表皮生长因子(EGF)与肿瘤的放射性核素显像诊断和治疗.pdf

第12卷 第4期 1999年11月 同 位 素 Journal of Isotopes Vol 12 No 4 Nov 1999 表皮生长因子 EGF 与肿瘤的放射性核素显像诊断和治疗 李云春 谭天秩 华西医科大学附属第一医院核医学科 成都610041 摘要 肿瘤的分化程度 大小 阶段 有丝分裂指数或复发等特征与肿瘤的表皮生长因子受体密 度有显著的正比关系 且90 的肿瘤表面有高密度的表皮生长因子受体表达 其中54 的恶性肿瘤 的表皮生长因子受体能与外源性配体结合 因此 放射性核素标记表皮生长因子可实现恶性肿瘤的 显像诊断和治疗 本文着重介绍放射性核素标记表皮生长因子的肿瘤受体显像诊断和治疗的研究 现状和临床意义 关键词 表皮生长因子 EGF 肿瘤 表皮生长因子受体 EGFR 显像 诊断 治疗 中图法分类号 R817 O 575 111 研究证明 组织的肿瘤化病变伴随着受体密度的增加 但这种肿瘤细胞受体密度的早期构 象变化不能为CT或M R I提供足够信息 以显示肿瘤病变的存在 放射性核素标记生长抑素 及其类似物和放射性标记血管活性肠肽在临床诊断显像的成功应用 为恶性肿瘤的诊断和治 疗开辟了新的途径 但是 并不是所有肿瘤均含有高密度的生长抑素受体和血管活性肠肽受体 表达 如膀胱癌 肾脏癌 仅含有高密度的表皮生长因子受体 EGFR 1 3 而在探测 EGFR和 预测病人存活率方面 配体结合法比免疫组织化学方法更灵敏 3 因此 研究放射性核素标记 表皮生长因子 EGF 的肿瘤显像诊断和受体介导靶向治疗有重要的临床意义 本文拟就 EGFR肿瘤显像诊断和介导靶向治疗方面的研究现状予以阐述 1 EGF EGF是生长因子家族的主要成员之一 是一种主要由颌下腺和十二指肠Brunner腺产生 的 含53个氨基酸残基的多肽激素 它首先是在小鼠的下颌腺中发现 4 也存在于胰腺 甲状 腺 肠道 肝脏 1959年W alerfield在研究神经生长因子 N GF 时 偶然发现小鼠颌下腺提取 物能使新生小鼠提前开眼和门齿早萌 他们从中分离出一种活性因子 因其能直接刺激表皮的 生长与角化 故命名为表皮生长因子 5 小鼠EGF mEGF 相对分子量为6 045 D 等电点为 416 沉降系数1125 s 分子中有3个二硫键 为其生物活性位置 1975年有研究者用免疫亲和 层析法 从人尿中提取了一种与mEGF相似的多肽 称人表皮生长因子 hEGF 其生物活性 与mEGF相同 有共同的抗原部位 但理化性质不完全一致 研究还表明hEGF与mEGF的 53个氨基酸残基中有37个是相同的 3个二硫键也在各自的肽链相应位置上 正常人男女每 日尿中EGF的排出量分别为6310 310 g和5210 315 g 而且与肌酐的排出量呈线性相 关 人的唾液 乳汁 尿液和血浆中EGF浓度分别为6 17 80 29 272和2 4 g L 6 2 EGFR EGFR是由含1 186个氨基酸的单一肽链组成 7 它由膜外结合区域 跨膜转换区域和面 李云春 男 33岁 助理研究员 核医学专业 收稿日期 1999206222 修改稿收到日期 1999210210 临胞质效应区域三部分组成 研究证明 EGF的生理作用均通过与细胞膜上的EGFR结合而 发挥 EGF与EGFR具有特异性高亲和力 其解离常数Kd为0116 0177 nmol L 6 8 9 当 EGF与受体的结合区域结合发生构型变化 胞质内效应部位具有酪氨酸激酶 TK 活性和 A TP磷酸化底物的结合部位 在EGF作用下 受体本身能使酪氨酸自动磷酸化 引起细胞内 三磷酸肌醇和二脂酰甘油增多 作为第二信使引起细胞内游离Ca2 增多 激活蛋白激酶C和 环腺苷酶 改变细胞的骨架结构 使细胞分化 分裂和增殖 3 肿瘤与EGFR 越来越多的研究表明 90 的肿瘤表面有高密度的EGFR表达 其中54 的恶性肿瘤的 EGFR能与外源性配体结合 10 例如 膀胱癌 鳞状细胞癌 乳癌 神经胶质瘤 结肠癌 星形细 胞瘤 多形性恶性胶质瘤 肾脏癌 子宫颈部肿瘤 鳞状细胞癌和腺癌 乳头状甲状腺癌 硬胃 癌 胰腺癌和卵巢癌等均有高密度EGFR表达 1 3 8 9 11 21 EGFR 分子的胞内部分具有内在 的TK活性 又称受体酪氨酸激酶 RTK TK 使胞内蛋白分子中的酪氨酸磷酸化 是胞内信 息转导的重要步骤 信息最终传递到核内 启动与细胞生长 分化有关的基因转录 表达 EGFR羧基末端第992 1 068 1 173位磷酸酪氨酸均结合磷酸脂酶C 2 