功能分子影像在非小細(xì)胞肺癌中的應(yīng)用研究.pdf

1、肺癌(Lung cancer)是全球累積死亡率較高的腫瘤之一，每年近120萬人死于這一疾病，死亡人數(shù)超過乳腺癌、結(jié)腸癌和前列腺癌三者總和。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示非小細(xì)胞肺癌(Non-small cell lung cancer，NSCLC)占所有肺癌比例的85％以上。由于肺癌確診后只有少數(shù)患者具備手術(shù)切除條件，因此，基于放療、化療和靶向治療等多種手段的綜合治療在肺癌治療中占有極其重要地位。所以尋找一種簡捷、有效的指導(dǎo)上述各種治療技術(shù)合理利用的方法

2、成為研究的前沿和熱點(diǎn)。隨著功能分子影像的發(fā)展，為這一篩選提供了可能。
　　 以正電子發(fā)射斷層掃描/計(jì)算機(jī)斷層掃描(Positron emission tomography/computer tomography，PET/CT)為代表的功能分子影像(Molecular imaging)是在活體從分子水平研究細(xì)胞功能代謝以達(dá)到對(duì)疾病特異性診斷、療效觀察、或進(jìn)行新藥研制篩選的全新領(lǐng)域，是分子生物學(xué)、生物化學(xué)、數(shù)據(jù)圖象處理等多學(xué)科融合的

3、結(jié)果。該影像利用分子探針無創(chuàng)性與胞內(nèi)特定靶分子結(jié)合，體外使用PET/CT、進(jìn)行探測(cè)成像，具有高特異性、高靈敏度和高圖像分辨率，能夠?yàn)榕R床提供定位、定性和定量資料。PET/CT是CT圖像的高分辨率和PET圖像的高靈敏度有機(jī)結(jié)合產(chǎn)物，是目前得到最廣泛應(yīng)用的功能分子影像手段，在腫瘤診斷、治療監(jiān)測(cè)和判斷預(yù)后等方面具有重要作用。
　　 第一部分：非小細(xì)胞肺癌表皮生長因子受體分子影像指導(dǎo)靶向治療的研究
　　 表皮生長因子受體（epi

4、dermal growth factor receptor，EGFR）是原癌基因c-erbB的表達(dá)產(chǎn)物，屬受體型酪氨酸蛋白激酶(tyrosine kinase，TK)。EGFR與配體結(jié)合后活化胞內(nèi)區(qū)TK，激活多條信號(hào)通路，參與腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡抑制、侵襲、轉(zhuǎn)移及治療抗拒等過程。EGFR高表達(dá)或突變與腫瘤密切相關(guān)，現(xiàn)已成為腫瘤診斷和治療的有效靶分子。酪氨酸激酶抑制劑(tyrosine kinase inhibitor，TKI)能夠與細(xì)胞內(nèi)

5、酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域上ATP位點(diǎn)競(jìng)爭性結(jié)合，可逆性、選擇性抑制EGFR相關(guān)的酪氨酸激酶活性及細(xì)胞內(nèi)磷酸化過程，進(jìn)而抑制EGFR下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。EGFR-TKI因其較好的安全性和耐受性，更高的生活質(zhì)量和無進(jìn)展生存期，在晚期非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)的治療中占有越來越重要的地位。
　　 雖然近年來EGFR靶向治療得到了快速發(fā)展，但也面臨著許多如下問題:如何了解在體腫瘤細(xì)胞的EGFR蛋

6、白表達(dá)或基因突變情況;如何在治療前對(duì)病人進(jìn)行有效的篩選;如何對(duì)靶向治療效果進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);放療與靶向如何結(jié)合等等。因此，尋找一種簡捷、有效的判斷腫瘤EGFR狀態(tài)的方法成為當(dāng)務(wù)之急。常規(guī)檢測(cè)腫瘤組織EGFR的方法包括EGFR基因拷貝數(shù)檢測(cè)、EGFR蛋白表達(dá)水平檢測(cè)及EGFR基因突變檢測(cè)等三個(gè)方面。上述檢查手段都需獲得腫瘤組織或病人血液樣本，為有創(chuàng)性的檢查，對(duì)難以獲得有效腫瘤標(biāo)本的患者無法完成檢測(cè)工作。這些檢測(cè)方法結(jié)果可信度低，單一研究方法不

