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  • 前列腺特异性膜抗原在泌尿系统肿瘤中的诊疗进展

    发布时间:2021年01月12日 08:19:34 来源:振东健康网

    前列腺特异性膜抗原在泌尿系统肿瘤中的诊疗进展

    王子龙1,韩承林1,王慕文1,2

    (1.山东大学附属省立医院泌尿外科,济南250021;

    2.山东第一医科大学附属省立医院泌尿外科,济南250021)

    【摘要】前列腺特异性膜抗原(prostate-specificmembraneantigen,PSMA)作为前列腺癌的生物标志物之一,不仅在前列腺癌细胞的细胞膜中表达,还在肾癌和膀胱癌等多数实体瘤组织中的新生血管内皮细胞中表达。PSMA既可通过影像学显像对前列腺癌进行精准定位和靶向治疗,还可能与泌尿系统肿瘤的侵袭和转移密切相关。本文对PSMA在泌尿系统肿瘤中的生物学特性及其诊疗进展进行综述。

    【关键词】前列腺特异性膜抗原;泌尿系统肿瘤;前列腺癌


    Frontier advances of prostate-specific membrane antigen in the diagnosis and treatment in urological neoplasms

    Wang Zilong1,Han Chenglin1,Wang Muwen1,2

    (1.Department of Urology,Shandong Provincial Hospital,Cheeloo College of Medicine,Shandong 

    University,Jinan 250021,China;2.Department of Urology,Shandong Provincial Hospital 

    Affiliated to Shandong First Medical University,Jinan 250021,China)

    【Abstract】Prostate-specific membrane antigen(PSMA),a kind of biomarker of prostate cancer,is not only expressed on the cell membrane of prostate cancer cells,but on the surface of neovascular endothelial cells in solid tumors such as renal cancer and bladder cancer,etc.PSMA plays significant roles of accurate orientation and targeted therapy through PSMA-labeled imaging in patients of prostate cancers,which is related to invasion and metastasis of urologic neoplasms.As above,we review the biological activities and advances in PSMA-targeted diagnosis and treatment of urologic neoplasms.

    【Key words】Prostate-specific membrane antigen;Urologic neoplasms;Prostate cancer


    前列腺特异性膜抗原(prostate-specific mem brane antigen,PSMA)是前列腺癌生物标志物之一,首先在人前列腺癌细胞系LNCaP中被发现[1],目前已在大量临床研究中用于晚期前列腺癌影像显像和靶向治疗。最近研究发现,PSMA不仅表达在前列腺癌细胞的细胞膜,还表达在肾癌、膀胱癌、甲状腺癌、乳腺癌等其他实体瘤组织的新生血管内皮细胞。本文对PSMA在泌尿系统肿瘤中的生物学特性和诊断治疗特别是靶向治疗进展进行综述。


    1、前列腺特异性膜抗原的生物学特性

    PSMA亦称为谷氨酸羧肽酶Ⅱ,是M28肽酶家族中的Ⅱ型跨膜糖蛋白,在不同营养物质中具有不同的谷氨酸羧肽酶活性,如其在近端小肠中能够水解叶酸多聚谷氨酸,在中枢神经系统中能够代谢大脑神经递质N-乙酰基-L-天冬氨酰-L-谷氨酸,因此又被称为叶酸水解酶1或N-乙酰天冬氨酰-谷氨酸肽酶(N-acetylated alpha-linked acidic dipeptidase,NAALAD酶)[2]。PSMA的蛋白由下列独特的三部分构成:19个氨基酸构成的膜内部分、24个氨基酸构成的跨膜部分和707个氨基酸构成的膜外部分,在前列腺癌所有临床分期的肿瘤细胞表面特异性表达,且表达率高达80%~90%[3]。

    无酶活性PSMA以游离体的形式在前列腺分泌性腺泡上皮细胞的细胞质中表达,当前列腺上皮细胞出现癌变时,细胞质中游离的无酶活性PSMA转化为膜镶嵌蛋白PSMA,并发挥相应的酶活性[4]。此外,PSMA还在神经系统中的星形胶质细胞和施万细胞、小肠中的空肠刷状缘细胞、肾脏中的近端小管上皮细胞中呈低水平表达[5]。PSMA在染色体中有2对基因表达:一对基因位于染色体11p11-12,编码前列腺组织中PSMA的表达;另一对位于染色体11q14.3,被称为PSM样基因,在胰腺癌、肺癌、肾癌、结直肠癌等大多数实体肿瘤的新生血管而非正常组织的脉管系统中表达。

