今天為大家分享一篇近期發(fā)表在臨床腫瘤學TOP期刊《Clinical Cancer Research》的研究，題目為 “68Ga-NK224 PET/CT for Non-Invasive Evaluation of PD-L1 Expression and
Inter-Tumor Heterogeneity: A Translational Exploratory Study”。在這篇文章中，研究團隊開發(fā)了一種靶向PD-L1的新型環(huán)肽放射性探針68Ga-NK224，展示了其在非小細胞肺癌（NSCLC）患者中無創(chuàng)評估PD-L1表達并揭示瘤間異質性方面的臨床轉化潛力。本文的通訊作者是廈門大學附屬第一醫(yī)院的陳皓鋆教授、林勤教授、鐘山教授，第一作者是廈門大學附屬第一醫(yī)院趙亮主治醫(yī)師、逄一臻博士和丁毅副主任醫(yī)師。
研究背景介紹
免疫檢查點抑制劑（ICB）特別是針對PD-1/PD-L1通路的治療策略，已顯著改善多種惡性腫瘤患者的生存結局。PD-L1表達是目前指導免疫治療的重要生物標志物，但傳統(tǒng)組織活檢存在取樣局限，無法準確反映全身病灶及其動態(tài)變化，亟需一種無創(chuàng)、可重復、全身性的檢測手段。
靶向PD-1及其配體PD-L1的免疫檢查點抑制劑（ICB）已成為包括非小細胞肺癌（NSCLC）在內(nèi)的多種惡性腫瘤治療的重要基石之一。然而，如何精準篩選最可能獲益的患者仍是臨床面臨的一大挑戰(zhàn)。目前，PD-L1表達、腫瘤突變負荷（TMB）、微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）等生物標志物被用于指導免疫治療，其中PD-L1腫瘤比例評分（TPS）是NSCLC中常用的生物標志物。盡管如此，PD-L1的表達水平與療效并非完全一致，部分高表達患者療效不佳，而低表達甚至陰性者亦可受益，提示傳統(tǒng)組織活檢存在取樣局限，無法準確反映全身病灶及其動態(tài)變化，亟需一種無創(chuàng)、可重復、全身性的檢測手段。
核醫(yī)學分子影像，特別是PET技術，具備非侵入、全身覆蓋和定量評估的特點，已成為靶向表達可視化的有力工具。盡管已有抗PD-L1抗體放射探針用于PET成像研究，但其成像時間長、成本高、免疫原性強等問題限制了臨床推廣。相比之下，小分子肽類探針具備快速清除、良好組織穿透性和高對比成像等優(yōu)勢，成為更具前景的替代選擇。
本研究中，作者團隊開發(fā)了一種特異性靶向PD-L1的環(huán)肽類分子探針NK224，使用NOTA螯合劑實現(xiàn)與68Ga/18F的高效標記，具有良好的體內(nèi)分布性質及PD-L1靶向親和力。在臨床前系統(tǒng)評估的基礎上，研究團隊進一步完成了68Ga-NK224在NSCLC患者中的臨床轉化研究，探索其在PD-L1表達可視化、腫瘤異質性評估以及免疫治療靶點占用監(jiān)測中的應用潛力。
研究結果
68Ga/18F-NK224的體外性能評價
NK224是一種14個氨基酸的環(huán)狀多肽，其序列為環(huán)- (Ac-Tyr-NMeAla-Asn-Pro-His-Glu-Hyp-Trp-Ser-Trp- NMeNle-NMeNle-Lys-Cys)-Gly-NH2，將NOTA作為螯合劑連接NK224，合成可用于18F和68Ga標記的靶向探針NK224（圖1A）。放射性標記后的68Ga-NK224與18F-NK224比活度均達30 GBq/μmol以上，放射化學純度≥99%，在PBS和FBS中2小時內(nèi)保持高度穩(wěn)定（圖1B-C）。
在細胞水平，68Ga-NK224對PD-L1具有良好的結合親和力（IC50 = 2.45 nM）（圖1D）。在不同PD-L1表達水平的細胞系中（U87-MG > C666-1 > A549），探針攝取量與PD-L1表達呈高度正相關（圖1E-G）。阻斷實驗顯示，過量未標記NK224或PD-L1商品化抗體可使探針攝取降低90%以上，證實其特異性（圖1E）。
