張琳焓，姜慧杰，李 勇

(1.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院PET/CT室，黑龍江 哈爾濱 150001；2.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院影像科，黑龍江 哈爾濱 150086)

結(jié)直腸癌是全球第3大常見癌癥，居癌癥死亡常見原因的第4位。預(yù)計2030年全球結(jié)直腸癌數(shù)量將增加60%，新病例達(dá)220萬以上，死亡達(dá)110萬例[1]。作為外科手術(shù)、化療和放射治療(簡稱放療)等的補充，免疫治療已成為癌癥治療的第4大支柱，而腫瘤免疫微環(huán)境(tumor immune microenvironment, TIME)是影響癌癥免疫治療的重要因素。TIME是腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment, TME)的重要組成部分，免疫細(xì)胞是腫瘤基質(zhì)的重要組成部分，在TME的構(gòu)建過程中發(fā)揮重要作用。適應(yīng)性免疫細(xì)胞(T細(xì)胞和B細(xì)胞)及先天免疫細(xì)胞[巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(dendritic cells, DC)、先天淋巴樣細(xì)胞、髓樣來源抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSC)和自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell, NKC)]參與促進(jìn)TME中腫瘤進(jìn)展，而腫瘤細(xì)胞與附近免疫細(xì)胞之間的相互作用構(gòu)成腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的TIME。TIME成分是癌癥預(yù)后的重要指標(biāo)，決定其對新型免疫療法的反應(yīng)。分子成像方法不僅能非侵入性地觀察體內(nèi)腫瘤免疫相互作用，還可通過細(xì)胞跟蹤策略或效應(yīng)分子的靶向作用靈敏地可視化檢測TIME組分的單個細(xì)胞或分子。下面對TIME中幾種常用的免疫細(xì)胞的分子影像學(xué)進(jìn)展進(jìn)行概述。

1 T細(xì)胞成像

免疫檢查點分子程序性死亡受體1(programmed cell death-1, PD-1)及其配體(programmed cell death-ligand 1, PD-L1)、細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4, CTLA-4)存在于T細(xì)胞上，采用針對檢查點相互作用的示蹤劑成像，可獲得有關(guān)T細(xì)胞存在、激活和遷移的信息[2]。目前免疫檢查點PD-1/PD-L1及CTLA-4已用于結(jié)直腸癌分子成像和靶向治療。許多研究專注于PD-1/PD-L1通路，通過阻斷PD-1/PD-L1信號通路激活機體免疫系統(tǒng)而抗腫瘤[3]，靶向PD-1/PD-L1通路的免疫顯像可減少穿刺等有創(chuàng)性的檢查，避免腫瘤異質(zhì)性的影響，提供原發(fā)灶、轉(zhuǎn)移灶及全身PD-1/PD-L1表達(dá)情況，為PD-1/PD-L1免疫治療提供更加準(zhǔn)確的篩選方法[4]。針對免疫細(xì)胞上表達(dá)PD-1的分子影像學(xué)成像已用于黑色素瘤及肺癌活體動物實驗[5-6]，但很少用于結(jié)直腸癌。影像學(xué)研究常采用標(biāo)記PD-L1的mAb(monoclonal antibody, mAb)觀察結(jié)直腸癌模型。ZHANG等[7]以近紅外(near-infrared, NIR)染料標(biāo)記抗PD-L1 mAb，通過體內(nèi)光學(xué)成像測試NIR-PD-L1-mAb探針追蹤結(jié)直腸癌細(xì)胞PD-L1表達(dá)的能力。WAN等[8]采用了由PD-L1 mAb和具有快速腎臟排泄功能的NIR-II分子熒光團(tuán)(IR-BGP6)組成的探針，成功識別了MC38腫瘤上PD-L1的表達(dá)。ZHONG等[9]使用抗PD-L1 mAb標(biāo)記的新型鋅摻雜的α相稀土納米顆粒進(jìn)行光學(xué)成像，該示蹤劑保留了游離抗體阻斷PD-1/PD-L1檢查點能力，可作為PD-L1分子成像和免疫治療藥物。通過對抗PD-L1 mAb進(jìn)行無創(chuàng)性成像，可監(jiān)測和評估結(jié)直腸癌中TME PD-L1表達(dá)，為免疫治療提供信息。CTLA-4是在活化的T淋巴細(xì)胞上表達(dá)的跨膜抑制受體。靶向CTLA4受體的免疫療法在各種癌癥中均表現(xiàn)出抗腫瘤功效。在體外標(biāo)記抗CTLA-4 mAb可與體內(nèi)CTLA-4受體靶向結(jié)合，通過分子影像學(xué)檢查可實現(xiàn)CTLA-4受體表達(dá)的定量測量，有助于理解腫瘤致病過程中的分子機制。HIGASHIKAWA等[10]使用抗小鼠CTLA-4 mAb發(fā)明了靶向CTLA-4的PET探針——64銅-1,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷-N，N'，N''，N?-四乙酸-抗小鼠CTLA-4 mAb(64Cu-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-N,N',N″,N?-tetraacetic acid-anti-mouse CTLA-4 mAb,64Cu-DOTA-抗-CTLA-4 mAb)，在使用探針后48 h，攜帶CT26腫瘤的免疫鼠中有更多的示蹤劑濃聚，因此表明腫瘤浸潤性T細(xì)胞是CTLA-4高表達(dá)的原因。

