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 125I 及 125I 標(biāo)記的碘苷 (IUdR) 的長期研究 , 使人們對這一領(lǐng)域的認(rèn)識有了突破性進 展。國際原子能機構(gòu)(IAEA)于1976年啟動了國際合作攻關(guān)項目,以研究1251- UdR治療人類腫瘤的機制、可行性和實用價值1。J Nucl Med(美國)1996年 增刊系統(tǒng)報道了這一領(lǐng)域的研究進展。、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射線同時發(fā)射俄 歇電子的有212Bi、211At和255Fm發(fā)射正電子同時發(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步過程中分別發(fā)射出等量的俄歇電子 ,共22個。而 123I 則 首先通過電子

3、俘獲發(fā)射11個俄歇電子，再通過同質(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,111In為8個,201Tl為20個。125I發(fā)射的俄歇 電子每次衰變的吸收劑量為 0.74100 Gy2,3。三、俄歇電子的細胞毒性機制1. 體外和體內(nèi)、動物和人體大量實驗已經(jīng)證實 ,發(fā)射俄歇電子核素標(biāo)記載 體參入S期細胞DNA核素衰變發(fā)出的俄歇電子靠其高 LET打斷DNA鏈,破壞細 胞的遺傳物質(zhì)，致死細胞。由于俄歇電子的射程極短(v 10 nm),僅相當(dāng)于6個堿 基對的距離，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 作用機制 4。2. 已發(fā)現(xiàn)用半胱胺 (MEA)、VC 等化學(xué)保護劑可以降低俄歇電子的細胞毒性 測定顯示衰變點附近的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)生的間接細胞毒性作用3。3. Beckmann等5進行1251 -雌二醇(E)和人乳癌細胞株(MCF-7)的實驗 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，致死細胞, 提示受體配體結(jié)合沒有細胞周期依賴性問題。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研究細胞的增殖分裂和核酸代謝，已是十分成熟 的技術(shù)。實驗結(jié)果表明,IUdR只能參入S期細胞的DNA體外細胞培養(yǎng)IUdR極 易參入細胞DNA參入量與培養(yǎng)基中加入的IUdR濃度成正比。Sastry等3用 V79細胞株,培養(yǎng)基中加入1251-UdR,培養(yǎng)18 h之后,測定細胞內(nèi)的放射性是培 養(yǎng)基中的1 800倍。用正常人 W138和Hela細胞株進行實驗，并用米-孟方程計 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S期內(nèi)所有的TdR都被1251-UdR置換,CHO細胞有 6.6 X 10- 12g DNA,6.1 X 109堿基對(bp),其中如果25%勺bp為TdR，表明有 1.525 X 109個125I-UdR分子在1個S期內(nèi)參入DNA如1個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IUdR存在一定的缺點：細胞周期依賴性；全身給藥會造成體內(nèi)骨髓和上皮組

7、織中增殖分裂活躍細胞的損傷，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 , 使核素到達染色體 , 發(fā)射俄歇電子破壞 染色體,殺死細胞。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,如每個人乳癌MCF-7細胞有5002X 104個雌激素受體。其優(yōu)點是無細胞周 期依賴性 4,5。3. 生長因子為多肽類物質(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胞 DNA或 RNA的

8、某一段序列互補，在細 胞的分裂增殖過程中,反義鏈就與其互補的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/嘧啶堿基對組成,在酸性pH條件下含多個 嘧啶（C和T）的核苷酸鏈和在中性pH條件下含多個嘌呤（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)腸癌細胞株染色體 損傷；Harrison等9用1251-UdR-Ab復(fù)合物進行腫瘤治療,發(fā)現(xiàn)1251-UdR- Ab被靶細胞內(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胞的不同部位 （不 同的亞細胞結(jié)構(gòu) ）, 其產(chǎn)生的細胞毒性作用差別很大。研究工作證實 , 用 125I 標(biāo) 記伴刀豆球蛋白A,使其結(jié)合在CH（細胞的細胞膜上，毒性作用僅相似于低LET X 線進行的外照射，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,會產(chǎn)生極高的細胞毒性3。Sastry等3的研究證 明，以X線外照射作對照時，1251分布于胞漿內(nèi),相對生物效應(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。用鼠睪丸模型進行動物體內(nèi)研究 , 將 1251-UdR、210Po-枸櫞酸和125I-HIPDM（ 種腦灌注顯像劑）進行比較，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。這是因為俄歇電子射程小于1個細胞的直 徑，a粒子射程為幾個細胞的距離，故a射線能殺死精細胞，還能使大量精細胞 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 做以上同樣實驗 ， 結(jié)果表明不同的亞細胞分布對 131I 的細 胞毒性作用無影響。用培養(yǎng)的單層 UVW細胞進行實驗，則細胞存活率降至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