圖1. 68Ga-NK224和18F -NK224的體外評價。(A) NK224的化學結構及其放射性標記示意圖。(B-C) 68Ga-NK224和18F-NK224在PBS和FBS中的穩(wěn)定性分析。(D) NK224與PD-L1的結合親和力評估。(E) 68Ga-NK224在A549、C666-1和U87-MG細胞中的攝取與阻斷實驗。(F-G) A549、C666-1和U87-MG細胞中PD-L1表達水平的western blot和流式細胞術檢測結果。
68Ga-NK224和18F-NK224的體內(nèi)性能評價
在高表達PD-L1的U87-MG荷瘤小鼠模型中，68Ga-NK224顯示了良好的體內(nèi)分布及靶向特異性。小動物PET顯像顯示，注射后1小時和2小時，68Ga-NK224在腫瘤內(nèi)的攝取與對照探針68Ga-WL12（已進入臨床試驗的PD-L1探針）相當，但在肝、腎、肺等正常器官的背景攝取顯著更低，從而獲得了更高的腫瘤/背景比（圖2A）。當同時注射過量未標記的NK224或hPD-L1抗體后，腫瘤攝取顯著降低，進一步驗證了探針的PD-L1靶向特異性。離體組織生物分布結果與PET成像高度一致（圖2B）。在相同動物模型中，使用18F標記的NK224也獲得了與68Ga-NK224一致的腫瘤顯像效果，在1-2小時內(nèi)均可實現(xiàn)清晰成像，具備良好的腫瘤/背景比（圖2C），展現(xiàn)跨放射性核素平臺的一致性。為了進一步驗證探針識別不同PD-L1表達水平的能力，研究使用了U87-MG（高表達）、C666-1（中表達）和A549（低表達）三種異種移植瘤模型。結果顯示，68Ga-NK224的腫瘤攝取量與PD-L1表達量高度相關，呈現(xiàn)U87-MG > C666-1 > A549的趨勢（圖2D），與相應腫瘤組織的PD-L1免疫組化染色結果相符（圖2E）。
圖2. 68Ga-NK224和18F-NK224的體內(nèi)評價。(A) U87-MG腫瘤模型中使用68Ga-WL12和68Ga-NK224的代表性PET顯像圖像，以及68Ga-NK224的阻斷實驗圖像；(B) U87-MG腫瘤模型中68Ga-WL12與68Ga-NK224的組織分布定量結果，包括68Ga-NK224的阻斷實驗數(shù)據(jù)；(C) U87-MG腫瘤模型中18F-NK224的代表性PET顯像圖像；(D) A549、C666-1和U87-MG荷瘤小鼠在注射后1小時的代表性PET圖像，顯示PD-L1特異性的腫瘤攝取情況；(E) 對應腫瘤組織的PD-L1免疫組化染色及H&E染色圖像。
68Ga-NK224具有良好的體內(nèi)分布性質和臨床安全性
3名健康志愿者的劑量學分析顯示，使用OLINDA軟件計算的有效劑量為2.06E-02 mSv/MBq，符合核醫(yī)學放射性探針的輻射安全標準。放射性示蹤劑體內(nèi)主要分布于脾臟和肝臟，未見其他臟器的異常濃聚（圖3A-B）。2023年5月至2024年11月，團隊開展了一項前瞻性臨床轉化研究，共納入37例肺癌患者接受68Ga-NK224 PET/CT掃描，其中31例具備PD-L1免疫組化染色結果并納入分析。無論是健康志愿者還是肺癌患者，注射后 4 小時內(nèi)所有受試者均無不良反應，表現(xiàn)出良好臨床安全性。
圖3. 68Ga-NK224在3位健康志愿者體內(nèi)的分布情況。（A）注射后15、30、60和120分鐘的代表性PET成像，顯示示蹤劑在正常器官中的分布情況。（B）主要器官（包括肝臟、脾臟、肺部和腎臟）在注射后15、30、60和120分鐘的SUVmean半定量分析。
NSCLC患者PD-L1表達與68Ga-NK224攝取高度相關，而與18F-FDG攝取無關
本研究納入的31例肺癌患者中28例為初治患者接受PET/CT初始分期，3例用于評估腫瘤復發(fā)轉移。26例患者獲取了肺部腫瘤活檢標本，6例獲取了肺外轉移灶標本（1例同時獲取原發(fā)灶和骨轉移灶標本）。根據(jù)PD-L1表達水平，11例為陰性表達（<1%），14例中表達（1-49%），7例高表達（≥50%）。PD-L1陰性、中、高表達組68Ga-NK224的SUVmax中位數(shù)（四分位距）分別為2.6（2.0-3.3）、4.3（3.7-4.9）和7.8（7.3-11.8）。18F-FDG攝取與PD-L1表達無相關性（圖4A），而68Ga-NK224攝取與PD-L1表達呈顯著正相關（圖4B，p<0.001）。圖4C展示了不同PD-L1表達水平患者的代表性68Ga-NK224 PET/CT圖像及免疫組化染色結果。