通過對免疫檢查點的阻斷，可逆轉(zhuǎn)患者的癌癥免疫逃逸并產(chǎn)生強大的抗腫瘤免疫力，已在多數(shù)癌癥中出現(xiàn)持久的抗腫瘤反應(yīng)[11-13]。但仍有相當(dāng)一部分患者對免疫檢查點抑制劑(immune checkpoint inhibitor, ICI)治療無效。對符合ICI治療條件的美國癌癥患者進(jìn)行分析評估，2018年的緩解率為12.46%[14]。因此，在免疫治療過程中，縱向監(jiān)測免疫反應(yīng)對患者進(jìn)行分層尤為重要。用于形態(tài)學(xué)評估的實體瘤療效評價標(biāo)準(zhǔn)(respond evaluation criteria in solid tumors, RECIST)在生物療法的早期反應(yīng)的評估方面不可靠[15]。因此，需要可靠的預(yù)測生物標(biāo)記物以篩選適合ICI治療的患者或評估早期治療效果。NAMAVARI等[16]開發(fā)了18氟標(biāo)記的阿拉伯呋喃糖基鳥嘌呤(18F-arabinofuranosyl guanine，18F-AraG)，該化合物在T細(xì)胞中具有明顯的選擇性聚積，可被用作活化T細(xì)胞的PET顯像劑。LEVI等[17]通過18F-AraG的攝取變化情況預(yù)測ICI治療反應(yīng)，可在PD-1治療后48 h內(nèi)區(qū)分反應(yīng)者和非反應(yīng)者。CD3+和CD8+T細(xì)胞在結(jié)直腸癌腫瘤中的浸潤情況已在世界范圍內(nèi)被驗證為重要的預(yù)后指標(biāo)[18-19]。TAVARé等[20]證明抗CD8免疫PET是結(jié)直腸癌免疫治療中檢測CD8表達(dá)變化的靈敏工具。RASHIDIAN等[21]使用89Zr標(biāo)記抗CD8單域抗體免疫PET成像，探索MC38荷瘤小鼠中腫瘤內(nèi)CD8+細(xì)胞的動力學(xué)分布，抗PD-1治療后CD8+T細(xì)胞從腫瘤邊緣向中心轉(zhuǎn)移，只有那些完全被CD8+T細(xì)胞浸潤的腫瘤才能治愈。CD3是T細(xì)胞受體復(fù)合物的一部分，可作為總T淋巴細(xì)胞標(biāo)志物，還與免疫應(yīng)答相關(guān)，是更可靠的預(yù)測因子。LARIMER等[22]開發(fā)了89鎬-對-異硫氰酸芐基-去鐵胺-CD3探針(89Zr-p-isothiocyanatobenzyl-deferoxamine-CD3,89Zr-DFO-CD3)，對抗CTLA-4治療的CT26荷瘤小鼠進(jìn)行PET成像，研究表明早期放射性示蹤劑攝取較高的腫瘤治療后體積縮小的更明顯。CD3+T細(xì)胞浸潤的PET成像可在解剖學(xué)發(fā)生明顯變化之前預(yù)測腫瘤對CTLA-4阻斷的反應(yīng)。體內(nèi)分子成像技術(shù)可無創(chuàng)評估免疫療法引起的T細(xì)胞反應(yīng)，可準(zhǔn)確預(yù)測免疫治療反應(yīng)，篩選適于接受者，將成為促進(jìn)免疫療法進(jìn)一步發(fā)展的重要工具。