    PSMA具有2种酶活性,即NAALAD酶活性(从神经肽二肽中裂解末端谷氨酸)和叶酸水解酶活性或谷氨酸羧肽酶活性(从叶酸多聚谷氨酸中裂解末端谷氨酸)。PSMA能够分解营养物质中的叶酸多聚谷氨酸(维生素B 9 ),释放谷氨酸进行细胞信号转导,释放的谷氨酸与附近的代谢型谷氨酸受体(glutamate receptor,GluR)(如GluR1和GluR5)相结合,激活p110β,并对雄激素受体(androgen rec-e ptor,AR)通路进行负性调节,而抑制前列腺癌细胞中AR活性则上调PSMA的表达水平[6]。Jia等[7]发现前列腺癌中Akt信号转导通路由GluR激活PI3K中p110β亚型启动。同时,Carver等[3]已证明抑制体内p110β活性并与PI3K和AR抑制剂进行联合阻断治疗可以抑制AR和PI3K两个信号转导通路之间的相互负反馈调节机制。在中枢神经系统中,PSMA通过分解N-乙酰天门冬氨酰谷氨酸(N-acetyl-aspartyl-glutamate,NAAG)而调节兴奋性信号传导[8]。因此,PSMA作为分解叶酸多聚谷氨酸的锌金属蛋白酶,能够将营养物质等环境信号转换为前列腺癌促癌活性的增殖信号。


    2、前列腺特异性膜抗原在泌尿系统肿瘤中的应用

    2.1前列腺特异性膜抗原在前列腺癌中的研究进展2019年,前列腺癌的新发病例数约占所有男性恶性肿瘤的20%,死亡率在所有男性恶性肿瘤中约为9.8%。近年来,虽然前列腺特异性抗原(prostate specific antigen,PSA)作为最广泛应用的前列腺癌诊断指标,因前列腺癌初诊即表现为具有明显症状的局部晚期或转移性癌症的数量增多,但PSA不能满足晚期前列腺癌转移灶的精准定位放疗等临床诉求。因此,需要发现一种新的生物标志物用于检测和治疗前列腺癌。PSMA最初发现于从人激素敏感性前列腺癌细胞系LNCaP的细胞膜中提取的单克隆抗体7E11[1]。免疫组织化学染色表明,在正常前列腺腺上皮细胞向前列腺高级别上皮内病变发展再到前列腺癌的过程中,PSMA的表达水平随着前列腺癌恶性程度的增加而升高,并且其在前列腺癌组织中的表达率高达80%~90%;同时,PSMA表达水平随着肿瘤去分化程度、去势抵抗性及转移性肿瘤的增加而升高;PSMA表达水平与Gleason评分和血清PSA水平之间存在较强的正相关性[5]。这些现象与肿瘤新生血管生成和ETS转录因子相关基因表达下降密切有关,从而导致维生素D和AR的表达降低[9]。PSMA表达受AR调节,在进行雄激素剥夺治疗时,PSMA表达急剧增加;抑制前列腺癌细胞中AR活性则上调PSMA的表达。尽管雄激素对PSMA的调节机制尚未明确,但AR引起PSMA表达水平下降可能与增强子区域有关。

    PSMA表达与前列腺癌细胞的增殖和分化密切相关。在体外试验中,PSMA的表达与细胞中叶酸含量密切相关,从而诱导表达PSMA的细胞具有增殖特性。此外,PSMA通过LNCaP细胞系中p38磷酸化(P-p38)MAPK通路促进前列腺癌细胞的增殖和侵袭[10]。Guo等[11]证实敲除LNCaP细胞系中PSMA不仅抑制磷脂酰肌醇3-激酶/Akt信号通路,而且抑制前列腺癌细胞的增殖与侵袭,PSMA还与前列腺癌的转移有关。Xu等[12]在4种前列腺癌细胞系(DU145、LNCaP、PC-3和22RV1)中研究PSMA调控的前列腺癌转移相关基因,其中,CDH6、MMP3和MTSS1被视为PSMA转移相关基因,其表达与肿瘤分期呈负相关,从而抑制了PSMA诱导的前列腺癌转移途径。