且EGFR羧基末端第 1 068位磷酰酪氨酸还为GRB2提供结合位点 使ras基因产物能参与胞内信息转导 因此 EGFR提供的结合位点至少通过磷酸脂酶C2 和GRB2两条信息转导途径 使EGF发挥作 用 因而 恶性肿瘤表面EGFR的高表达对肿瘤的失控生长无疑起火上加油的作用 更有甚 者 有的恶性肿瘤能分泌转化生长因子 TGF 2 它与EGF共享一个受体 通过自己表达的 EGFR形成一种自泌调节 促进肿瘤细胞的活跃生长 4 肿瘤的EGFR显像 恶性肿瘤表达的高密度EGFR对肿瘤具有重要的预后价值 8 9 但这种肿瘤细胞受体密 度的早期构象变化不能为CT或M R1提供足够信息 以显示肿瘤病变的存在 Yoshida等 3 利用EGFR的单克隆抗体通过冰冻肿瘤切片的免疫组织化学染色法和利用放射性标记EGF 通过配体结合法在21位肾细胞癌 RCC 病人中评价了EGFR的表达 通过配体结合法确定 了其中16例有EGFR 而通过免疫组织化学染色法确定了其中11例有EGFR 在确定EGFR 方面 两种方法之间具有显著的相关性 P 0 000 1 在死于RCC的所有病人中用配体结合 法确定均有EGFR 而用免疫组织化学法却有4例为EGFR阴性 这证明 在探测EGFR和预 测病人存活率方面 配体结合法比免疫组织化学法更灵敏 Harney 1 等将结合到EGFR细胞 外区域的单克隆抗体425用于评价膀胱癌细胞上这种抗原的表达 在试验的所有膀胱癌细胞 上发现有EGFR 利用单克隆抗体425浸润的14例人膀胱癌的免疫过氧化物酶染色证明10 例显示强染色 1例显示弱染色 3例为阴性 类似地检测了6例非浸润肿瘤 其中4例为阴性 1例显示弱染色 在荷人膀胱瘤异种移植物的无胸腺裸鼠中 放射性标记单克隆抗体425和异 种匹配对照抗体的生物学分布实验证明 在抗体注射后5天和7天时有特异肿瘤定位 在抗体 注射后5天获得了人膀胱肿瘤异种移植物的成功显像 因此 证明EGFR的表达与膀胱癌的 阶段相关 而且 EGFR能充当放射性免疫闪烁显像的靶抗原 1997年Capala等 15 发展了 99Tcm直接标记 EGF的方法 并观察放射性配体在荷EGFR阳性神经胶质瘤鼠体内注射后脑 内是否能定位 131 I和 99Tcm 标记EGF后 利用C6EGFR鼠神经胶质瘤细胞研究其体外吸收 结果细胞吸收131I的高峰出现在其与131I2EGF混合后保温约30 m in以后 随后降低 而99Tcm 放射性在其与99Tcm2EGF混合后保温的6 h期间继续增加 为了确定放射性标记EGF是否有 在体内肿瘤定位的特点 C6EGFR神经胶质瘤细胞被移植进入Fischer鼠大脑 4周后 在相同 条件下注射99Tcm2或131I2EGF进入正常或荷神经胶质瘤的动物 外部 闪烁显像揭示131I较 99Tcm快速从荷瘤动物的大脑区域消失 但直到12 h仍有约50 的放射性保留在肿瘤 相反 6 h后 仅有20 的放射性保留在非荷瘤动物大脑 该研究首次描述用 99Tcm 直接标记EGF的方 法 并证明利用外部闪烁显像可确定其存在于荷瘤动物的大脑 从而 放射性标记EGF诊断 EGFR阳性肿瘤取得了理论和实践依据 由于肿瘤的分化程度 大小 阶段 有丝分裂指数或复发等特征均与EGFR的密度有显著 322 第4期 李云春等 表皮生长因子 EGF 与肿瘤的放射性核素显像诊断和治疗 的正比关系 8 12 22 因此进行肿瘤EGFR显像具有重要的意义 可对EGFR阳性肿瘤 原发 或转移 提供敏感 特异的定性定位诊断方法 EGFR显像可预告该肿瘤治疗的有效性 对病 人治疗方法的选择有重要意义 可提供一种独特的受体研究技术 能在生理状态下显示活体 内受体的数目 密度和空间分布 有助于某些器官和组织的生理 病理和药理学研究 5 EGFR阳性肿瘤的靶向放射性核素治疗 近年来恶性肿瘤的治疗研究主要集中于基因治疗 多药耐药性的逆转及以TK为靶分子 开发抗癌新药 在开发抗癌新药过程中 当了解到生长因子受体具有内在的TK活性 而且是 生长因子借以实现其作用的重要一环之后 人们把注意力转向对RTK的研究 试图以RTK 为靶分子 开发抑制肿瘤细胞生长的药物 已建立筛选RTK阻断剂的简便方法 如 选择一个 表达EGFR的瘤细胞作靶细胞 以EGF处理靶细胞后用磷酰酪氨酸的特异单克隆抗体检测 其磷酸化的情况 若待测化合物有抑制RTK活性 结合磷酸酪氨酸单克隆抗体的量则必然减 少 该方法为EGFR阳性肿瘤的放射性核素治疗提供了理论指导 因而 Schm idt等 23 提出在 肿瘤内EGFR的升高表达和在肿瘤细胞表面EGFR的可接近性使EFGR成为定向肿瘤治疗 