發(fā)射俄歇電子核素靶向治療應(yīng)用研究解析

1、發(fā)射俄歇電子核素靶向治療應(yīng)用研究俄歇電子的細(xì)胞毒性作用及其在靶向內(nèi)放射治療中的應(yīng)用 , 特別是對(duì) 125I 及 125I 標(biāo)記的碘苷 (IUdR) 的長(zhǎng)期研究 , 使人們對(duì)這一領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)有了突破性進(jìn) 展。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)于1976年啟動(dòng)了國(guó)際合作攻關(guān)項(xiàng)目,以研究1251- UdR治療人類腫瘤的機(jī)制、可行性和實(shí)用價(jià)值1。J Nucl Med(美國(guó))1996年 增刊系統(tǒng)報(bào)道了這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展。、發(fā)射俄歇電子的核素發(fā)射俄歇電子的核素很多，可分為 3類2:發(fā)射丫射線同時(shí)發(fā)射俄 歇電子的有 51Cr、 67Ga、 75Sr、 80Brm、 99Tcm、 114Inm、115 Inm、1231

2、、125I、193Ptm和195Ptm等；發(fā)射 a射線同時(shí)發(fā)射俄 歇電子的有212Bi、211At和255Fm發(fā)射正電子同時(shí)發(fā)射俄歇電子的有 73Se 94Tc 和 124I。、俄歇電子的物理學(xué)特性放射性核素在電子俘獲或內(nèi)轉(zhuǎn)換過(guò)程中有俄歇電子發(fā)射2。不同核素衰變發(fā)射的俄歇電子具有不同的能量，其中多數(shù)俄歇電子的能量為20500 eV,生 物組織內(nèi)的射程為110 nm,線性能量轉(zhuǎn)換(LET)為1025 keV/卩m,屬高LET, 與a粒子的LET接近3。如125I的衰變分為2步,第1步是電子俘獲，第2 步是內(nèi)轉(zhuǎn)換 ,在這2步過(guò)程中分別發(fā)射出等量的俄歇電子 ,共22個(gè)。而 123I 則 首先通過(guò)電子

3、俘獲發(fā)射11個(gè)俄歇電子，再通過(guò)同質(zhì)異能轉(zhuǎn)換發(fā)射 丫光子。所 以,125I每次衰變產(chǎn)生的俄歇電子數(shù)2倍于123I。其它放射性核素每次衰變產(chǎn) 生的俄歇電子數(shù):99Tcm為4個(gè),111In為8個(gè),201Tl為20個(gè)。125I發(fā)射的俄歇 電子每次衰變的吸收劑量為 0.74100 Gy2,3。三、俄歇電子的細(xì)胞毒性機(jī)制1. 體外和體內(nèi)、動(dòng)物和人體大量實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí) ,發(fā)射俄歇電子核素標(biāo)記載 體參入S期細(xì)胞DNA核素衰變發(fā)出的俄歇電子靠其高 LET打斷DNA鏈,破壞細(xì) 胞的遺傳物質(zhì)，致死細(xì)胞。由于俄歇電子的射程極短(v 10 nm),僅相當(dāng)于6個(gè)堿 基對(duì)的距離，所以核素衰變的位置就是打斷 DNA勺位置。這是

4、俄歇電子最主要的 作用機(jī)制 4。2. 已發(fā)現(xiàn)用半胱胺 (MEA)、VC 等化學(xué)保護(hù)劑可以降低俄歇電子的細(xì)胞毒性 測(cè)定顯示衰變點(diǎn)附近的OH H、H30等自由基濃度高,隨著離衰變位置距離的增 加而濃度降低。所以提出，俄歇電子的作用機(jī)制除破壞 DNA勺直接作用外，還應(yīng) 包括其電離作用引起自由基增加而產(chǎn)生的間接細(xì)胞毒性作用3。3. Beckmann等5進(jìn)行1251 -雌二醇(E)和人乳癌細(xì)胞株(MCF-7)的實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明，1251-E與染色體的雌激素受體結(jié)合，同樣可使染色體斷裂，致死細(xì)胞, 提示受體配體結(jié)合沒有細(xì)胞周期依賴性問(wèn)題。四、載體1. IUdR是研究最多、應(yīng)用最廣泛的125I、123I和77

5、Br的載體，胸腺嘧啶 脫氧核苷(TdR)5位上的甲基被1個(gè)碘原子取代，就成為IUdR。在這一位置上的 甲基與碘原子有相似的范得華力，所以TdR與IUdR的生物學(xué)行為極其相似6。用TdR或IUdR參入DNA研究細(xì)胞的增殖分裂和核酸代謝，已是十分成熟 的技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,IUdR只能參入S期細(xì)胞的DNA體外細(xì)胞培養(yǎng)IUdR極 易參入細(xì)胞DNA參入量與培養(yǎng)基中加入的IUdR濃度成正比。Sastry等3用 V79細(xì)胞株,培養(yǎng)基中加入1251-UdR,培養(yǎng)18 h之后,測(cè)定細(xì)胞內(nèi)的放射性是培 養(yǎng)基中的1 800倍。用正常人 W138和Hela細(xì)胞株進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并用米-孟方程計(jì) 算出 1251-UdR 參

6、入 DNA勺 Vmax為 4.424 X 10-18 mol/min,K=3.717 x 10-6 mol。還算得：如果在1個(gè)S期內(nèi)所有的TdR都被1251-UdR置換,CHO細(xì)胞有 6.6 X 10- 12g DNA,6.1 X 109堿基對(duì)(bp),其中如果25%勺bp為TdR，表明有 1.525 X 109個(gè)125I-UdR分子在1個(gè)S期內(nèi)參入DNA如1個(gè)S期為7&nb sp;h, 則125I-UdR參入DNA勺速度為6.05 X 104 mol/s 7。這從理論上證明,IUdR 作為載體在內(nèi)放射治療中有巨大的潛力。但I(xiàn)UdR存在一定的缺點(diǎn)：細(xì)胞周期依賴性；全身給藥會(huì)造成體內(nèi)骨髓和上皮組