2 骨髓來源的抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSC)成像

MDSC是骨髓來源的一群異質(zhì)性細(xì)胞，是DC、巨噬細(xì)胞和/或粒細(xì)胞的前體，能顯著抑制免疫細(xì)胞應(yīng)答。在癌癥的免疫調(diào)節(jié)中起重要作用，主要抑制T細(xì)胞和NKC反應(yīng)[23]。為了實現(xiàn)靶向MDSC分子成像，將PET示蹤劑與抗體結(jié)合在不同腫瘤模型中監(jiān)測骨髓細(xì)胞的分布是可行的。CD11b是在MDSC中高度表達(dá)先天免疫應(yīng)答的活性成分，在腫瘤組織中可作為炎癥微環(huán)境的標(biāo)志物。CHENG等[24]用99m锝(99mTc)標(biāo)記的抗CD11b抗體作為SPECT探針，來監(jiān)測結(jié)直腸癌模型中的炎癥微環(huán)境，成功觀測到CD11b+MDSC的起源和遷移，有助于結(jié)腸腫瘤的早期診斷。此外，標(biāo)記CD11b的分子成像還可以用來預(yù)測免疫治療反應(yīng)。RASHIDIAN等[21]在MC38結(jié)直腸腺癌模型中用PET顯像探索抗PD-1治療后腫瘤內(nèi)CD11b+髓樣細(xì)胞的動力學(xué)分布，研究表明，隨著腫瘤進(jìn)展其內(nèi)部的CD11b+髓樣細(xì)胞逐漸增多，未經(jīng)治療者腫瘤體積增大而CD11b+細(xì)胞的分布變得異質(zhì)，經(jīng)過免疫治療者腫瘤體積縮小且腫瘤中心的CD11b+細(xì)胞分布均勻。

3 巨噬細(xì)胞成像

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophage, TAM)是TME中占比較高的細(xì)胞，在促進(jìn)腫瘤發(fā)生和進(jìn)展、形成免疫抑制微環(huán)境、促進(jìn)轉(zhuǎn)移及建立癌前轉(zhuǎn)移微環(huán)境、促進(jìn)腫瘤血管生成等方面起著至關(guān)重要的作用[25]。因此，許多研究檢測TAM在癌癥中的生物學(xué)作用。分子影像學(xué)可無創(chuàng)、實時追蹤TAM，為腫瘤的早期診斷提供新的方法。CHOI等[26]將具有TAM特征的Raw264巨噬細(xì)胞用于TAM的動力學(xué)光學(xué)成像，引入了熒光素酶(Rluc)和mCherry報告基因，在體外和體內(nèi)監(jiān)測TAM對結(jié)腸癌細(xì)胞增殖的影響。AALIPOUR等[27]利用工程學(xué)將巨噬細(xì)胞改造成表達(dá)分泌蛋白和胞內(nèi)蛋白雙重功能具有“腫瘤相關(guān)”代謝特征的生物標(biāo)志物，通過生物發(fā)光成像和血液中的熒光素酶可早期檢測結(jié)直腸癌小腫瘤。LEE等[28]在皮下結(jié)腸癌小鼠模型中注射鐵蛋白標(biāo)記的巨噬細(xì)胞，MRI顯示在腫瘤內(nèi)出現(xiàn)負(fù)性對比增強，表明有巨噬細(xì)胞分布，以此用來追蹤腫瘤。對巨噬細(xì)胞進(jìn)行無創(chuàng)分子成像有助于理解腫瘤發(fā)展過程中TAM的生物學(xué)作用，對理解結(jié)直腸癌發(fā)生機制及早期診斷具有重要意義。

