医学院2020级生物医学专业硕士研究生陈艳同学在北京大学肿瘤医院杨志/朱华研究员团队研究开发CLDN18.2靶向PET探针
Development of a CLDN18.2-targeting immuno-PET probe for non-invasive imagingin gastrointestinal tumors
2023年2月底，医学院2020级生物医学专业硕士研究生陈艳同学在北京大学肿瘤医院杨志主任、朱华研究员团队研究期间，在药学领域TOP期刊《Journal of Pharmaceutical Analysis》（医学1区/药学1区，JCR Q1, SCI IF 14.026）上发表有关CLDN18.2靶向免疫PET探针[89Zr]Zr-DFO-TST001用于胃肠道肿瘤的无创性成像的临床前研究成果。
研究背景与研究意义：
CLDN18.2是属于CLDN蛋白家族(CLDNs)的紧密连接蛋白，参与细胞间粘附结构的形成，控制细胞极性和细胞间物质交换，其表达严格限于正常胃黏膜细胞,但在肿瘤细胞的增殖、分裂和转移过程中过表达,使其成为消化道肿瘤治疗的新兴治疗靶点。Zolbetuximab (IMAB362) 是世界上第一个靶向 CLDN18.2 的抗体，通过抗体依赖性细胞毒性 (ADCC) 和补体依赖性细胞毒性 (CDC) 杀死肿瘤细胞，并与一线化疗药物表柔比星、奥沙利铂和卡培他滨 (EOX) 联合应用可提供更长的无进展生存期和总生存期。 TST001是继IMAB362之后我国国内研发速度最快的抗CLDN18.2单克隆抗体。与 IMAB362 相比，TST001 因其较低的岩藻糖含量和更强的 NK 细胞介导的 ADCC 肿瘤杀伤活性，具有更高的亲和力、更高的 FcRn 结合活性。在 TST001（NCT04396821）联合卡培他滨和奥沙利铂（CAPOX）一线治疗晚期胃/胃食管结合部腺癌的 I 期临床研究中，73.3% 达到部分缓解，26.7% 达到疾病稳定。有趣的是，两项临床研究均表明 CLDN18.2 表达水平与药物疗效相关，在肿瘤中 CLDN18.2 高表达的患者中显示出更多的临床获益。因此，基于 CLDN18.2 表达水平的患者选择对于 CLDN18.2 靶向治疗变得至关重要。目前检测CLDN18.2蛋白的主要方法是免疫组织化学(IHC)，其他方法包括分子信标和逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)。 IHC是有创的，需要内镜活检，取样部位和数量有限。由于肿瘤的异质性，CLDN18.2在患者体内的分布和表达水平的动态变化无法实时完整反映。分子影像学可作为一种无创诊断工具，利用放射性示踪剂发射的放射性信号检测病灶内CLDN18.2的表达和分布，从而帮助临床筛选具有潜在获益的患者，评估CLDN18.2靶向治疗的疗效治疗，指导肿瘤的准确诊治。
本研究利用GMP条件下产生的TST001抗体构建了免疫PET分子探针[89Zr]Zr-DFO-TST001。探针不仅在细胞水平上表现出良好的特异性，且在24到96小时内呈现出快速而持续的肿瘤蓄积趋势。本研究为实时监测肿瘤患者的抗体治疗疗效提供了一种有潜力的分子探针，还为未来适合于靶向CLDN18.2治疗的患者的筛选和其疗效评估提供了可能性。
图文摘要：
文章亮点：
构建了理化性质稳定、高亲和力的放射性标记的GMP级别抗CLDN18.2抗体新型免疫PET探针。
该探针可以无创地检测CLDN18.2在不同肿瘤中的表达状态，为未来适合于靶向CLDN18.2治疗的患者的筛选和其疗效评估带来了曙光。
文章简介：
Claudin18.2（CLDN18.2）是一种紧密连接蛋白，在胃肠道癌和食管癌等多种实体瘤中过表达，有希望作为肿瘤诊断、评估疗效和患者预后的生物标志物。研究表明，肿瘤部位CLDN18.2表达水平与抗CLDN18.2治疗的疗效存在一定的相关性，在肿瘤中 CLDN18.2 高表达的患者中显示出更多的临床获益。本研究成功制备了89Zr标记的GMP级别靶向CLDN18.2重组人源化抗体TST001的[89Zr]Zr-DFO-TST001探针。本研究主要分为以下几个研究步骤：
探针的合成及理化性质研究。首先使用双功能螯合剂p-NCS-Bz-DFO对TST001进行偶联，通过ELISA实验验证了DFO的偶联对TST001与CLDN18.2结合的亲和力影响不大（0.413 nM ± 0.055 nM vs. 0.361 ± 0.058 nM），使用核素89Zr标记制得 [89Zr]Zr-DFO-TST001。标记步骤简单，良好的放射性标记率（74.64%）和高放射化学纯度（>99%），在体外和体内均表现出良好的稳定性，可满足临床使用需求。细胞结合实验表明[89Zr]Zr-DFO-TST001对AGSCLDN18.2细胞具有较强的特异性与靶向性。