圖4. 68Ga-NK224腫瘤攝取與PD-L1表達水平的相關性分析。（A-B）Kruskal-Wallis檢驗結果顯示：18F-FDG SUVmax與PD-L1表達無顯著相關性（P=0.138），而68Ga-NK224 SUVmax與PD-L1表達呈顯著相關（H=24.994，P<0.001）。（C）不同PD-L1表達水平患者的18F-FDG與68Ga-NK224 PET/CT圖像及對應免疫組化染色標本（紅圈標示CT引導下活檢部位）的代表性病例。上排：18F-FDG SUVmax 15.3，68Ga-NK224 SUVmax 8.2，PD-L1 TPS 80%；中排：18F-FDG SUVmax 10.1，68Ga-NK224 SUVmax 4.8，PD-L1 TPS 2%；下排：18F-FDG SUVmax 10.4，68Ga-NK224 SUVmax 2.2，PD-L1 TPS <1%。比例尺：50μm。
31例患者共檢出31個肺部腫瘤和215個轉移灶。肺部腫瘤與轉移灶的68Ga-NK224 SUVmax中位數(shù)均為4.1（四分位距分別為3.3-4.9和2.6-5.8），組間無顯著差異（p=0.709）。Spearman相關性分析顯示246個腫瘤病灶的68Ga-NK224攝取與病灶大小無顯著關聯(lián)（p=0.187），提示其攝取更可能反映靶點表達而非腫瘤大小。為評估68Ga-NK224 PET/CT可視化腫瘤PD-L1表達異質性的能力，研究者分析了同一患者不同病灶的攝取差異。圖5A展示典型病例：肺部原發(fā)灶（PD-L1低表達，SUVmax 5.0）與骨轉移灶（PD-L1高表達，SUVmax 11.8）的68Ga-NK224攝取差異顯著，而二者18F-FDG攝取相近（原發(fā)灶SUVmax 7.8，骨轉移灶8.6）。31例患者中24例存在多發(fā)性轉移灶，這些患者病灶間68Ga-NK224 SUVmax的中位變異系數(shù)（CV）達27.5%（范圍5.7%-53.2%）。為進一步評估68Ga-NK224 PET/CT在識別患者體內(nèi)PD-L1表達異質性方面的能力，通過數(shù)據(jù)可視化展示了每位患者不同病灶之間的探針攝取差異（圖5B）。
圖5. 68Ga-NK224 PET/CT可視化患者內(nèi)PD-L1表達異質性。（A）轉移性NSCLC患者的代表性PET/CT圖像：18F-FDG在原發(fā)灶（紅色箭頭，SUVmax 7.8）與骨轉移灶（藍色箭頭，SUVmax 8.6）攝取相似；68Ga-NK224在兩者攝取差異顯著（原發(fā)灶SUVmax 5.0，骨轉移灶SUVmax 11.8）；隨后CT引導活檢及免疫組化證實：肺病灶PD-L1低表達，骨轉移灶PD-L1高表達；（B）24例患者病灶68Ga-NK224攝取（SUVmax）全景展示：包含24個原發(fā)灶和215個轉移灶，圖示呈現(xiàn)SUVmax值、腫瘤大小、活檢部位等多維度參數(shù)上的差異。
連續(xù)68Ga-NK224 PET/CT監(jiān)測PD-L1靶點可及性，指導PD-L1免疫治療給藥頻率
為評估抗PD-L1抗體對腫瘤PD-L1靶點的結合情況，本研究對接受PD-L1免疫治療的NSCLC患者進行了連續(xù)的68Ga-NK224 PET/CT掃描，時間節(jié)點包括治療前基線及治療后1、7、21天。如圖6所示，基線期NSCLC原發(fā)灶的68Ga-NK224攝取顯著，表明腫瘤對該顯像劑的親和力較強。經(jīng)過抗PD-L1免疫治療后，患者在治療后1天和7天的腫瘤68Ga-NK224攝取明顯降低，提示治療初期藥物對PD-L1靶點的有效結合與抑制作用。然而，在治療后21天時，病灶對68Ga-NK224的攝取出現(xiàn)輕度升高，這表明抗PD-L1抗體在超過21天的時間內(nèi)仍能有效占據(jù)PD-L1靶點。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，接受抗PD-L1免疫治療后，肝臟、脾臟和骨髓的68Ga-NK224攝取顯著降低，而正常肺組織的顯像劑攝取變化較小。