    目前,超声、CT、骨显像和磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)等常规技术被用于检测原发性前列腺癌及其转移灶。然而,这些传统成像技术的局限性使其在检测前列腺癌复发或/和转移灶时常表现出低灵敏度,因此需要选择更优化的成像技术对前列腺癌患者进行检查。应用新兴放射性药物的正电子发射断层成像(positron emission tomography,PET)和单光子发射计算机断层成像(singlephoton emission computerized tomography,SPECT)为前列腺癌原发灶的肿瘤分期、转移灶的检测及复发灶的再分期提供了更准确的结果[13]。因此,PSMAPET/CT以及PSMA PET/MRI作为前列腺癌影像和治疗的理想靶点,已受到广泛关注。

    PSMA在未来前列腺癌中的研究方向可能与其细胞生物学特性有关。Troyer等[14]证明PSMA定位于质膜内表面并与LNCaP细胞系中的线粒体相关。Ristau等[15]通过免疫组织化学染色和共聚焦显微镜证实了PSMA的细胞内结合。随着生物学的进一步发展,可能会为前列腺癌治疗提供新途径。

    PSMA另一个研究方向可能是前列腺癌的轴突和神经血管形成。如前所述,PSMA在神经系统中具有重要作用,并且已在多种神经系统疾病中进行了临床研究。Ayala等[16]已证明:与肿瘤形成前相比,前列腺癌的新生神经密度增加。此外,前列腺癌患者神经节中神经元的数量也增加。体外试验证实,前列腺癌细胞与神经鞘内侵袭的相互作用诱导神经突向外生长。大脑中的谷氨酸受体已被证明在神经形成中发挥作用[17]。因此,PSMA可能将NAAG分解代谢为N-乙酰天门冬氨酸和谷氨酸,使突触中谷氨酸水平升高,从而导致前列腺癌的神经形成。

    2.1.1前列腺特异性膜抗原在前列腺癌影像学诊断中的应用 最近有大量研究报道了PSMA成像在原发性前列腺癌诊断中的应用。目前较为广泛应用的PSMA显像剂有68 Ga、18 F-DCFBC和11 In-7E11等。Fendler等[18]在病理确诊为前列腺癌的患者中评估了68 Ga-PSMA-11 PET/CT鉴别前列腺癌的准确性,结果显示鉴别前列腺癌的最大标准摄取值(standarduptake value,SUV)为6.5。因此,68 Ga-PSMA-11PET/CT鉴别前列腺癌的灵敏度、特异度、阳性预测值和准确性分别为67%、92%、97%和72%。

    Uprimny等[19]发现Gleason评分为6分或7(3+4/4+3)分的前列腺癌患者68 Ga-PSMA-11的摄取量较低,最大SUV分别为5.9、8.3和8.2。而Gleason评分>7分患者的中位最大SUV为21.2。此外,PSA≥10.0 ng/ml的患者具有更高的68 Ga-PSMA-11摄取量。Koerber等[20]对前列腺PSMA摄取量与PSA、Gleason评分和D'Amico风险评分等临床参数之间的相关性进行了分析,结果表明PSA、D'Amico风险评分和Gleason评分较高的患者在PET/CT中PSMA的摄取强度更高。

    多参数磁共振成像(multiparametric magnetic resonance imaging,mpMRI)与68 Ga-PSMA-11 PET/CT对前列腺癌的检测结果具有一致性。通过改进mpMRI的显像功能,可以避免假阴性结果或肿瘤分期误差,从而对Gleason评分较高的前列腺癌具有更准确的检测率。此外,PSMA PET/MRI可能有助于发现前列腺惰性肿瘤和筛选出更多的中、高危肿瘤。

    在转移性去势抵抗性前列腺癌(metastatic castration-resistant prostate cancer,mCRPC)患者中发现隐匿性淋巴结转移灶甚至远处其他器官转移灶对mCRPC的诊断和精准靶向治疗具有非常重要的临床意义,而PSMA PET/CT或PET/MRI具有非常独特的优势。Pyka等[21]对126例患者(包括40例晚期mCRPC患者)进行骨扫描和68 Ga-PSMA PET/CT影像学检查发现,与骨扫描相比,68 Ga-PSMA PET/CT对mCRPC淋巴结转移和骨转移灶的灵敏度更高,且对转移灶具有更高的检测准确性(AUC为0.993:0.945)。因此,通过PSMA PET影像学方法精准定位mCRPC转移灶,有助于mCRPC的靶向治疗和立体定位放疗。