的潜在靶 1992年Brady等 18 用125I标记的抗EGFR单克隆抗体425治疗恶性星形细胞瘤 但未说 明其确切的疗效 1993年Takahashi等 24 将131I标记鼠单克隆抗体425的F ab 2片段用于实 验性人体恶性神经胶质瘤的免疫治疗 该抗体对表达于人神经胶质瘤的EGFR具有特异性 在裸鼠体内用555MBq 131 I标记425的F ab 2的两次注射获得了U287 M G人体恶性神经胶 质瘤异种移植物的生长抑制 表明131I标记单克隆抗体有显著的抗肿瘤作用 且其抗肿瘤作用 不是由抗体产生 说明抗体仅作为核素治疗的载体 但是 单克隆抗体应用于免疫治疗时有 HAMA反应 其在肿瘤部位的滞留时间短 沉积量少 且单克隆抗体容易变性 失去其载体功 能 而放射化学具有微量载体可载带足量的核素放射性的特点 因此 EGF可望成为EGFR阳 性肿瘤放射性核素治疗的载体 为EGFR阳性肿瘤的治疗提供一种新的途径 6 展 望 1997年Pirinen等 22 用免疫组织化学方法分析了198例女性乳癌活组织检查的EGF表 达 结果显示 腋下淋巴节状况 组织学类型 肿瘤大小 组织学等级 S相分数 有丝分裂指标 或癌症复发均与EGF的表达没有统计学的关联 肿瘤大小 P 0 007 腋下淋巴节多少 P 0 003 和雌激素含量 P 0 003 在多变量存活率分析中是独立的预后因素 而作为独立因素 的EGF阳性对存活率无影响 该研究说明EGF对恶性肿瘤无负面影响 进一步说明EGF可 作为恶性肿瘤的EGFR显像诊断和受体介导靶向放射性核素治疗的载体 在不久的将来 放 射性核素标记EGF将广泛用于恶性肿瘤的显像诊断和靶向放射性治疗 在放射性核素应用方面 由于131I标记物作为体内药物有较大的缺隐 如 体内稳定性差 易脱碘 能量低 半衰期过长等 而99Tcm是SPECT显像的最佳放射性核素 186Re 和90Y是肿 瘤放射性治疗的最佳核素 因此 99Tcm 和186Re或90Y将广泛用于EGFR阳性肿瘤的显像诊断 和治疗 在EGF的标记方面 放射性金属离子直接标记EGF是通过还原剂将EGF分子的二 硫键还原成的 SH对金属离子的螯合 但EGF的3个二硫键是其生物活性部位 直接标记无 疑影响其生物活性 降低其与EGFR的亲和力 而且 直接标记产物的体内稳定性差 因而 可 将金属离子螯合剂如DTPA与EGF分子的一个氨基连接制备DTPA2EGF 再通过DTPA分 子中余下的四个乙酸基团螯合99Tcm 186Re 或90 Y 实现核素标记 从而获得EGFR阳性肿瘤显 像或治疗的标记化合物99Tcm2DTPA2EGF或186Re2和90Y2DTPA2EGF 以实现恶性肿瘤EGFR 显像和治疗 参 考 文 献 1 Harney JV L iebert M W edemeyer G et al The Expression of Epidermal Grow th Factor Receptor on Human Bladder Cancer PotentialU se in Radioi mmunoscintigraphy J U rol 1991 146 1 227 2 Kobayshil T Honke K Gasa S et al Regulation of A ctivity L evels of Glyolipid Sulfotransferases by 422同 位 素 第12卷 T ransform ing Grow th Factor A lpha in Renal Cell Carcinoma Cell Cancer Res 1993 53 23 5 638 3 Yoshida K Hosoya Y Sum i S et al Studies of The Expression of Epidermal Grow th Factor Receptor in Human RenalCell Carcinoma A Comparison of Inmunohistochem icalM ethodV ersusL igandBinding A s2 say Oncology 1997 54 3 220 4 Fisher DA L akshmanan J M etabolism and Effects of Epidermal Grow th Factor and Related Grow th Factor inM ammals Endocr Rev 1990 11 