圖6. PD-L1抗體治療前后連續(xù)68Ga-NK224 PET/CT掃描評估。（A）NSCLC患者治療前和PD-L1抗體給藥后第1、7和21天的68Ga-NK224 PET/CT圖像；（B）柱狀圖描繪了PD-L1抗體治療前后腫瘤、肝臟、脾臟、骨髓、肺和腎臟等主要器官的SUVmax變化。
最后，研究團隊探討了連續(xù)68Ga-NK224 PET顯像動態(tài)監(jiān)測免疫治療期間PD-L1的靶點狀態(tài)，進而評估腫瘤病灶中PD-L1抗體對相應靶點的占用情況，從而為PD-L1免疫治療的頻率提供指導（見圖7A-B）。在U87-MG移植瘤小鼠模型中，基線期腫瘤對68Ga-NK224表現(xiàn)出高度攝取（見圖7C）。在接受PD-L1抗體（10 mg/kg）治療后的第1和第3天，腫瘤攝取持續(xù)下降，而在治療后的第5和第7天，腫瘤攝取略有回升（第3天為0.6±0.2% ID/g，第7天為1.7±0.2% ID/g，見圖7D），這證實了PD-L1抗體在腫瘤病灶中至少持續(xù)了7天的靶點占用。
為了探索PD-L1分子影像引導的靶點監(jiān)測在免疫治療優(yōu)化中的價值，研究團隊比較了兩種給藥方案：一種是基于68Ga-NK224 PET指導的每周一次給藥方案，另一種是傳統(tǒng)的每周三次給藥方案。在hu-CD34+人源化免疫系統(tǒng)小鼠的U87-MG異種移植瘤模型中，對照組腫瘤快速進展，而兩種hPD-L1抗體方案均有效抑制了腫瘤生長。值得注意的是，68Ga-NK224 PET指導下的低頻給藥組的療效并未遜色于傳統(tǒng)治療方案（見圖7E-F）。這表明，連續(xù)的68Ga-NK224 PET可在免疫治療期間動態(tài)監(jiān)測病灶中的PD-L1表達，有望作為指導PD-L1抗體治療頻率和劑量調(diào)整的精準工具，具有實現(xiàn)個體化治療策略優(yōu)化的潛力。
圖7. 利用68Ga-NK224 PET動態(tài)監(jiān)測hPD-L1靶點占用率，指導hPD-L1抗體給藥頻率。（A）使用hPD-L1抗體治療前后，68Ga-NK224 PET顯像評估可利用的PD-L1靶點的示意圖；（B）實驗設計說明了68Ga-NK224 PET對hPD-L1靶點變化的動態(tài)可視化，為優(yōu)化給藥間隔提供了見解；（C-D）PET成像結果和定量分析68Ga-NK224在基線和hPD-L1抗體給藥后第1,3,5和7天的腫瘤攝取。紅色圓圈表示腫瘤區(qū)域。（E-F）給藥頻率為每周1次（QW）組、常規(guī)頻率為每周3次（TIW）組和生理鹽水對照組腫瘤生長曲線和體重變化的比較。
結論
基于NK224的新型PD-L1靶向多肽，兼具優(yōu)良的腫瘤靶本底比及體內(nèi)分布性質，能夠準確評估全身腫瘤病灶中PD-L1的表達水平，并能清晰可視化其PD-L1空間異質性。此外，該探針還能動態(tài)監(jiān)測免疫治療期間病灶中的PD-L1靶點狀態(tài)，為免疫治療的個體化給藥頻率優(yōu)化提供了全新的影像學工具與策略支持。這一研究為腫瘤免疫治療的精準化發(fā)展開辟了新的方向。
原文鏈接：https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-25-0160
通訊作者簡介
陳皓鋆，廈門大學附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學科&閩南PET中心副主任，科研處副主任，臨床醫(yī)學研究院副院長。教授，博士生導師，國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者。研究方向為核醫(yī)學顯像及治療的臨床轉化。擔任核醫(yī)學頂刊J Nucl Med編委、 Eur J Nucl Med Mol Imaging編委、《中華核醫(yī)學與分子影像雜志》編委；主持國家自然科學基金3項，并主持福建省杰出青年科學基金、福建省衛(wèi)健委重大項目。入選中國研究型醫(yī)院評價遴選“研究型人才”、福建省衛(wèi)健委“高層次領軍人才”；榮獲中華醫(yī)學會核醫(yī)學分會“希望之星”、北美核醫(yī)學與分子影像學會“青年科學家”獎（SNMMI Ones to Watch，全球30名）。
