记，该小组发现29%的患者肿瘤不吸收大量抗体。这意味着患者不太可能从治疗中受益。德弗里斯等人和三家荷兰研究机构正在进行一项实验，以测试这种预成像是否能改善200名新诊断的女性转移性乳腺癌患者的治疗。这项实验有望在今年晚些时候完成志愿者招募。

事实上，许多癌症发展很快，当传播或转移到身体的其他部位时，可能不同于最初的肿瘤。因此，仅活检一个转移性肿瘤是不够的。免疫宠物扫描全身的能力也有助于解决这个问题。纽约市纪念斯隆凯特琳癌症中心分子成像和纳米技术中心主任贾森·刘易斯说，癌症患者通常有不止一个转移灶，可能有多个转移灶，但你不能对所有这些转移灶进行活检。但是现在有了免疫宠物，研究人员和医生可以对这些转移进行成像。

辅助疗法

洛杉矶加利福尼亚大学的医学肿瘤学家和黑色素瘤研究员安东尼·里巴斯指出，正在开发的免疫疗法也可能受益于免疫疗法。例如，在免疫检查点抑制疗法中，肿瘤细胞表面的受体与T细胞表面的受体反应，从而抑制T细胞的免疫功能。免疫检查点抑制剂结合两种受体之一并抑制其活性，从而激活肿瘤周围的T细胞并使其能够发挥肿瘤杀伤功能。

然而，里巴斯说，这种杀伤机制的一个基本假设是，细胞表面蛋白CD8可以识别位于肿瘤附近的杀伤性T细胞。但情况并非总是如此。“有了新技术，你可以确定免疫系统是否可以被激活。如果肿瘤中没有CD8细胞，那么使用检查点抑制剂不能激活那里的T细胞。”他说这些病人需要其他治疗。

此外，里巴斯说，当免疫细胞过度激活并损伤其他组织时，免疫检查点疗法可能会引起副作用。例如，肠道炎症是黑色素瘤检查点抑制剂YPliem Ma的常见副作用。他推测用宠物免疫可能使临床医生尽早观察到这些副作用。

这些临床问题促使里巴斯与安娜·吴合作，她是加州大学洛杉矶分校的成像科学家，也是加州成像公司ImageB的联合创始人。吴指出，免疫PET甚至可以在治疗的早期和肿瘤开始缩小之前就显示治疗是否有效。

此外，在药物开发实验室，免疫宠物还可以帮助研究人员决定是否继续开发抗体。免疫治疗领域经常讨论的一个问题是:抗体能被运送到骨转移吗？成像结果给了我们一个明确的答案。”威廉姆斯说。免疫宠物有助于研究开始提到的抗体-药物结合物对非人灵长类动物的毒副作用，以找出药物如此致命的原因。

时间紧迫

研究人员指出，单克隆抗体可以产生非常漂亮的免疫宠物图像。然而，将抗体递送至目标组织并将未结合至目标细胞的单克隆抗体排出体外以产生具有良好对比度和特异性的图像的整个过程可能需要1周。

在某些情况下，这个时间范围是可以接受的。例如，在药物开发中，研究人员需要决定是否继续开发候选药物，并且通常没有时间等待新的和更快的成像剂。

然而，在临床实践中，时间是成像测试的首要考虑因素。约翰·霍普金斯大学的分子成像科学家斯里达尔·尼玛加达说，普通免疫宠物被用于晚期癌症患者。“对于这些患者，需要尽快做出临床决定，而一周时间仍然太长。”

因此，研究人员也在尝试开发不低于抗体精度的分子，但分子量更小，药物动力学更好。例如，吴的实验室已经设计出细长的抗体变体，称为“微型抗体”和“双抗体”。这些抗体保留了传统单克隆抗体与抗原相互作用的部分，但去除了与免疫系统其他部分接触的部分。所有这些抗体只保留与目标分子结合的能力。吴指出，患者注射抗体后1天内即可成像。

在波士顿儿童医院的分子生物学家Hidde Ploegh的实验室中，来自美洲驼、羊驼和骆驼的抗体被用于获得具有更快药代动力学的免疫组化显像剂。这些骆驼产生的抗体只含有一种链，而不是传统抗体的两种链，它们的重量只有传统抗体的1/10。然而，它们也比常规抗体更容易去除，并且在组织中更深地饱和。

约翰·霍普金斯大学核医学和分子成像系主任、放射学家和分子成像科学家马丁·庞贝指出，任何允许病人在几个小时内成像然后离开医院的方法都应该受到鼓励。

此外，保持抗体准确性的另一个策略是采用两步方法。研究人员给患者注射抗体，然后等待1周，直到没有结合目标的抗体从体内排出。然后注射第二个较小的标记探针，该探针快速结合第一次注射的抗体。这种方法中使用的放射性同位素半衰期较短。

该方法依赖于“双特异性”抗体的产生。抗体有两个结合位点:一个位点与蛋白质靶结合，另一个位点与放射性标记的探针结合。

史蒂文·拉森是纪念斯隆-凯特琳癌症中心分子药理学项目的负责人，他指出，就像免疫宠物一样，两步策略并不是一个新想法。然而，成像和抗体工程的进步使得两步策略成为令人兴奋的产品。拉森认为，这种方法可以为放射免疫疗法注入新的活力(利用抗体特异性和放射性毒性药物对肿瘤的靶向输送)。(唐毅宸编译)

《中国科学日报》(2017-05-02第三版国际版)