7、能全面評(píng)價(jià)腫瘤組織內(nèi)EGFR的水平及其活性狀態(tài)，給進(jìn)一步的臨床應(yīng)用帶來相當(dāng)?shù)碾y度。目前尚缺乏對(duì)在體腫瘤組織EGFR水平進(jìn)行評(píng)估的理想方法。因此需要開發(fā)全新的、能無創(chuàng)性準(zhǔn)確識(shí)別在體腫瘤細(xì)胞EGFR表達(dá)或活性的檢測(cè)方法來指導(dǎo)非小細(xì)胞肺癌的EGFR靶向治療。
　　 現(xiàn)今功能分子影像學(xué)已成為一門獨(dú)立的學(xué)科，在腫瘤分子影像中，最重要的研究領(lǐng)域之一是受體顯像。受體顯像是利用放射性核素標(biāo)記的某些配體與胞內(nèi)特定靶分子結(jié)合，體外使用PET/CT等

8、設(shè)備進(jìn)行探測(cè)成像，顯示受體的功能與分布。隨著分子靶向治療的深入，多種TK抑制劑被合成，與此同時(shí)以TK為前體標(biāo)記核素作為腫瘤EGFR示蹤劑的研究逐漸增加。近年來核素標(biāo)記喹唑啉類作為顯像劑的研究已成為EGFR分子影像研究的熱點(diǎn)。多種喹唑啉衍生物（包括ML01、ML02、ML03、ML04、ML05、ML06、ML07、ML08等）被標(biāo)記上正電子或單光子同位素(11C、18F、124I、99mTc等)進(jìn)行了顯像研究，但多因體內(nèi)快速代謝、生物利

9、用度低、特異性差而被認(rèn)為屬非理想EGFR顯像劑。4-3-溴苯氨基-6，7雙甲基喹唑啉(PD153035)是ATP競(jìng)爭性TKI，與TK具有高選擇性和親和力。Fredriksson在PD153035的6-或7-位C上進(jìn)行了11C標(biāo)記，最早研究了11C-PD1503035作為PET示蹤劑的可能性。Erik等研究了不同位點(diǎn)11C標(biāo)記對(duì)11C-PD153035動(dòng)物體內(nèi)代謝的影響，結(jié)果提示7-位C上行11C標(biāo)記可形成更多極性產(chǎn)物，更適合人體內(nèi)應(yīng)用。

10、
　　 本課題組在TRACETlabFXc系統(tǒng)中成功合成了11C-PD153035。首先研究了兔及荷瘤裸鼠體內(nèi)顯像劑分布，發(fā)現(xiàn)11C-PD153035注射后快速血漿清除，放射活性迅速分布于肝、膽囊、腎、膀胱及消化道，11C-PD153035的攝取與腫瘤細(xì)胞EGFR表達(dá)水平相關(guān)。我們進(jìn)一步構(gòu)建了大鼠C6膠質(zhì)瘤動(dòng)物模型，證實(shí)了11C-PD153035可用于動(dòng)物PET/CT顯像，獲得圖像可利用感興趣區(qū)技術(shù)(ROI)進(jìn)行半定量分析。然后

11、課題組進(jìn)行了正常人體顯像研究，證實(shí)PD153035經(jīng)靜脈注射后在體內(nèi)被快速清除，主要由肝、腎排泄，適合NSCLC患者原發(fā)灶及縱膈轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)EGFR的分子顯像，提示11C-PD153035可用于NSCLC腫瘤組織EGFR表達(dá)水平的無創(chuàng)性檢測(cè)，為進(jìn)一步行EGFR靶向藥物療效預(yù)測(cè)及治療前病人篩選創(chuàng)造了前提條件。
　　 研究目的
　　 1.判斷11C-PD153035PET/CT能否指導(dǎo)篩選NSCLCEGFR靶向治療的適合人群<

12、br>　　 2.判斷11C-PD153035PET/CT能否指導(dǎo)預(yù)測(cè)NSCLCEGFR靶向治療療效和預(yù)后
　　 研究方法
　　 1.人體用11C-PD153035的合成
　　 應(yīng)用GE公司的MiniTRACELabFXc系統(tǒng)合成11C-PD153035。
　　 2.NSCLC患者EGFR分子影像的建立
　　 招募擬行EGFR靶向治療的NSCLC患者，分別于治療前、治療1-2周、治療6周時(shí)行11C

13、-PD153035PET/CT顯像。
　　 3.NSCLC患者的11C-PD153035PET/CT顯像
　　 采用靜態(tài)顯像法對(duì)擬行EGFR靶向治療的NSCLC患者行11C-PD153035PET/CT顯像，利用感興趣區(qū)技術(shù)(ROI)分析腫瘤病灶的放射性活度，分析計(jì)算腫瘤區(qū)域的最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值(SUVmax)。
　　 4.NSCLC患者EGFR靶向治療的療效評(píng)價(jià)
　　 擬行EGFR靶向治療的NSCLC患者，

