探测癌：免疫疗法和分子成像

新加坡癌症免疫治疗成像（CITI）计划是一家新加坡的协作研究组，包括12个研究机构。花旗的努力集中在发现和应用基于肽的成像探针，该探针靶向免疫治疗响应生物标志物。新加坡BioMaging联盟和Nus临床影像学研究中心的副主任的广告博士博士（Nus Clinical Magicalage Research Center副主任）调查使用氟基探针在评估结肠鼠模型中的免疫检查点抑制剂疗效方面的使用癌症。

今天，癌症仍然是全球第二大死亡原因。全球癌症负担逐年增加，对高质量癌症治疗的需求变得越来越重要。免疫疗法是一种较新的癌症治疗形式，在过去几十年中一直在改变癌症护理领域，特别是随着第一种针对人类乳头瘤病毒的癌症疫苗的开发。免疫检查点抑制剂(Immune Checkpoint Inhibitors, ICIs)是免疫治疗的一个强大分支，它作用于并阻断人类细胞免疫检查点(Immune Checkpoint, ICs)。

免疫学的课程
其中一个免疫系统的主要球员是T细胞，一种源自骨髓的淋巴细胞。T细胞在其表面上表现出多个受体，其结合并杀死细胞。为了防止T细胞杀死宿主自己的细胞，免疫系统利用IC。在ICS中，免疫系统在T细胞的受体上停靠在T细胞的受体上，阻止它们识别和杀死细胞。ICS有效地“关闭”T细胞，直到病原体入侵期间需要。癌细胞通过产生与IC的抗体 - 拷贝分子产生与IC的抗体 - 拷贝分子来劫持该系统，与T细胞受体结合并使T细胞的反应失活，从而逸出，使癌症生长并促进巨大膨胀。ICIS是阻止检查点的药物，保持T细胞'上'，所以它们可以检测和攻击癌细胞。两个最多研究的IC是CTLA4和PD-1，其调节肿瘤浸润的白细胞（TIL）的活性，尽管其他检查点，包括OX40，TIM3和LAG3，在免疫肿瘤群体中都会受到诺代。

由于PD-1和CTLA4的活性是无冗余的，最初认为在联合治疗中使用它们各自的ICI可能会产生协同作用，最终比单独使用一个ICI更大的肿瘤消退。但研究表明PD-1和CTLA4联合治疗的疗效较低，副作用严重且范围广。联合和单ICI治疗的机制方面的生物学尚不清楚，为了提高ICI的疗效，迫切需要对ICI的吸收和作用机制有更深入的了解。为此，花旗银行的爱德华·罗宾斯博士和他的同事们正在开发分子生物标记物，以便对这种神秘的相互作用进行精确的免疫细胞成像。

我们的朋友氟
花旗队开发了一种氟标记的探针，[¹⁸F]AlF-mNOTA-GZP，它与颗粒酶B结合，颗粒酶B是由不同类型的TILs，特别是CD4+和CD8+细胞释放的丝氨酸蛋白酶。如果TIL细胞是活跃的，或者是“打开”的，那么ICI疗法已经成功地抑制了IC。因此，颗粒酶B是ICI治疗起作用的良好指标。

该研究表明，Citi组的氟-18标记探针能够准确地分层对不同单体和组合ICI治疗方案的肿瘤反应。

表型失败
在两种不同的小鼠结肠癌表型，CT26 (msi -低)和MC38 (msi -高)中评估了探针的有效性。缺陷DNA错配修复(MMR)是结直肠癌的一个原因。DNA MMR是一个纠正DNA复制过程中产生的自发错误的细胞过程——具有失效DNA MMR的细胞积累错误，产生重复的DNA片段，称为“微卫星”。拥有微卫星的个体被称为“微卫星不稳定性”(MSI)，一般来说，在临床环境中对ICI治疗表现出更好的反应。因此，在这项研究中，重要的是包括msi -高(MSI-h)和msi -低(MSI-l)表型，以复制临床条件，并评估表型的差异是否影响探针摄取。

小鼠接种CT26和MC38结肠肿瘤细胞系，随后通过腹腔注射(腹腔注射或体腔注射)进行ICI治疗。这两种表型的小鼠被分为对照、单药和联合治疗组，并在肿瘤接种后6、9和12天单独注射抗体IgA(对照)、PD-1、CTLA4、OX40、TIM3或LAG3 ICIs(单一治疗)，或PD-1+CTLA4、PD-1+OX40、PD-1+TIM3或PD-1+LAG3(联合治疗)。在肿瘤接种14天后，测量肿瘤长度，并向小鼠注射氟标记探针[¹⁸F] AlF-mNOTA-GZP。然后通过正电子发射断层摄影术(PET)对小鼠进行成像。PET是一种使用放射性示踪剂(如氟探针)来观察细胞群中化学吸收变化的技术。PET通过探测衰变同位素发出的伽马射线来形成3D图像。在这项研究中，PET被用来测量探针对小鼠肿瘤细胞的吸收。pet分析后，切除肿瘤，对相关TIL组(包括CD4+和CD8+细胞)进行染色，并通过流式细胞术分析。