2 418 5 W alerfield MD Peptide Regulatory Factor Epidermal Grow th Factor and Related M olecules L ancet 1989 1 6 1 243 6 谢丹红 表皮生长因子及其与内分泌激素的相互作用与调节 中华内分泌代谢杂志 1994 10 2 106 7 Carpenter G Cohen S Epiderm ic Grow th Factor J Biol Chem 1990 265 34 7 709 8 SantiniJ Formento JL FrancoualM et al Characterization Q uantification and PotentialClinicalV alue of the Epidermal Grow th Factor Receptor in Head and N eck Squanous Cell Carcinomas Head N eck 1991 13 2 132 9 L agrange JL FrancoualM Formento JL et al Demonstration and Characterization of EGF Receptors in Cancer of the U terine Cervix Bull Cancer Paris 1993 80 3 219 10 A rtagaveytia N L e Penven S Faletle N et al Epidermal Grow th Factor and T ransform ing H row th Factor A lpha M rnal Expression in Human Breast Cancer Biopsies A nalysis in Relation to Setradiol Progesterone and EGF Receptor Content J Steroid Biochem M olBiol 1997 60 3 4 221 11 M objtahedi H H ickish T N icolson M et al Phase 1 T rial and Localisation of the A nti2EGFR M ono2 clonalA ntibody ICR62 in Head and N eck or L ung Cancer Br J Cancer 1996 73 2 228 12 Szepeshazi K Schally AV Halmos G et al Effect of a Cytotoxic A nalog of LH2RH T2 98 on the Grow th of Estrogen2dependentM XT M ouseM ammary Cancers Correlations Between Grow th Charac2 teristics and EGF Receptor Content of Tumors Breast Cancer Res T reat 1996 40 2 129 13 Gohring UJ ScharlA A hrA V alue of I mmunohistochem icalDeterm ination of Receptors T issue Pro2 teases Tumor Suppressor Proteins and ProliferationM arkers as Prognostic Indicators in Pri maryBreast Carcinoma Geburtshife Frauenheilkd 1996 56 4 177 14 A dachi K Herlyn D Enhancement of Epidermal Grow th Factor Receptor EGF2R Expression on Glioma Cells by Cytokines N ippon Ika Daigaku Zasshi 1991 58 5 537 15 Capala J Barth RF BaileyMQ et al Radiolabeling of Epidermal Grow th FactorW ith 99Tcm and in V i2 vo Localization Follow ing Intracerebral Injection Into Normal