功能分子影像在非小細胞肺癌中的應用研究.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、結腸癌和前列腺癌三者總和。調查數(shù)據(jù)顯示非小細胞肺癌(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、有效的指導上述各種治療技術合理利用的方法

2、成為研究的前沿和熱點。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/計算機斷層掃描(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胞功能代謝以達到對疾病特異性診斷、療效觀察、或進行新藥研制篩選的全新領域，是分子生物學、生物化學、數(shù)據(jù)圖象處理等多學科融合的

3、結果。該影像利用分子探針無創(chuàng)性與胞內特定靶分子結合，體外使用PET/CT、進行探測成像，具有高特異性、高靈敏度和高圖像分辨率，能夠為臨床提供定位、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結合產物，是目前得到最廣泛應用的功能分子影像手段，在腫瘤診斷、治療監(jiān)測和判斷預后等方面具有重要作用。
　　 第一部分：非小細胞肺癌表皮生長因子受體分子影像指導靶向治療的研究
　　 表皮生長因子受體（epi

4、dermal growth factor receptor，EGFR）是原癌基因c-erbB的表達產物，屬受體型酪氨酸蛋白激酶(tyrosine kinase，TK)。EGFR與配體結合后活化胞內區(qū)TK，激活多條信號通路，參與腫瘤細胞增殖、凋亡抑制、侵襲、轉移及治療抗拒等過程。EGFR高表達或突變與腫瘤密切相關，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)能夠與細胞內

5、酪氨酸激酶結構域上ATP位點競爭性結合，可逆性、選擇性抑制EGFR相關的酪氨酸激酶活性及細胞內磷酸化過程，進而抑制EGFR下游的信號轉導。EGFR-TKI因其較好的安全性和耐受性，更高的生活質量和無進展生存期，在晚期非小細胞肺癌(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胞的EGFR蛋

6、白表達或基因突變情況;如何在治療前對病人進行有效的篩選;如何對靶向治療效果進行動態(tài)監(jiān)測;放療與靶向如何結合等等。因此，尋找一種簡捷、有效的判斷腫瘤EGFR狀態(tài)的方法成為當務之急。常規(guī)檢測腫瘤組織EGFR的方法包括EGFR基因拷貝數(shù)檢測、EGFR蛋白表達水平檢測及EGFR基因突變檢測等三個方面。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，對難以獲得有效腫瘤標本的患者無法完成檢測工作。這些檢測方法結果可信度低，單一研究方法不

7、能全面評價腫瘤組織內EGFR的水平及其活性狀態(tài)，給進一步的臨床應用帶來相當?shù)碾y度。目前尚缺乏對在體腫瘤組織EGFR水平進行評估的理想方法。因此需要開發(fā)全新的、能無創(chuàng)性準確識別在體腫瘤細胞EGFR表達或活性的檢測方法來指導非小細胞肺癌的EGFR靶向治療。
　　 現(xiàn)今功能分子影像學已成為一門獨立的學科，在腫瘤分子影像中，最重要的研究領域之一是受體顯像。受體顯像是利用放射性核素標記的某些配體與胞內特定靶分子結合，體外使用PET/CT等

8、設備進行探測成像，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，與此同時以TK為前體標記核素作為腫瘤EGFR示蹤劑的研究逐漸增加。近年來核素標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。多種喹唑啉衍生物（包括ML01、ML02、ML03、ML04、ML05、ML06、ML07、ML08等）被標記上正電子或單光子同位素(11C、18F、124I、99mTc等)進行了顯像研究，但多因體內快速代謝、生物利

9、用度低、特異性差而被認為屬非理想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上進行了11C標記，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11C標記對11C-PD153035動物體內代謝的影響，結果提示7-位C上行11C標記可形成更多極性產物，更適合人體內應用。

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的攝取與腫瘤細胞EGFR表達水平相關。我們進一步構建了大鼠C6膠質瘤動物模型，證實了11C-PD153035可用于動物PET/CT顯像，獲得圖像可利用感興趣區(qū)技術(ROI)進行半定量分析。然后

11、課題組進行了正常人體顯像研究，證實PD153035經靜脈注射后在體內被快速清除，主要由肝、腎排泄，適合NSCLC患者原發(fā)灶及縱膈轉移淋巴結EGFR的分子顯像，提示11C-PD153035可用于NSCLC腫瘤組織EGFR表達水平的無創(chuàng)性檢測，為進一步行EGFR靶向藥物療效預測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能否指導篩選NSCLCEGFR靶向治療的適合人群<

12、br>　　 2.判斷11C-PD153035PET/CT能否指導預測NSCLCEGFR靶向治療療效和預后
　　 研究方法
　　 1.人體用11C-PD153035的合成
　　 應用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(ROI)分析腫瘤病灶的放射性活度，分析計算腫瘤區(qū)域的最大標準攝取值(SUVmax)。
　　 4.NSCLC患者EGFR靶向治療的療效評價
　　 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，分析計算腫瘤病灶的大小。根據(jù)實體瘤的療效評價標準(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個月、治療6個月、治療12個月等時間點對病人進行隨診，直至病人死亡。
　　

