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肺癌，人尽皆知的“隐形杀手”，全球癌症死亡相关的主因——正如其繁多的名号，这种疾病在临床研究中还有许多的组织学亚型，而占大多数的便是非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）。在针对这种亚型的免疫治疗中，PD-L1（programmed death-ligand 1）表达水平的治疗前评估尤为重要。PET作为一种非侵入式的显像技术，已成为定量评估PD-L1的有效工具。
近期，复旦大学附属华山医院核医学科依托联影PET/CT设备，使用一种新型核药[68Ga]Ga-DOTA-WL12来评估非小细胞肺癌PD-L1表达水平的研究成果《Assessment of PD-L1 Expression in Non-Small Cell Lung Cancers Using [68Ga]Ga-DOTA-WL12 PET/CT》被《Small Methods》杂志接收并发表[1]，研究发现[68Ga]Ga-DOTA-WL12的摄取与NSCLC肿瘤病灶的SUVmax之间存在显著的关联性，且在原发灶和转移灶上均展示出[18F]FDG所无法体现的PD-L1表达的区分度。华山医院研究生吴雁飞、许东和联影研究院古悦为共同第一作者，华山医院核医学科谢芳教授及胸外科陈晓峰教授为通讯作者。
非小细胞肺癌作为肺癌中的一种主要亚型，其治疗手段一直备受关注，其中靶向程序性细胞死亡蛋白1（programmed cell death protein-1，PD-1）/程序性细胞死亡配体1（programmed death-ligand 1，PD-L1）信号通路的治疗已经被证明有显著的疗效，并已经成为晚期NSCLC的标准疗法[2]。治疗前，评估患者PD-L1表达水平对于提高疗效和避免无效干预是至关重要的，目前主要的评估手段是免疫组织化学（Immunohistochemistry，IHC），而IHC受肿瘤异质性的影响且无法对位置特殊的病灶取样，因此研究人员还探索了非侵入的方法以克服这些限制，PET成像就是其中一种技术。PET成像利用放射性标记的配体与特定靶点结合来实现生物标志物的非侵入性可视化和定量分析，同时令PD-L1表达水平的全身评估成为可能。对于PD-L1相关示踪剂的过往研究包括已经在早期临床试验中显示出潜力的基于adnectin的18F-BMS-986192和68Ga-BMS-986192[3,4]，但是基于抗体的示踪剂的长代谢半衰期特点使得其临床应用尚存挑战。另一种基于肽的示踪剂[68Ga]Ga-NOTA-WL12由Zhou等人首次提出，该课题对药物的代谢和分布的研究为其他示踪剂的探索提供了基础[5,6]。本研究通过修改螯合剂从NOTA变为DOTA，开发了新型示踪剂[68Ga]Ga-DOTA-WL12,并验证了DOTA-WL12对PD-L1的亲和力，评估了[68Ga]Ga-DOTA-WL12在检测NSCLC病灶中PD-L1表达水平的可行性，首次对NSCLC原发灶和转移灶中的PD-L1整体表达水平进行研究。
研究团队在院内的PET中心制备了[68Ga]Ga-DOTA-WL12和[18F]FDG，并通过采购渠道获得MHCC-LM3（Malignant Hepatic Cellular Carcinoma-Liver Metastasis 3）。首先，DOTA-WL12和PD-L1的亲和性是通过表面等离子共振分析（surface plasmon resonance, SPR）得到的；紧接着，研究人员在携带普通MHCC-LM3和PD-L1高表达（MHCC-LM3 hPD-L1）的小鼠体内注射3 MBq kg-1的[68Ga]Ga-DOTA-WL12进行小动物PET/CT成像实验。
研究人员使用联影uMI510对20名非小细胞肺癌患者进行间隔一周左右的[68Ga]Ga-DOTA-WL12和[18F]FDG的PET/CT成像，两种探针的注射剂量分别为185 MBq和3.7 MBq kg-1，PET图像由3D有序子集期望值最大化算法（ordered subset expectation maximization 3D, OSEM 3D）重建。
小动物和人体实验的感兴趣区域（regions of interest，ROI）均为手动勾画得到，计算ROI内的SUVmax和SUVmean，并得到病灶SUVmax和肺、肌肉及血池ROI内的SUVmean的比值，分别用T/L、T/M和T/B表示。肿瘤的PD-L1表达水平通过在肿瘤组织切片上的IHC获取，并定量表示为肿瘤细胞阳性比例分数（tumor proportion score，TPS）。