14、分別于治療前和治療6周行CT檢查，分析計(jì)算腫瘤病灶的大小。根據(jù)實(shí)體瘤的療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(Response Evaluation Criteriain Solid Tumors，RESICT)，判斷患者靶向治療的療效。
　　 5.NSCLC患者EGFR靶向治療的定期隨訪
　　 擬行EGFR靶向治療的NSCLC患者，分別于治療開始、治療6周、治療3個(gè)月、治療6個(gè)月、治療12個(gè)月等時(shí)間點(diǎn)對(duì)病人進(jìn)行隨診，直至病人死亡。
　　

15、 6.收集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
　　 采用SASversion9.2統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　 研究結(jié)果：
　　 1.截止至數(shù)據(jù)分析時(shí)，21例患者中18例已經(jīng)死亡，中位隨訪時(shí)間為7.5個(gè)月結(jié)果顯示中位OS和PFS分別為62％和14％。
　　 2.根據(jù)Cox回歸分析結(jié)果，治療前基線11C-PD153035PET/CTSUVmax與OS和PFS高度相關(guān)。SUVmax每增加1個(gè)單位，死亡風(fēng)險(xiǎn)

16、度下降60％(HR=0.40，95％CI=0.22-0.70，P=0.002)，疾病進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)度下降96％(HR=0.044，95％CI=0.01-0.02,P＜0.001)。
　　 3.治療1-2周時(shí)11C-PD153035PET/CTSUVmax亦與OS和PFS高度相關(guān)。SUVmax每增加1個(gè)單位，死亡風(fēng)險(xiǎn)度下降64％(HR=0.36，95％CI=0.17-0.75，P=0.007)，疾病進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)度下降71％(HR=0.29，

17、95％CI=0.14-0.60，P=0.001)。值得注意的是，治療1-2周SUVmax與基線SUVmax高度相關(guān)(r=0.87，95％CI=0.65-0.95)。
　　 4.治療6周時(shí)11C-PD153035PET/CTSUVmax與基線SUVmax無關(guān)(r=0.47，95％CI=0.05-0.78)，亦與OS(HR=0.66,P=0.25)和PFS(HR=0.055,P=0.066)無相關(guān)性。
　　 5.以基線SUV

18、max的中位值2.92為最佳界值點(diǎn)，基線SUVmax等于或高于2.92的患者其中位OS較低于該值得患者更長（11.4vs4.6個(gè)月），并且6個(gè)月的OS更高(91％vs30％)。同樣，高SUVmax組的中位PFS和6個(gè)月的PFS均高于低SUVmax組的患者(4.4vs1.8個(gè)月，27％vs0％)。
　　 研究結(jié)論：
　　 1.本前瞻性研究首次證明11C-PD153035PET/CT掃描能夠預(yù)測(cè)EGFR-TKI用于晚期化療難

19、治性NSCLC患者的療效
　　 2.基線和早期隨訪掃描的結(jié)果與療效具高度相關(guān)性，后期隨訪掃描結(jié)果未提供更多
　　 的預(yù)后信息，提示11C-PD153035PET/CT影像學(xué)的療效預(yù)測(cè)窗口期為治療前及治療開始時(shí)的1至2周
　　 3.患者OS和PFS與11C-PD153035基線SUVmax高度相關(guān)
　　 4.11C-PD153035PET/CT作為影像學(xué)標(biāo)志物相比組織標(biāo)志物具有非侵入性的優(yōu)勢(shì)，且不受組織標(biāo)本

20、不足的限制
　　 第二部分：非小細(xì)胞肺癌功能影像指導(dǎo)臨床靶區(qū)勾畫的研究
　　 放射治療是中晚期NSCLC患者的主要治療手段之一。對(duì)于不能耐受手術(shù)的早期NSCLC患者，放射治療也是主要的有效手段。NSCLC患者局部放療失敗的主要原因是靶區(qū)設(shè)置不合理，照射野太小會(huì)直接導(dǎo)致放療脫靶;照射野太大，則一方面加重了正常組織的放射損傷，另一方面又限制了靶區(qū)劑量的追加。目前臨床應(yīng)用的三維適形、調(diào)強(qiáng)等精確照射技術(shù)使放療劑量的提高成為可能，

21、但該放療技術(shù)對(duì)靶區(qū)的高度適形和靶區(qū)邊緣劑量銳減，這就要求靶區(qū)的確定要有更高的精度。根據(jù)國際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(ICRU)1993年的規(guī)定，靶區(qū)可以分為大體腫瘤區(qū)（gross tumor volume，GTV）、臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)和計(jì)劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）GTV是臨床和影像學(xué)檢查所確定的腫瘤范圍，包括原發(fā)灶和局部轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)。CTV包括GTV加上亞臨床