7、織中增殖分裂活躍細(xì)胞的損傷，所以到目前為止僅為局部給藥 6-8。2. 關(guān)于類固醇激素的研究主要集中于以雌激素為載體 ,與細(xì)胞染色體上的 雌激素受體結(jié)合 , 靠受體介導(dǎo)的靶向作用 , 使核素到達(dá)染色體 , 發(fā)射俄歇電子破壞 染色體,殺死細(xì)胞。乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和子宮內(nèi)膜癌等都富含雌激素受 體,如每個(gè)人乳癌MCF-7細(xì)胞有5002X 104個(gè)雌激素受體。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)細(xì)胞周 期依賴性 4,5。3. 生長(zhǎng)因子為多肽類物質(zhì) , 能與染色體結(jié)合 ,其載體作用正在研究中4。4. 用發(fā)射俄歇電子的核素標(biāo)記核苷酸鏈分為 2 種情況：一種是用反義鏈為 載體,即載體核苷酸鏈的堿基序列與靶細(xì)胞 DNA或 RNA的

8、某一段序列互補(bǔ)，在細(xì) 胞的分裂增殖過(guò)程中,反義鏈就與其互補(bǔ)的DNA或 RNA結(jié)合,形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 另一種情況是如靶序列由同一的嘌呤/嘧啶堿基對(duì)組成,在酸性pH條件下含多個(gè) 嘧啶（C和T）的核苷酸鏈和在中性pH條件下含多個(gè)嘌呤（G和A）的核苷酸鏈能與 靶序列結(jié)合 , 形成三螺旋結(jié)構(gòu) , 由所載核素發(fā)射俄歇電子打斷 DNA4。5. Beckmann 等 5用 125I 標(biāo)記單抗 17-Ia 造成人結(jié)腸癌細(xì)胞株染色體 損傷；Harrison等9用1251-UdR-Ab復(fù)合物進(jìn)行腫瘤治療,發(fā)現(xiàn)1251-UdR- Ab被靶細(xì)胞內(nèi)吞后,被溶酶體酶水解,游離出1251-UdR參入DNA五、俄歇電子治療作用

9、的亞細(xì)胞位置效應(yīng)由于俄歇電子的射程很短 , 發(fā)射俄歇電子的核素分布在細(xì)胞的不同部位 （不 同的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu) ）, 其產(chǎn)生的細(xì)胞毒性作用差別很大。研究工作證實(shí) , 用 125I 標(biāo) 記伴刀豆球蛋白A,使其結(jié)合在CH（細(xì)胞的細(xì)胞膜上，毒性作用僅相似于低LET X 線進(jìn)行的外照射，或僅相當(dāng)于3H或1311參入DNA發(fā)射B射線的微弱作用。當(dāng) 1251-UdR參入DNA寸,會(huì)產(chǎn)生極高的細(xì)胞毒性3。Sastry等3的研究證 明，以X線外照射作對(duì)照時(shí)，1251分布于胞漿內(nèi),相對(duì)生物效應(yīng)（RBE）=1.3 ;若 用125I-乙酰氨基碘化硫酸原黃素與 DNA結(jié)合（不是參入,而是緊密結(jié)合，與DNA 的距離僅幾個(gè)埃）

10、,RBE=4.8 ;用1251-UdR、123IUdR和77Br-UdR參入DNA獲得 同樣的RBE均為7.9。在一般情況下，DNA對(duì)射線最為敏感，研究顯示DNA內(nèi)不 同區(qū)域?qū)ι渚€的敏感性不均勻 3。用鼠睪丸模型進(jìn)行動(dòng)物體內(nèi)研究 , 將 1251-UdR、210Po-枸櫞酸和125I-HIPDM（ 種腦灌注顯像劑）進(jìn)行比較，它們的 RBE分別為7.9 2.4、6.7 1.4和1.0。表明參入DNA的俄歇電子與210Po發(fā) 射的5.3 MeV的a射線作用相近，由于125I-HIPDM分布于胞漿，故其RBE較 低。以上是觀察致死精細(xì)胞為指標(biāo)得出的結(jié)論。精子畸變是射線作用最敏感的 指標(biāo)。若仍以X線外

11、照射為參照，精子畸變?yōu)橛^察指標(biāo)，則1251-UdR與210PO- 枸櫞酸的RBE分別為60和250。這是因?yàn)槎硇娮由涑绦∮?個(gè)細(xì)胞的直 徑，a粒子射程為幾個(gè)細(xì)胞的距離，故a射線能殺死精細(xì)胞，還能使大量精細(xì)胞 畸變。致畸與致死的 RBE間有線性關(guān)系：RBEA=8.8（RBES）-5.3,RBEA是致畸RBE 值,RBES是存活RBEfi（代表致死作用）。Narra等10也發(fā)現(xiàn)RBE與參入DNA 的125I量呈線性關(guān)系：RBE=1.0+7.4fd,其中fd=參入DNA的 125I放射性/器官 總放射性。采用 131I 做以上同樣實(shí)驗(yàn) ， 結(jié)果表明不同的亞細(xì)胞分布對(duì) 131I 的細(xì) 胞毒性作用無(wú)影響。用培養(yǎng)的單層 UVW細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則細(xì)胞存活率降至37%, 培養(yǎng)基 中所用 125I-UdR 為 2.36 MBq/L,123l-UdR 為 9.75 MBq/L,131l-UdR 為 18.9 MBq/L 10。要將CHC胞存活率降至3