    2.1.2前列腺特异性膜抗原在前列腺癌分期中的影像学应用 对于前列腺癌的术前分期,当前最常用的是对中、高危前列腺癌患者行腹部/盆部CT或MRI与骨扫描。一项前瞻性研究对30例中、高危前列腺癌患者术前进行了68 Ga-PSMA PET/CT检测,然后行前列腺癌根治术和扩大盆腔淋巴结清扫术,与病理学结果相比,68 Ga-PSMA PET/CT检测淋巴结转移的灵敏度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为64%、95%、88%和82%[22]。一项Ⅱ期单中心前瞻性研究分析了25例传统检测为阴性但具有高风险转移性前列腺癌患者应用PSMA靶向18 F-DCFPyL PET/CT在术前分期中的诊断价值,结果显示18 F-DCFPyL PET/CT检测前列腺癌的灵敏度和特异度分别为71%和88%,检测淋巴结转移的灵敏度和特异度分别为66%和92%[23]。

    Maurer等[24]对130例行术前68 Ga-PSMA PET/CT或PET/MRI的中、高危前列腺癌患者进行回顾性研究,证实68 Ga-PSMA PET的灵敏度、特异度和准确性分别为65.9%、98.9%和88.5%,而传统形态学成像技术的灵敏度、特异度和准确性分别为43.9%、85.4%和72.3%。因此,在前列腺癌的临床分期影像学检查中,68 Ga-PSMA PET有可能取代当前的成像技术,从而能够更完整和准确地对前列腺癌进行术前分期。

    2.1.3前列腺特异性膜抗原在前列腺癌生化复发中的应用 前列腺癌根治术或放疗后,68 Ga-PSMA PET/CT对前列腺癌生化复发的检出率与PSA水平升高密切相关。患者接受前列腺癌根治术治疗后,血清PSA水平为0.01~<0.20 ng/ml、0.20~<0.50ng/ml、0.50~<1.00 ng/ml、1.00~<2.00 ng/ml和≥2.00 ng/ml时,68 Ga-PSMA PET/CT的检出率分别为11.3%、26.6%、53.3%、79.1%和95.5%;在接受放疗的患者中,放疗后血清PSA水平为0.01~<0.50 ng/ml、0.50~<1.00 ng/ml、1.00~<2.00 ng/ml和≥2.00ng/ml时68 Ga-PSMA PET/CT的检出率分别为33.3%、71.4%、93.3%和100%[25]。该研究分别按照患者和病灶进行分析,68 Ga-PSMA-11 PET的灵敏度分别为86%和80%、特异度分别为86%和97%。 68 Ga-PSMAPET阳性率随着PSA倍增时间的缩短而增加。

    Raucher等[26]对接受前列腺癌根治术治疗后血清PSA水平为0.2~1.0 ng/ml的患者进行队列研究,发现68 Ga-PSMA-11 PET的检出率更高。血清PSA水平为0.2~0.5 ng/ml和>0.5~1.0 ng/ml的检出率分别为55%和74%。应用多变量分析发现,与68 GaPSMA PET/CT检出率相关的预测因素是雄激素剥夺治疗和血清PSA水平。识别疾病的复发部位非常重要,不仅可以避免全身性复发患者接受不必要的局灶治疗,还可以避免局部复发患者接受全身性治疗的副作用。

    2.1.4前列腺特异性膜抗原在前列腺癌治疗中的研究进展 最近涌现了大量用于提高mCRPC患者生存率的治疗方法。尽管治疗方法的研发已经取得了巨大进展,但与安慰剂相比,这种疗法仅能使多西他赛化疗后mCRPC患者的总生存期延长4~5个月[27]。显然,需要研发新的药物来延长患者的生存期。PSMA在mCRPC前列腺癌细胞中的表达较在正常细胞中的表达高100~1000倍。目前,已研发出基于抗体的放射疗法,应用抗体-药物偶联物(antibody drug conjugate,ADC)的PSMA靶向疗法。

    目前最常用的PSMA抗体放疗药物为177 Lu。一项Ⅱ期临床试验显示,在使用177 Lu靶向治疗mCRPC的47例患者中,60%的患者表现出PSA水平下降,其中10.6%的患者PSA水平下降>50%[28]。利用177 Lu对CRPC患者进行第二阶段Ⅰ期临床试验表明,分次给药可以使药物的累积剂量更高而毒性更小。目前正在对mCRPC患者进行应用多西他赛、泼尼松和逐渐加量177 Lu-J591的第三阶段Ⅰ期临床试验。MLN2704是抗微管药物DM1与177 Lu偶联的ADC药物,一项针对23例患者进行的Ⅰ期临床试验表明,2例患者PSA水平下降>50%,3例患者出现3级毒性[29]。因此,ADC疗法似乎是有效的,目前正在设计新的化合物来降低相关的细胞毒性。