22、病灶。PTV是CTV加器官運(yùn)動(dòng)的范圍以及擺位誤差?？紤]到體內(nèi)器官的運(yùn)動(dòng)范圍和重復(fù)擺位的不確定性，PTV與CTV的比值越小越好，最理想的比值是1。
　　 在放射治療中要考慮到準(zhǔn)確地確定CTV，CTV太小會(huì)造成腫瘤邊緣劑量不足或靶區(qū)漏照，CTV太大會(huì)造成周圍正常組織受量過高。能否精確CTV的范圍是放射計(jì)劃成功的關(guān)鍵之一。根據(jù)ICRU第50號(hào)報(bào)告規(guī)定，CTV是在GTV的基礎(chǔ)上外放一定區(qū)域（CTV擴(kuò)充區(qū)）。這個(gè)區(qū)域應(yīng)該包括GTV和周圍的

23、亞臨床病灶范圍(microscopic extension,ME)，原發(fā)腫瘤局部侵襲的ME可以對(duì)GTV到CTV外放邊界的確定提供科學(xué)、準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。然而該范圍在臨床和常規(guī)影像水平無法準(zhǔn)確確定，并且受檢查方法、腫瘤的生物特性、解剖關(guān)系等因素影像。對(duì)于NSCLC原發(fā)腫瘤的ME只能通過患者術(shù)后病理切片的回顧性分析得知，目前缺乏直接檢測(cè)在體腫瘤個(gè)體化ME的無創(chuàng)性技術(shù)。功能影像的出現(xiàn)為這一問題的解決提供了可能?，F(xiàn)今功能分子影像學(xué)已成為一門獨(dú)立的

24、學(xué)科，其中18F-FDGPET/CT可以診斷腫瘤及判斷良惡性，已成為目前最為成熟的功能影像技術(shù)。通過18F-FDGPET/CT測(cè)量獲得腫瘤的SUVmax和代謝體積(metabolic tumor volume，MTV)能夠半定量反映腫瘤組織的糖代謝情況，從而可以評(píng)價(jià)腫瘤細(xì)胞的活性狀態(tài)和侵襲能力。有研究報(bào)道肺癌腫瘤細(xì)胞的侵襲狀態(tài)與原發(fā)腫瘤邊緣外ME明顯相關(guān)。由此為18F-FDGPET/CT評(píng)價(jià)在體腫瘤ME創(chuàng)造了前提條件，從而為進(jìn)一步指導(dǎo)N

25、SCLC患者個(gè)體化放療CTV的勾畫奠定了基礎(chǔ)。
　　 研究目的
　　 1.明確NSCLC患者原發(fā)腫瘤ME與18F-FDGPET/CT腫瘤SUVmax的相關(guān)性
　　 2.明確NSCLC患者原發(fā)腫瘤ME與18F-FDGPET/CT腫瘤MTV的相關(guān)性
　　 研究方法
　　 1.人體用18F-FDG的合成
　　 應(yīng)用GE公司的MiniTRACELabFXc系統(tǒng)合成18F-FDG。
　　 2

26、.NSCLC患者18F-FDG功能影像的建立
　　 招募擬行手術(shù)的NSCLC患者，手術(shù)前行18F-FDGPET/CT顯像。
　　 3.NSCLC患者的18F-FDGPET/CT顯像
　　 采用靜態(tài)顯像法對(duì)擬行手術(shù)的NSCLC患者行18F-FDGPET/CT顯像，利用感興趣區(qū)技術(shù)(ROI)分析腫瘤病灶的放射性活度，分別分析計(jì)算腫瘤區(qū)域的SUVmax和MTV。
　　 4.NSCLC患者原發(fā)腫瘤ME的計(jì)算

27、>　　 利用完整的腫瘤組織，制作病理大切片，明確腫瘤的GTV邊界，顯微鏡下確定各徑向的GTV外腫瘤侵襲范圍，并記錄最大ME。
　　 5.收集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
　　 采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　 研究結(jié)果
　　 1.NSCLC原發(fā)腫瘤ME與SUVmax的相關(guān)性
　　 ME與SUVmax相關(guān)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（r=0.777）。對(duì)于SUVmax≤5、5-10和＞1

28、0的NSCLC患者，建議其放療CTV的外放邊界分別為1.93mm、3.90mm和9.60mm。
　　 2.NSCLC原發(fā)腫瘤ME與MTV的相關(guān)性
　　 ME與MTV相關(guān)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（r=0.724）。對(duì)于MTV≤10cm3、10-70cm3和＞70cm3的NSCLC患者，建議其放療CTV的外放邊界分別為1.92mm、3.80mm和10.90mm。
　　 研究結(jié)論
　　 18F-FDGPET/CT可以為NS