首先，研究人员通过SPR分析测得了DOTA-WL12和PD-L1蛋白的平衡解离常数KD为0.2 nM，说明该新药可以和PD-L1进行有效的特异性结合。
小鼠实验中，MHCC-LM3 hPD-L1组中肿瘤病灶的SUVmax值和对照组之间存在显著差异（1.41 ± 0.27 vs 0.36 ± 0.05, p <0.0001），并且IHC分析结果也证实前者的PD-L1表达水平更高。图1：携带MHCC-LM3 hPD-L1（左）和MHCC-LM3（右）肿瘤的小鼠PET/CT图像。人体实验的结果显示PD-L1的TPS和[68Ga]Ga-DOTA-WL12图像的SUVmax间存在显著的相关性(r=0.8889, p<0.0001)，这种相关性无论在原发病灶还是在淋巴结的转移病灶上都得到了体现（图2A-B）。而进一步的统计分析揭示了图像的T/L、T/M、T/B值也分别和PD-L1 TPS存在显著关联。相比之下，[18F]FDG图像的这四项指标与PD-L1 TPS的相关性则不显著，同时两种核药的SUVmax之间也没有明显的相关性(图2C)。图2：PD-L1的TPS和来自不同组别的SUVmax相关性研究（A）[18F]FDG SUVmax与PD-L1 TPS的相关性，（B）[68Ga]Ga-DOTA-WL12 SUVmax 与PD-L1 TPS的相关性。（C）两种探针之间的SUVmax相关性。以上图片中红点表示原发病灶（n=18），蓝点表示淋巴结转移病灶（n=10）。进一步将病人分成PD-L1 TPS1%和PD-L1 TPS>1%两组之后，研究人员发现[18F]FDG图像的SUVmax、T/L、T/M、T/B值无显著组间差异，但是观察到了[68Ga]Ga-DOTA-WL12图像的这些参数均存在显著的组间差异（all p<0.05）。
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图3：[18F]FDG和[68Ga]Ga-DOTA-WL12各统计参数在PD-L1 TPS1%（n=10）和PD-L1 TPS>1%（n=18）两组之间的差异对比（A）SUVmax、（B）T/L、（C）T/M、（D）T/B。
除了研究[68Ga]Ga-DOTA-WL12对肿瘤PD-L1特异性结合的能力之外，研究人员还通过具体病例分析了其在非小细胞肺癌临床诊疗上的潜在价值。图4展示了两个病人的PET最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）和PET/CT横断面等图像，右侧病人的PD-L1 TPS（40%）比左侧的（5%）更高，而前者[18F]FDG PET/CT的SUVmax变化了1.4倍，[68Ga]Ga-DOTA-WL12 PET/CT的SUVmax增长了2倍，可见该例子中[68Ga]Ga-DOTA-WL12对于PD-L1 TPS的变化更具特异性。
图4：两个病例的MIP、PET/CT横断面、原发灶IHC染色图像对比，每个病例的左半部分为[18F]FDG图像，右半部分为[68Ga]Ga-DOTA-WL12图像。（A）和（B）来自7号病例，PD-L1 TPS=5%，SUVmax分别为15.28和1.62。（C）和（D）来自5号病例，PD-L1 TPS=40%，SUVmax分别为22.80和3.24
另一个病例的跟踪研究展示了[68Ga]Ga-DOTA-WL12在免疫治疗疗效评估上的可能性，如图5所示，使用这种新型探针的PET/CT成像可以明确地显示该病例左肺部原发病灶的消退。[68Ga]Ga-DOTA-WL12不仅在原发病灶上有着辨识能力，其在转移病灶的识别上的作用也不容忽视。图6为该核药在一个有脑部转移病灶病人上的显像结果，可见除了原发灶上的摄取之外，[68Ga]Ga-DOTA-WL12还在脑部有着一定程度的病灶摄取和较低的本底摄取（脑部SUVmean=0.04），从而实现了两个脑部转移灶的高靶本比（TBR值分别为23和17），为脑部转移灶的发现提供了有效手段。
图5：3号病例接受免疫治疗前后的[68Ga]Ga-DOTA-WL12图像MIP及PET/CT横断面图对比，箭头所指为左侧肺部原发病灶，免疫治疗前SUVmax为3.61。（A）治疗前（B）治疗后。图6：19号病例[68Ga]Ga-DOTA-WL12图像MIP及PET/CT横断面，实线箭头所指为原发肿瘤，虚线所指分别为两个脑部转移病灶，SUVmax分别为0.92和0.68。
