双模态成像评估TH-302在实验性软骨肉瘤中的抗肿瘤疗效及肿瘤微环境响应

《EJNMMI Research》：Bimodality imaging as a companion to evaluate antitumour efficacy of TH-302 in experimental chondrosarcoma

本研究针对软骨肉瘤肿瘤微环境(TME)异质性和治疗抵抗难题，采用18F-FDG PET/18F-FMISO PET/99mTc-NTP 15-5 SPECT核医学成像与CEST MRI双模态策略，首次在Swarm大鼠软骨肉瘤(SRC)模型中系统评估缺氧激活前药Evofosfamide(TH-302)的疗效。结果显示TH-302使肿瘤体积缩小75%，显著降低细胞增殖(Ki-67↓)和糖代谢(GLUT-1↓)，并通过APT/Guanidyl CEST比率变化证实缺氧微环境重塑。该研究为TME靶向治疗提供了动态监测新范式。

　　

在骨肉瘤家族中，软骨肉瘤约占20%的比例，这种肿瘤不仅具有高度异质性，更因其独特的肿瘤微环境(TME)而对常规化疗和放疗产生顽固抵抗。软骨肉瘤的TME充满挑战：致密的细胞外基质(ECM)像天然屏障般阻碍药物渗透，低氧(low oxygen)、低pH的恶劣条件进一步削弱治疗效果，加之血管分布稀疏，共同构成治疗失败的恶性循环。目前手术切除仍是主要手段，但对于无法切除或术后复发的患者，亟需突破性治疗策略。

缺氧(hypoxia)作为TME最显著的特征之一，不仅是肿瘤耐药的核心驱动因素，更促进基因不稳定性和侵袭性转移。为攻克这一难题，科学家开发出缺氧激活前药(HAPs)，这类"智能药物"在正常组织中保持惰性，仅在缺氧区域被激活发挥细胞毒性。其中Evofosfamide(TH-302)作为最具潜力的HAP代表，已在头颈鳞癌、肉瘤等临床前研究中展现卓越疗效，并进入神经胶质瘤III期临床试验。然而，TH-302在软骨肉瘤这一"顽固堡垒"中的真实疗效及其对TME的动态影响，仍有待深入探索。

正是基于这一背景，Roxane Autissier等研究人员在《EJNMMI Research》发表创新性研究，首次将双模态成像技术应用于软骨肉瘤的TH-302治疗评估。他们巧妙整合核医学成像(PET/SPECT)与化学交换饱和转移磁共振成像(CEST MRI)，如同为科学家配备"高精度动态显微镜"，实现对肿瘤代谢、缺氧状态、蛋白聚糖分布的实时全景监测。

研究团队采用Swarm大鼠软骨肉瘤(SRC)模型，通过严谨的实验设计开展纵向研究。35只雄性Sprague Dawley大鼠被随机分为对照组(n=21)和TH-302治疗组(n=14)，从移植后第11天至第22天给予50 mg/kg TH-302腹腔注射。多组动物分别接受：1)CEST MRI与^99mTc-NTP 15-5成像(n=8) 2)¹⁸F-FMISO PET成像(n=6) 3)¹⁸F-FDG PET与多参数MRI(n=6)。影像学评估贯穿d4-d37多个时间点，最终通过免疫组化、生化分析和RNA测序验证影像发现。

TH-302显著抑制肿瘤生长并改变微观结构

MRI监测显示TH-302治疗使肿瘤体积缩小75.7%，T2加权像直观呈现肿瘤退缩过程。组织学验证发现治疗组细胞密度降低(568 vs 806个细胞/mm²)，增殖标志物Ki-67阳性细胞减少6倍(8 vs 53个细胞/mm²)，证实TH-302强力抑制细胞增殖。水分子扩散特征变化显著：治疗组表观扩散系数(ADC)相对值持续低于对照组，T2弛豫时间保持稳定，而对照组随肿瘤进展显著延长，提示TH-302维持了肿瘤结构的完整性。

TH-302重塑肿瘤代谢与缺氧微环境

¹⁸F-FDG PET显示治疗组肿瘤/肌肉(T/M)比值显著降低(1.94±0.04 vs 2.51±0.03)，GLUT-1免疫组化验证糖转运蛋白表达减少(633±136 vs 1151±292个细胞/mm²)。更令人振奋的是，缺氧探针pimonidazole染色显示治疗组缺氧细胞减少6倍(65±24 vs 430±122个细胞/mm²)，¹⁸F-FMISO PET进一步证实缺氧区域缩小。DNA损伤标志物γ-H2AX在治疗组显著升高，且与缺氧区域分布一致，证明TH-302精准靶向缺氧细胞并引发DNA损伤。

细胞外基质蛋白聚糖动态重构

靶向蛋白聚糖(PGs)的^99mTc-NTP 15-5显像显示治疗组放射性积累显著增加，而GAG CEST成像未见组间差异。生化检测解开了这一谜团：治疗组硫酸化糖胺聚糖(sGAG)含量更高(92.0±14.6 vs 68.5±9.5 μg/mg)，说明TH-302并未增加GAG总量，而是改变了PGs的电荷可及性。RNA测序发现基质金属蛋白酶(MMP12、ADAMTS)基因下调，胶原蛋白(COL4A5、COL6A6)基因上调，从分子层面证实了ECM重构。

基因表达谱揭示治疗响应机制

全转录组分析发现19个差异表达基因，包括炎症相关RN7SL1、骨吸收相关ACP7下调。值得注意的是，缺氧负调控因子HIF3A显著上调，细胞色素c氧化酶(COX)亚基基因表达增加，提示肿瘤组织再氧合。凋亡相关基因CASP16上调与DNA损伤现象吻合，共同构成TH-302作用的分子网络。

本研究通过创新性的双模态成像策略，首次在软骨肉瘤模型中系统揭示TH-302对TME的多维度重塑作用。不仅证实其抑制肿瘤生长的直接疗效，更发现该药物通过改善缺氧微环境、重构ECM、调控关键基因表达等机制克服治疗抵抗。CEST MRI与核医学成像的互补应用，为TME靶向治疗评估建立了新技术标准，推动软骨肉瘤治疗向精准医学迈进。尽管存在动物数量限制等局限性，但该研究为HAPs的临床转化提供了重要影像学生物标志物体系，对开发联合治疗策略具有指导意义。