4 中性粒細(xì)胞成像

中性粒細(xì)胞促進(jìn)癌癥的轉(zhuǎn)移，其數(shù)量與患者預(yù)后和生存呈負(fù)相關(guān)[29]。為了對中性粒細(xì)胞活性進(jìn)行成像，已將中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(neutrophil elastase, NE)作為靶標(biāo)。NE是一種由中性粒細(xì)胞分泌的絲氨酸蛋白酶，具有促進(jìn)癌癥進(jìn)展、增強腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的能力。結(jié)直腸癌組織周圍的區(qū)域通常有中性粒細(xì)胞的增加或聚集，并伴有較高的NE沉積或表達(dá)[30]。HO等[31]將NE 680 FAST作為示蹤劑，靜脈注射到HCT-15誘導(dǎo)的異種移植物中，通過體內(nèi)光學(xué)成像發(fā)現(xiàn)在腫瘤區(qū)域顯示出最強的熒光強度，表明腫瘤周圍具有最大的NE活性，同時，NE抑制劑可抑制腫瘤生長和示蹤劑吸收，以上研究表明針對NE活性的靶向治療可能會是根除或抑制結(jié)直腸腫瘤生長的潛在治療方法。對NE進(jìn)行分子成像可協(xié)助開發(fā)更有效的治療方法。

5 DC成像

DC是免疫細(xì)胞中的一種，具有抗原呈遞功能，在腫瘤免疫過程中發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。靶向DC的分子成像可跟蹤DC位置和運動軌跡，監(jiān)測腫瘤對細(xì)胞免疫治療的反應(yīng)。19氟(19F)是天然鹵素，在生物組織中基本無分布，因此19F探針可行無背景MR成像。19F-MRI細(xì)胞檢測技術(shù)剛剛開始在臨床試驗中使用，并已經(jīng)確立了可行性[32]。AHRENS等[32]用富含氟的全氟化碳(MRI造影劑)納米乳劑離體標(biāo)記自體DC疫苗，肌內(nèi)注射給結(jié)直腸癌患者，通過19F-MRI可對注射部位進(jìn)行DC成像并進(jìn)行縱向持久性評估。19F-MRI能無創(chuàng)監(jiān)測治療細(xì)胞的體內(nèi)存活情況及其生物學(xué)行為，雖尚處于初始階段，但有望推動針對癌癥的細(xì)胞治療試驗。

總之，分子影像學(xué)可通過無創(chuàng)動態(tài)觀察及跟蹤TIME中腫瘤和免疫細(xì)胞特征而可視化顯示結(jié)直腸癌發(fā)展過程中免疫細(xì)胞的生物學(xué)作用，幫助選擇適于接受免疫療法的患者并監(jiān)測腫瘤反應(yīng)。當(dāng)前相關(guān)研究多處于臨床前階段，相信不久將進(jìn)入大規(guī)模臨床試驗；隨著新的生物標(biāo)記物的研發(fā)，分子影像學(xué)將能更好地呈現(xiàn)腫瘤TIME，更精準(zhǔn)地監(jiān)測腫瘤免疫治療及評估療效。