林勤，主任醫(yī)師，廈門大學教授，博士生導師，廈門大學附屬第一醫(yī)院黨委副書記。現(xiàn)任中華醫(yī)學會放射腫瘤治療學分會委員，福建省醫(yī)學會放射腫瘤治療學分會副主任委員，福建省抗癌協(xié)會鼻咽癌專業(yè)委員會副主任委員，廈門市醫(yī)學會腫瘤放療分會主任委員。任《中華放射醫(yī)學與防護雜志》等多種期刊編委。美國得克薩斯大學M.D. Anderson 癌癥中心訪問學者，美國Duke University訪問學者。主持或已主持國家自然科學基金、福建省衛(wèi)生廳、廈門市科技局及全國多中心前瞻性臨床研究廈門分中心等多項課題。研究內(nèi)容多次在美國國際放射腫瘤學年會上壁報交流。近五年以通訊作者在Clin Cancer Res、J Nucl Med、Signal Transduction and Targeted Therapy、 Eur J Nucl Med Mol Imaging、Radiotherapy & Oncology、Theranostics、中華核醫(yī)學與分子影像雜志等期刊發(fā)表研究論著20余篇。主要研究方向：分子影像引導下的鼻咽癌、肺癌、肝癌等領域的腫瘤精確放療以及SBRT（立體定向低分割放射治療）。
鐘山，病理科副主任（主持工作），主任醫(yī)師。從事病理診斷工作20多年。擅長腫瘤病理診斷，精于術中冰凍、免疫組化及分子病理診斷。有豐富的臨床教學經(jīng)驗，系國家級住院醫(yī)師規(guī)范化培訓基地主任。發(fā)表多篇學術論文，參編多項行業(yè)指南。兼任中華醫(yī)學會病理分會學組委員、廈門市病理質控中心主任委員、廈門市醫(yī)學會病理學分會主任委員。
第一作者簡介
趙亮，廈門大學附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學科&閩南PET中心主治醫(yī)師。以第一/通訊作者在J Clin Invest、Clin Cancer Res（2篇）、Radiology、J Nucl Med（6篇）、Eur J Nucl Med Mol Imaging（7篇）、Signal Transduction and Targeted Therapy、Theranostics、JITC等國際權威期刊發(fā)表論著31篇（5篇入選ESI高被引論文）、個案報道8篇，H影響因子25，累計被引超過2600次。連續(xù)入選2022、2023全球“前2%頂尖科學家”榜單（world’s top 2% scientists），獲得2023、2024、2025年北美核醫(yī)學與分子影像學會Alavi-Mandell獎，2024年北美核醫(yī)學與分子影像年會國際最佳摘要和旅行獎，并以主要完成人獲廈門市科技進步二等獎、福建省科技進步三等獎、福建省抗癌協(xié)會科技進步獎二等獎。
逄一臻，廈門大學2021級腫瘤學博士研究生，導師為廈門大學附屬第一醫(yī)院林勤教授和陳皓鋆教授，碩博在讀期間以第一作者/共同第一作者在J Clin Invest、Clin Cancer Res、Radiology、J Nucl Med、Eur J Nucl Med Mol Imaging、Signal Transduction and Targeted Therapy、JITC等國際權威期刊發(fā)表研究論文多篇。多次碩士及博士研究生國家獎學金，獲得2021歐洲核醫(yī)學會（EANM）“年度最佳論文獎”、2024年北美核醫(yī)學協(xié)會Alavi-Mandell獎，以共同完成人身份獲廈門市科技進步二等獎、福建省抗癌協(xié)會科技進步獎二等獎。
丁毅，副主任醫(yī)師，畢業(yè)于福建醫(yī)科大學病理學專業(yè)，從事病理診斷近20年，曾于北京友誼醫(yī)院病理科進行淋巴造血系統(tǒng)亞專科進修，師從國內(nèi)著名淋巴瘤專家周小鴿教授。福建省醫(yī)學會消化病學分會消化病理學組委員，福建省醫(yī)師協(xié)會病理科醫(yī)師分會胸肺疾病專業(yè)委員會委員，福建省海峽腫瘤防治科技交流協(xié)會甲狀腺腫瘤分會委員，廈門市醫(yī)師協(xié)會病理醫(yī)師分會第一屆委員會委員，廈門醫(yī)師協(xié)會腫瘤青委胃腸學組成員。淋巴造血系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、消化系統(tǒng)腫瘤等及炎癥性腸病病理診斷。