宠物成像数据显示治疗组之间的探针摄取水平不同。在对照抗体组中显示低摄取，并且对于ICI治疗成功抑制肿瘤生长（通过肿瘤体积的变化测量），对细胞集中的表型观察到更高摄取。流式细胞术数据用于肿瘤微环境中TIL类分布的数据作为ICI治疗效果的量度。对于CT26肿瘤，与对照相比，响应于PD-1，CLTA4和OX40单疗法而观察到所有直到类别的增加，并且PD1 + CTLA4和PD1 + OX40组合疗法，但无论是单一的还是没有显着的变化TIM3和LAG3的组合疗法。对于MC38肿瘤，仅针对OX40单疗法和PD1 + OX40组合疗法观察到CD3 + TIL的增加。对于MC38肿瘤中的CD8 + TILS，对所有单一疗法和所有组合疗法观察到增加。对于这两种表型，观察到渗透和探针摄取之间的正相关，表明[¹⁸F]AlF-mNOTA-GZP是TIL杀瘤活性的良好测量指标，因此也是ICI治疗疗效的良好测量指标。

探索癌症:前进的道路
总体而言，该研究表明，Citi组的氟-18标记探针能够准确地分层对不同单体和联合ICI治疗方案的肿瘤反应。其他研究表明了各种直到课程的细胞表面分子的探针类似的结果;然而，肿瘤微环境中的高钛水平不一定表明TILS是活跃的，或者肿瘤正在响应治疗，只需直到直到目前。在该研究中，已被证明，使用明确结合的探针，该探针仅释放到T细胞活化时仅释放的分子，这是对ICI治疗的结肠癌反应的高度精确方法。

在这项研究中，使用探针明确结合颗粒酶B已被证明是一种高度精确的成像结肠癌对ICI治疗反应的方法。

虽然探针摄取与TIL响应相关，但直到两种肿瘤表型，CT26和MC38之间的响应差异很大。罗宾斯博士及其同事们提出这种差异可以归因于MC38肿瘤群的MSI-H表型。由于MSI-H肿瘤细胞（与MSI-L细胞相比）表达的突变抗原（NeoAntigens）的数量增加，旨在产生极其挥发性和免疫刺激环境的存在，该突变脉络细胞增加（与MSI-L细胞相比）显然来自分流误差在DNA MMR。据认为，高水平的新奥地利人绘制了更多数量的直达。“活化”直到的越多，攻击和破坏肿瘤细胞的T细胞越多，ICI治疗的成功越大。该假设由数据支持：总体而言，CT26肿瘤显示对PD-1单药治疗（40％）的适度反应，以及对CTLA4单疗法和PD-1 + CTLA4治疗的略微改善的反应（70％）。然而，由于其MSI-H表型，肿瘤的肿瘤被引入对ICIS进行响应，并且与CT26细胞相比，展示了所有疗法的响应率（70-90％），并增加了探针摄取，并增加了探针吸收。

这项研究表明[¹⁸F]AlF-mNOTA-GZP探针能够准确测量和量化肿瘤对ICI治疗方案的反应，无论是单治疗还是联合治疗，在小鼠结肠癌模型中。尽管如此，探针的摄取已经被证明受到肿瘤微环境的极大影响，需要进一步的研究来评估颗粒酶B作为ICI在多种表型和结肠癌之外的各种癌症中的疗效指标的使用。总的来说，这里讨论的CITI项目的研究，是迈向精准免疫肿瘤成像的有力一步。

上述研究是CITI计划的总体旨在开发可在临床前，临床和商业环境中使用的创新平台和技术来评估ICI治疗。特别是，他们的目标是使用系统生物学方法来开发切削刃免疫疗法生物标志物，如这里讨论的氟-18标记的探针。他们的努力将基于靶向免疫细胞表面标志物的肽基成像探针的发现和临床实施，构建基于肽的'免疫肿瘤成像工具箱'。

罗宾斯博士和他在花旗的同事通过科学技术和研究机构(a *STAR)管理的竞争性拨款奖获得资金，这是一个新加坡政府机构，推动以任务为导向的科学研究，旨在弥合学术界和产业界之间的差距。花旗计划的目标是确保ICI的学术和商业治疗研究迅速转化为实时临床诊断解决方案。