针对原发性和转移性HER2+乳腺癌的靶向放射治疗中[47Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗的开发与表征

《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Development and characterization of [47Sc]Sc-NOTA-trastuzumab for targeted radiotherapy in primary and metastatic HER2?+?breast cancer

　　

目的：本研究探讨了[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗（[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-trastuzumab）作为一种新型靶向放射性核素药物在HER2阳性乳腺癌（HER2⁺ breast cancer）中的潜力。靶向放射性核素治疗（targeted radionuclide therapy）提供了一种有前景的方法，可增强放射性的递送和内化，最小化脱靶效应并治疗晚期转移性HER2阳性乳腺癌。通过检查[⁴⁷Sc]Sc与曲妥珠单抗的协同关系，评估[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗对免疫功能的影响，并监测其通过受损血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）靶向HER2阳性乳腺至脑转移的能力，本研究为乳腺癌转移中的协同和精准放疗提供了一条途径。

实验设计：通过高效液相色谱（high performance liquid chromatography, HPLC）、Lindmo法和细胞结合试验表征了[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗的稳定性、特异性和反应性。在HER2阳性乳腺癌模型中，通过单光子发射计算机断层扫描（SPECT）成像、生物分布和肿瘤监测评估了体内定位和治疗效果。通过针对M1巨噬细胞（M1 macrophages）的免疫染色评估了增强抗肿瘤免疫活性的机制。

结果：[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗在HER2阳性细胞中表现出高特异性和血清稳定性。SPECT显示[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗在体内对原发性和转移性HER2阳性乳腺癌细胞具有高特异性。纵向来看，接受[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗治疗的肿瘤显示出治疗效益，且与接受16倍剂量曲妥珠单抗单药治疗的肿瘤相当，无显著毒性。探索性结果显示，在HER2阳性脑转移模型中有放射性药物摄取。与HER2阴性肿瘤相比，接受[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗治疗后，HER2阳性肿瘤中M1样巨噬细胞（M1-like macrophages）增加。

结论：[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗具有血清稳定性，且对HER2阳性乳腺癌高度特异。开发和表征新型靶向放射性核素治疗药物有可能显著改善HER2阳性转移性疾病中的放射性核素递送。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**

HER2阳性乳腺癌（HER2⁺ breast cancer）是乳腺癌中侵袭性较强的亚型，常规治疗包括手术、抗HER2抗体曲妥珠单抗（trastuzumab）、放疗和化疗，但晚期转移性疾病尤其是脑转移的治疗仍面临挑战。脑转移在晚期HER2⁺患者中发生率高达50%，且一年生存率仅20%。现有外照射放疗（external beam radiotherapy）受限于定位精度和脱靶效应，难以有效覆盖多发性转移灶。靶向放射性核素治疗（targeted radionuclide therapy）通过将放射性核素与单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb）偶联，可系统递送辐射至转移灶，已在神经内分泌肿瘤和前列腺癌中取得临床成功，但针对HER2⁺乳腺癌的此类药物尚未获批。此外，钪-47（⁴⁷Sc）作为一种β-发射体，具有与成像核素⁴³Sc/ ⁴⁴Sc元素匹配的优势，且半衰期短、β能量低，可能减少正常组织毒性，但此前尚未在乳腺癌中评估其治疗潜力。因此，有必要开发并表征[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗（[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-trastuzumab），探索其在原发性和转移性HER2⁺乳腺癌中的靶向放疗效果及免疫调节作用。

**研究内容与意义**

该研究由Patrick N. Song、Shelbie J. Cingoranelli、Sharmila Sridhar、Hailey A. Houson、Carlos A. Gallegos、Lily B. Watts、Jennifer L. Bartels、Christopher D. Willey、Suzanne E. Lapi和Anna G. Sorace共同完成，发表于《Biomedicine》。研究人员开发了[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗，并在体外和体内模型系统中系统评估了其稳定性、特异性、治疗疗效及对免疫微环境的影响。研究证实，该药物具有高血清稳定性、高HER2特异性，并在小鼠模型中显著抑制肿瘤生长，疗效与16倍剂量曲妥珠单抗相当，且未观察到明显毒性。此外，初步探索显示该药物能透过受损血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）靶向HER2⁺脑转移灶，并诱导M1样巨噬细胞（M1-like macrophages）增加，提示其可能通过免疫调节增强抗肿瘤活性。这项研究为HER2⁺转移性乳腺癌的靶向放射性核素治疗提供了新策略，并为未来临床转化奠定了基础。