    2.2前列腺特异性膜抗原在肾细胞癌中的研究进展 Baccala等[30]对多种病理类型的肾细胞癌进行组织芯片研究,在透明细胞性肾细胞癌和嫌色细胞性肾细胞癌的肿瘤新生血管中发现PSMA表达。然而,在由肾近端小管上皮细胞组成的乳头状肾细胞癌中,PSMA表达却为阴性。因此,这种肿瘤生物学差异为PSMA的精准检测提供了可能。Chang等[31]对转移性透明细胞性肾细胞癌的骨、淋巴结、肝脏、肺和软组织的转移灶进行免疫组织化学分析,发现肾透明细胞癌所有转移灶的肿瘤新生血管内皮细胞皆表达PSMA,预示PSMA作为肾透明细胞癌转移灶的显像剂和预测抗血管生成靶向治疗效果成为可能。Morgantetti等[32]对肾透明细胞癌并发腔静脉血栓的患者进行临床研究,PSMA在腔静脉血栓中表达高于瘤体本身,这与PSMA PET/CT结果一致,可能是PSMA诱导的肿瘤新生血管导致肾透明细胞癌的进展和转移,其可能作为预测肾细胞癌患者生存期及预后的生物标志物。

    2.3前列腺特异性膜抗原在膀胱癌中的研究进展 在膀胱癌中,PSMA的研究进展目前充满了争议。Samplaski等[33]应用组织芯片检测PSMA在膀胱尿路上皮癌以及膀胱癌的其他病理变异类型如鳞状细胞癌、腺癌和小细胞癌等肿瘤组织中的表达,结果显示PSMA在膀胱尿路上皮癌、腺癌和小细胞癌的细胞质中的表达率分别为3%、12%和18%,但在鳞状细胞癌中无任何表达。同时结果还显示,PSMA在膀胱癌所有病理类型的肿瘤新生血管中表达。Gala等[34]应用PSMA mRNA实时定量聚合酶链反应(quantitative real time-polymerase chain reaction,qRT-PCR)和免疫组织化学染色等方法证实膀胱尿路上皮癌细胞系和肿瘤组织中存在PSMA mRNA,并且病理临床T3期以上的PSMA阳性率较高,预示血液中进行PSMA mRNA qRT-PCR可以预测膀胱尿路上皮癌患者的生存期和预后。Chang等[35]应用J591、7E11和PEQ226.5等PSMA抗体和CD34对6例膀胱尿路上皮癌组织进行免疫组织化学染色,结果显示PSMA在膀胱尿路上皮癌新生血管内皮细胞中表达,但在肿瘤组织和正常组织的血管内皮细胞中无表达。Campbell等[36]对3例患有转移性膀胱尿路上皮癌患者进行PSMA靶向18 F-DCFPyL PET/CT和18 F-FDG PET/CT检测,结合PSMA mRNA qRT-PCR和PSMA与CD34免疫组织化学结果,提出膀胱尿路上皮癌新生血管中PSMA表达较少,因而限制了PSMA靶向18 F-DCFPyL PET/CT在膀胱癌患者中的应用,但由于病例仅有3例,因此需要更大规模的样本进行研究。目前,在膀胱癌中暂无PSMA靶向药物进行临床试验,因此需要更深入研究PSMA在膀胱癌中的生物学功能和影像学特性。


    3、结论

    PSMA作为当前前列腺癌诊断和治疗的研究热点,不仅可以通过PSMA PET/CT或PET/MRI对前列腺癌特别是mCRPC的原发灶及其转移灶和复发灶进行精准定位以便进行转移灶定位放疗,还可以应用PSMA抗体偶合放疗药物177 Lu进行靶向放疗,从而有利于对mCRPC患者开展精准靶向治疗。PSMA不仅在前列腺癌细胞膜上表达,还在肾细胞癌和膀胱癌等实体瘤组织的新生血管上皮细胞的细胞膜上表达;PSMA通过其具有的叶酸水解酶活性水解营养物质叶酸多聚谷氨酸,促进肿瘤细胞的侵袭和转移,因此,未来对PSMA和泌尿系统肿瘤的研究可能集中于PSMA的细胞内功能及其在肿瘤发生、发展中的作用和相应靶向药物。随着对肿瘤生物学进展和分子技术的了解越来越细化,PSMA靶向治疗药物可能会对mCRPC等泌尿系统肿瘤的治疗发挥重要作用。


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    (肿瘤综合治疗电子杂志2020年第6卷第4期)



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