本研究提出了一种针对肿瘤细胞PD-L1靶点的新型分子影像探针[68Ga]Ga-DOTA-WL12，实验显示这种新型核药在化学特性、小鼠研究和人体研究中，都体现出了和PD-L1特异性结合的能力。[68Ga]Ga-DOTA-WL12对PD-L1表达水平的检测准确度和特异性均显著高于传统的[18F]FDG，为非小细胞肺癌中PD-L1表达水平的定量研究提供了新的工具，同时还展现出在转移灶中对PD-L1定量和诊疗效能评估的潜能。
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1. Wu, Yanfei et al. “Assessment of PD-L1 Expression in Non-Small Cell Lung Cancers Using [68Ga]Ga-DOTA-WL12 PET/CT.” Small methods, e2400358. 16 Jun. 2024, doi:10.1002/smtd.202400358.2. Lastwika, Kristin J et al. “Control of PD-L1 Expression by Oncogenic Activation of the AKT-mTOR Pathway in Non-Small Cell Lung Cancer.” Cancer research vol. 76,2 (2016): 227-38. doi:10.1158/0008-5472.CAN-14-3362.3. Huisman, Marc C et al. “Quantification of PD-L1 Expression with 18F-BMS-986192 PET/CT in Patients with Advanced-Stage Non-Small Cell Lung Cancer.” Journal of nuclear medicine: official publication, Society of Nuclear Medicine vol. 61,10 (2020): 1455-1460. doi:10.2967/jnumed.119.240895.4. Robu, Stephanie et al. “Synthesis and Preclinical Evaluation of a 68Ga-Labeled Adnectin, 68Ga-BMS-986192, as a PET Agent for Imaging PD-L1 Expression.” Journal of nuclear medicine: official publication, Society of Nuclear Medicine vol. 62,9 (2021): 1228-1234. doi:10.2967/jnumed.120.258384.5. Zhou, Xin et al. “First-in-Humans Evaluation of a PD-L1-Binding Peptide PET Radiotracer in Non-Small Cell Lung Cancer Patients.” Journal of nuclear medicine: official publication, Society of Nuclear Medicine vol. 63,4 (2022): 536-542. doi:10.2967/jnumed.121.262045.6. Zhou, Ming et al. “Preclinical and first-in-human evaluation of 18F-labeled D-peptide antagonist for PD-L1 status imaging with PET.” European journal of nuclear medicine and molecular imaging vol. 49,13 (2022): 4312-4324. doi:10.1007/s00259-022-05876-9.
相关链接：河南省人民医院科研成果分享 | PET/MR助力非小细胞肺癌患者无进展生存期预测
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编审：李春林
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