**关键技术方法**

研究人员采用以下主要技术方法（样本队列来源：HER2⁺ BT474细胞和HER2^- MDA-MB-231细胞系，购自ATCC；小鼠模型为5-6周龄雌性无胸腺裸鼠，购自查尔斯河实验室）：1) 放射性标记：通过双功能螯合剂NOTA将⁴⁷Sc与曲妥珠单抗偶联，并利用高效液相色谱（HPLC）和瞬时薄层色谱（iTLC）分析放射化学纯度与血清稳定性；2) 免疫反应性测定：采用Lindmo法评估[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗的免疫反应分数；3) 细胞结合与内化实验：通过γ计数和阻断实验检测HER2特异性结合与内化效率；4) 体内成像与生物分布：利用单光子发射计算机断层扫描（SPECT）/CT成像和离体γ计数评估药物在皮下（原发）及颅内/心内注射（脑转移）模型中的定位与清除；5) 治疗疗效评估：通过克隆形成实验和长期肿瘤体积监测（90天）比较[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗与曲妥珠单抗单药的疗效；6) 免疫组化：通过CD86和HER2染色鉴定M1巨噬细胞标志物和肿瘤HER2表达。

**研究结果**

**3.1 [⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗在HER2⁺乳腺癌中保持高特异性和反应性**
通过iTLC分析，[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗的放射化学纯度超过99%，在磷酸盐缓冲液（PBS）、人血清和小鼠血清中14天内保持>99%完整性。Western blot和放射自显影显示，放射性仅在HER2⁺细胞中保留。细胞结合实验表明，HER2⁺细胞中结合效率为80.2±14.8%，加入冷曲妥珠单抗后降至1.7±1.9%（p<0.01），而HER2^-细胞结合效率仅3.5±2.0%。内化实验显示该药物在24小时内快速内化。Lindmo法测定免疫反应分数为97%（IRF=0.969）。

**3.2 [⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗显著降低HER2⁺乳腺癌的克隆形成存活率**
对BT474（HER2⁺）细胞进行1小时暴露后，克隆形成实验显示，[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗处理的细胞存活率显著低于[⁴⁷Sc]ScCl₃或曲妥珠单抗单药组（p<0.01），表明该药物在体外优于任一单独治疗。

**3.3 [⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗在体内表现出高特异性，正常器官清除良好**
SPECT/CT成像显示，在HER2⁺ BT474荷瘤小鼠中，第7天肿瘤SUVmean为9.1，阻断组降至1.2（p<0.01），而HER2^- MDA-MB-231肿瘤SUVmean仅0.70。肿瘤-心脏SUV比在第3天稳定至第7天。免疫组化验证了BT474肿瘤中HER2高表达。生物分布显示，脾和肝摄取较高，但各肿瘤组间无差异，且小鼠体重无显著变化，表明无系统毒性。

**3.4 [⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗在体内表现出高治疗疗效**
在60天治疗实验中，BT474荷瘤小鼠接受两次[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗（250 μCi，第0天和第30天）后，肿瘤生长受到抑制，疗效与16倍剂量曲妥珠单抗（10 mg/kg）相当。免疫组化显示，[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗处理的HER2⁺肿瘤中，曲妥珠单抗结合（46.1±9.6%）和CD86表达（M1巨噬细胞标志物，37.0±16.5%）均显著高于HER2^-肿瘤（分别为6.1±3.9%和7.4±4.1%，p<0.01），提示该药物可能通过增强抗肿瘤免疫活性发挥长期抑瘤作用。

**3.5 [⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗递送至HER2⁺脑病灶的初步评估**
在颅内HER2⁺脑转移模型中，SPECT成像显示[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗在脑转移灶中清晰摄取，SUVpeak显著高于非荷瘤小鼠（p=0.03）。在心内注射模型中，脑病灶摄取趋势性增加（p=0.12），生物分布显示肺和脊柱的摄取增加，与转移性乳腺癌常见部位一致。

**讨论与结论**

讨论部分强调，本研究首次将[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗用于乳腺癌，并证实其通过高特异性和低毒性实现肿瘤抑制，疗效优于曲妥珠单抗单药。与¹⁷⁷Lu相比，⁴⁷Sc具有元素匹配的成像核素（⁴³Sc）、较短半衰期和低β能量，可减少正常组织毒性，且回旋加速器生产可规模扩展。该药物能透过受损血脑屏障靶向HER2⁺脑转移灶，为晚期疾病治疗提供新策略。研究还发现治疗后M1样巨噬细胞增加，提示免疫调节作用，但CD86单标不足以完全定义巨噬细胞极化，未来需结合iNOS、CD80等标志物。局限性包括未在HER2低表达模型和免疫健全模型中验证，未来可探索与免疫治疗的协同作用。

**结论**：[⁴⁷Sc]Sc-NOTA-曲妥珠单抗具有血清稳定性，且对HER2⁺乳腺癌高度特异。开发和表征新型靶向放射性核素治疗药物有可能显著改善HER2⁺转移性疾病中的放射性核素递送。