15、 6.收集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學處理
　　 采用SASversion9.2統(tǒng)計學軟件，對采集的數(shù)據(jù)進行相關統(tǒng)計學分析。
　　 研究結果：
　　 1.截止至數(shù)據(jù)分析時，21例患者中18例已經死亡，中位隨訪時間為7.5個月結果顯示中位OS和PFS分別為62％和14％。
　　 2.根據(jù)Cox回歸分析結果，治療前基線11C-PD153035PET/CTSUVmax與OS和PFS高度相關。SUVmax每增加1個單位，死亡風險

16、度下降60％(HR=0.40，95％CI=0.22-0.70，P=0.002)，疾病進展風險度下降96％(HR=0.044，95％CI=0.01-0.02,P＜0.001)。
　　 3.治療1-2周時11C-PD153035PET/CTSUVmax亦與OS和PFS高度相關。SUVmax每增加1個單位，死亡風險度下降64％(HR=0.36，95％CI=0.17-0.75，P=0.007)，疾病進展風險度下降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(r=0.87，95％CI=0.65-0.95)。
　　 4.治療6周時11C-PD153035PET/CTSUVmax與基線SUVmax無關(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)無相關性。
　　 5.以基線SUV

18、max的中位值2.92為最佳界值點，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個月），并且6個月的OS更高(91％vs30％)。同樣，高SUVmax組的中位PFS和6個月的PFS均高于低SUVmax組的患者(4.4vs1.8個月，27％vs0％)。
　　 研究結論：
　　 1.本前瞻性研究首次證明11C-PD153035PET/CT掃描能夠預測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果與療效具高度相關性，后期隨訪掃描結果未提供更多
　　 的預后信息，提示11C-PD153035PET/CT影像學的療效預測窗口期為治療前及治療開始時的1至2周
　　 3.患者OS和PFS與11C-PD153035基線SUVmax高度相關
　　 4.11C-PD153035PET/CT作為影像學標志物相比組織標志物具有非侵入性的優(yōu)勢，且不受組織標本

20、不足的限制
　　 第二部分：非小細胞肺癌功能影像指導臨床靶區(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。對于不能耐受手術的早期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)設置不合理，照射野太小會直接導致放療脫靶;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。目前臨床應用的三維適形、調強等精確照射技術使放療劑量的提高成為可能，

21、但該放療技術對靶區(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)國際輻射單位與測量委員會(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)和計劃靶區(qū)（planning target volume，PTV）GTV是臨床和影像學檢查所確定的腫瘤范圍，包括原發(fā)灶和局部轉移的淋巴結。CTV包括GTV加上亞臨床

22、病灶。PTV是CTV加器官運動的范圍以及擺位誤差?？紤]到體內器官的運動范圍和重復擺位的不確定性，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確地確定CTV，CTV太小會造成腫瘤邊緣劑量不足或靶區(qū)漏照，CTV太大會造成周圍正常組織受量過高。能否精確CTV的范圍是放射計劃成功的關鍵之一。根據(jù)ICRU第50號報告規(guī)定，CTV是在GTV的基礎上外放一定區(qū)域（CTV擴充區(qū)）。這個區(qū)域應該包括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GTV到CTV外放邊界的確定提供科學、準確的參考數(shù)據(jù)。然而該范圍在臨床和常規(guī)影像水平無法準確確定，并且受檢查方法、腫瘤的生物特性、解剖關系等因素影像。對于NSCLC原發(fā)腫瘤的ME只能通過患者術后病理切片的回顧性分析得知，目前缺乏直接檢測在體腫瘤個體化ME的無創(chuàng)性技術。功能影像的出現(xiàn)為這一問題的解決提供了可能?，F(xiàn)今功能分子影像學已成為一門獨立的

24、學科，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。通過18F-FDGPET/CT測量獲得腫瘤的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，從而可以評價腫瘤細胞的活性狀態(tài)和侵襲能力。有研究報道肺癌腫瘤細胞的侵襲狀態(tài)與原發(fā)腫瘤邊緣外ME明顯相關。由此為18F-FDGPET/CT評價在體腫瘤ME創(chuàng)造了前提條件，從而為進一步指導N

25、SCLC患者個體化放療CTV的勾畫奠定了基礎。
　　 研究目的
　　 1.明確NSCLC患者原發(fā)腫瘤ME與18F-FDGPET/CT腫瘤SUVmax的相關性
　　 2.明確NSCLC患者原發(fā)腫瘤ME與18F-FDGPET/CT腫瘤MTV的相關性
　　 研究方法
　　 1.人體用18F-FDG的合成
　　 應用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
　　 招募擬行手術的NSCLC患者，手術前行18F-FDGPET/CT顯像。
　　 3.NSCLC患者的18F-FDGPET/CT顯像
　　 采用靜態(tài)顯像法對擬行手術的NSCLC患者行18F-FDGPET/CT顯像，利用感興趣區(qū)技術(ROI)分析腫瘤病灶的放射性活度，分別分析計算腫瘤區(qū)域的SUVmax和MTV。
　　 4.NSCLC患者原發(fā)腫瘤ME的計算

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)計學處理
　　 采用SPSS13.0統(tǒng)計學軟件，對采集的數(shù)據(jù)進行相關統(tǒng)計學分析。
　　 研究結果
　　 1.NSCLC原發(fā)腫瘤ME與SUVmax的相關性
　　 ME與SUVmax相關有統(tǒng)計學意義（r=0.777）。對于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的相關性
　　 ME與MTV相關有統(tǒng)計學意義（r=0.724）。對于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。
　　 研究結論
　　 18F-FDGPET/CT可以為NS