探针对不同肿瘤中CLDN18.2表达水平的检测。[89Zr]Zr-DFO-TST001能够在24 h内在CLDN18.2表达阳性的AGSCLDN18.2异种移植瘤中快速聚集，肿瘤内放射性信号可保持96 h以上，而CLDN18.2表达阴性的AGS肿瘤对[89Zr]Zr-DFO-TST001的摄取极低，且未标记的TST001能够明显阻断AGSCLDN18.2异种移植瘤对[89Zr]Zr-DFO-TST001的摄取。PET显像结果与IHC结果一致。因此，该探针能够快速识别CLDN18.2高表达的肿瘤组织，并快速从血液及非靶组织中清除，从而在短时间内提供高靶本比的PET图像。
图文导读
图1. TST001和DFO-TST001的分子表征。（A）TST001 的MALDI-TOF-MS分析。（B） DFO-TST001的MALDI-TOF-MS分析。（C）TST001和DFO-TST001的SDS-PAGE表征（D）通过ELISA评估TST001和DFO-TST001与人CLDN18.2蛋白的结合力。
图2. [89Zr]Zr-DFO-TST001的合成、质量控制和体外稳定性评价（A） [89Zr]Zr-DFO-TST001的合成和放射性标记。（B）纯化前后[89Zr]Zr-DFO-TST001的Radio-TLC结果。（C）[89Zr]Zr-DFO-TST001的体外稳定性分析
图3. CLDN18.2在两种细胞系中的表达水平检测，以及[89Zr]Zr-DFO-TST001的细胞摄取。（A） BGC823CLDN18.2和BGC823细胞Western blot分析结果。（B）CLDN18.2在BGC823CLDN18.2和BGC823细胞中的相对表达率（结果显示为SD±平均值，n = 3）。（C）BGC823CLDN18.2和BGC823细胞的流式细胞术直方图结果。（D）BGC823CLDN18.2和BGC823细胞中[89Zr]Zr-DFO-TST001的细胞摄取实验结果。（**， P< 0.05， ***， P< 0.001， ****， P< 0.0001）。
图4. BGC823CLDN18.2、BGC823肿瘤小鼠注射[89Zr]Zr-DFO-TST001或[89Zr]Zr-DFO-IgG的PET图像。（A） 2、24、48、72和96小时内四个不同实验组的小动物PET图像。 （B）BGC823CLDN18.2小鼠器官中[89Zr]Zr-DFO-TST001的标准摄取值平均值（SUVmean） （C）未标记TST001阻断的BGC823CLDN18.2小鼠器官中SUVmean值。（D）BGC823小鼠器官中的SUVmean值。（E）BGC823CLDN18.2小鼠器官中[89Zr]Zr-DFO-IgG的SUVmean值。
图5.小动物PET成像分析结果（A） [89Zr]Zr-DFO-TST001注射后48小时的PET图像18F-FDG的PET图像对比 （B）注射后48 h不同实验组的小鼠器官中的SUVmean值 （C）每个显像时间点的肿瘤/心脏SUVmean比值 （D）每个显像时间点的肿瘤/肌肉SUVmean比值 （E）BGC823CLDN18.2（++）（e1）和BGC823（-）（e2）肿瘤中CLDN18.2表达的IHC分析。（***，P < 0.001）
图6.三种不同肿瘤模型中的生物分布结果（A） [89Zr]Zr-DFO-TST001注射后48 h在三种不同肿瘤模型的生物分布（B） 肿瘤/肝脏的%ID/g比值 （C） 肿瘤/胃的%ID/g比值（D）肿瘤/脑的%ID/g比值（****，P < 0.001; ****，P < 0.0001; ns，无显著性差异）
文章结论：
团队成功制备出89Zr标记的GMP级别靶向CLDN18.2重组人源化抗体TST001的[89Zr]Zr-DFO-TST001探针。探针不仅在细胞水平上表现出良好的特异性，且在24到96小时内呈现出快速而持续的肿瘤蓄积趋势。该研究实时监测为肿瘤患者的抗体治疗疗效提供了一种有潜力的分子探针，还为未来适合于靶向CLDN18.2治疗的患者的筛选和其疗效评估提供了可能性。
†第一作者为贵州大学医学院与北肿联合培养的研究生陈艳、李大鹏同学和北肿侯兴国博士。
*通讯作者为北肿杨志主任和朱华研究员、苏州创胜集团钱雪明博士。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095177923000357
[1] Yan Chen†, Xingguo Hou†, Dapeng Li†, Jin Ding, Jiayue Liu, Zilei Wang, Fei Teng, Hongjun Li, Fan Zhang, Yi Gu, Steven Yu, Xueming Qian*,Zhi Yang*, Hua Zhu*. Development of a CLDN18.2-targeting Immuno-PET Probe for Non-invasive Imaging in Gastrointestinal Tumors. Journal of Pharmaceutical Analysis. 2023. DOI: 10.1016/j.jpha.2023.02.011.