and Glioma2bearing Rats Bioconjug Chem 1997 8 3 289 16 Stragliotto G V ega F Stasiecki P et al M ultiple Infusions of A nti2epidermal Grow th Factor Receptor EGFR M onoclonalA ntibody EMD55900 in PatientsW ith RecurrentM alignant Gliomas Eur J Can2 cer 1996 32A 4 636 17 Huang S T rujillo JM Chakrabarty S Proliferation of Human Colon Cancer Cells Role of Epidermal Grow th Factor and T ransform ing Grow th Factor A lpha Int J Cancer 1992 52 6 978 18 Brady LW M iyamoto C Woo DV et al M alignant A strocytomas T reated W ith Iodine2125 L abeled M onoclonalA ntibody 425 A gainst Epidermal Grow th Factor Receptor A Phase T rial Int J Radiat OncolBiol Phys 1992 22 1 225 19 N ess GO Haugen DR V arhaug JE et al Cytoplasm icLocalization of EGF ReceptorN Papillary Thy2 roid Carcinomas A ssociationW ith the 150 Kda Receptor Form Int J Cancer 1996 65 2 161 20 Yashiro M Chung YS N ishi mura S et al Establishment of Two N ew Scirrhous Gastric Cancer Cell L ines A nalysis of FactorsA ssociatedW ith D issem inatedM etastasis Br J Cancer 1995 72 5 1 200 21 张友会 肿瘤治疗研究动向 中华肿瘤杂志 1994 16 5 395 22 Pirinen R L ipponen P A altomaa S et al PrognosticV alue of Epidermal Grow th Factor Expression in Breast Cancer J Cancer Res Clin Oncol 1997 127 1 63 23 Schm idt M V akalopoulou E Schneider DW et al Construction and Functional Characterization of SCFV 14E1 2A Novel H ighly Potent A ntibody2toxin Specific for the EGF Receptor Br J Cancer 1997 75 11 1 575 24 Takahashi H N akazawa S Herlyn D Experi mental Radioi mmunotherapy of a Xenografted Human Glioma U sing 131 I L abeled M ononclonal A ntibody to Epidermal Grow th Factor Recptor N eurolM ed Chir Tokyo 1993 33 9 610 522 第4期 李云春等 表皮生长因子 EGF 与肿瘤的放射性核素显像诊断和治疗 EPI DERMAL GROW TH FACTOR AND I MAGINE D IAGNOSIS AND THERAPY OF TUMOURW ITH RAD I ONUCL I DES L i Yunchun Tan T ianzhi D epartm ent of N uclearM ed icine T he F irst U niversity H osp ital of W est China U niversity of M ed i