山东省肿瘤医院 胸部放疗科
山东抗癌协会肿瘤免疫与免疫治疗学分会委员
主要从事分子影像指导肿瘤精准诊疗的临床转化研究，以第一或通讯作者分别在国际肿瘤权威杂志JAMA Oncology、Cancer Communications等发表SCI论文9篇，累计影响因子90余分。
主持国家自然科学基金青年项目1项，山东省自然科学基金青年项目1项，多项研究被国际ASTRO大会以及国内CSCO等学术会议收录。
一、研究背景
1.硼中子俘获疗法作为一种创新的放射治疗方法具有高效、低毒、高精准性的优势
放射治疗是抗肿瘤治疗的三大手段之一，70%以上的肿瘤患者在病程的不同阶段需要接受放射治疗。根据世界卫生组织报道，目前55%的恶性肿瘤可以治愈，放射治疗发挥了22%的作用，许多肿瘤可以通过放疗获得很好的治疗效果，甚至达到根治的目的。随着放疗技术的发展以及精确放疗设备的出现，现代放疗已经完全告别了敌我难分的“土炮时代”，而是进入了精、准、快的“导弹时代”。 但是射线在到达体内肿瘤的同时需要经过皮肤以及其他正常组织和脏器，其电离辐射会损伤肿瘤前后的正常组织，这种副作用是无法避免的。因此，科学家们不断探索更加高效、毒性更低、精准性更高的治疗方法以让更多患者得到更大的生存获益。目前来看，硼中子俘获治疗（BNCT）作为一种创新的放射治疗方法而备受瞩目，有望在未来为癌症患者带来更好的治疗效果和生活质量。
BNCT是一种针对癌细胞的靶向性重离子放射治疗技术，通过发生在肿瘤细胞内的原子核反应产生射程与肿瘤细胞直径相当的粒子射线摧毁肿瘤细胞，而周边正常细胞几乎不受损伤[1]。BNTC治疗肿瘤时，先将携带10B的靶向药物通过点滴注射人体，这种药物与癌细胞有很强的亲和力，能够使10B选择性聚集在肿瘤组织内，然后再利用加速器中子源产生低能超热中子束对肿瘤部位进行外照射，中子被聚集在癌细胞内的10B俘获发生核反应释放两个高线性能量传递（LET）、短射程（仅约一个细胞直径距离）的重离子-α粒子（4He）和反冲核（7Li），这两种粒子的射程在4~10 μm之间，小于一个癌细胞的尺寸，破坏力强且范围小，因此仅限于杀伤摄取高浓度10B的癌细胞及其紧邻的细胞，而对正常的组织几乎没有损害，实现精准击杀癌细胞的目的（图1和图2）[2]。目前，BNCT已成功应用于治疗复发性脑胶质瘤、头颈部复发性肿瘤和恶性黑色素瘤，对于其他常见肿瘤如肝癌、肺癌、前列腺癌也做了临床试治，同样具有不错的治疗效果。日本已于2020年3月批准了BNCT用于治疗不能手术切除的或者局部复发性头颈癌，标志着BNCT正式成为临床上治疗肿瘤的手段之一。
图1. BNCT治疗过程
图2. BNCT原理示意图
2. 分子影像是评价硼药分布的理想方法，为硼药研发和疗效评价带来新机遇
BNCT属于“固有”安全性的靶向放射治疗模式，因此，BNCT对含硼药物的要求极高，在研制硼载体时需要考虑高肿瘤细胞摄取量、高肿瘤特异性、低内在毒性等特性[3]。目前临床上使用的含硼化合物尚未能将BNCT治疗效果发挥到最大。因此，开发肿瘤靶向型含硼药物已成为目前BNCT真正推向临床的挑战与机遇，也是研究的热点。在进行BNCT治疗之前，对于体内硼浓度、分布的测定是BNCT至关重要的环节，需建立标准化测试方法与评价体系，提高BNCT的临床可应用性、准确性、安全性与有效性。另外，在BNCT治疗的疗效评估方面，利用PET分子影像手段在BNCT实施前、中、后进行定量显像，对于指导BNCT具体实施方案具有重要意义。实际上在日本，临床上利用正电子发射断层仪（PET）分子影像技术指导BNCT已纳入相关指南。
分子影像是在活体状态下，在分子水平上研究细胞的功能和代谢，以达到疾病诊断、疗效观察及预测等目的的前沿科学。它利用分子探针结合体内特定的靶分子，通过PET/CT等探测成像技术将细胞功能可视化，进而提供目标分子的定位、定性和定量资料。分子影像技术的进步为无创、实时、动态分析硼药分布、肿瘤部位浓度，为指导硼药研发及疗效评价带来新机遇（图3）。
图3. 影响BNCT的四个重要方面
二、研究进展
第一代硼携带剂的硼砂、硼酸衍生物不具备肿瘤特异性，会对正常组织造成严重的损伤，同时，它们会迅速被清除，无法在肿瘤中维持较高浓度。目前临床研究主要用到的硼携带剂是第二代硼携带剂十一氢巯基十二硼化钠（BSH）和4-二羟基硼基-L型苯丙氨酸（BPA）[4]。BPA作为酪氨酸类似物，能够参与蛋白质合成，在肿瘤部位选择性蓄积。BSH由于其碳硼烷结构，能携带较多硼原子，从而提高肿瘤内硼浓度。但是，第二代硼携带剂肿瘤特异性不足，肿瘤与正常组织社区比值（T/N）比较低。许多新型的第三代硼携带剂已经被开发出来，并在细胞和动物层面上进行药效评价，有望进入临床试验，并提高BNCT的疗效。它们主要分为含硼小分子、含硼生物大分子和含硼纳米药物三类。
1.基于小分子的硼携带剂
硼化氨基酸类衍生物可以被生长中的肿瘤细胞优先摄取，从而在肿瘤细胞中选择性积累。而且与天然氨基酸相比，非天然氨基酸的代谢稳定性更高。Hattori等设计了一系列对细胞毒性低的BSH衍生物，作为BNCT的新型硼载体，能够有效的靶向肿瘤区域，并维持较高的有效硼浓度[5]。此外，环氨基酸能够延长在肿瘤中的滞留时间，也引起了广泛的关注。
细胞质胸苷激酶(TK1)是细胞分裂和增殖过程中DNA复制的关键酶，在增殖的肿瘤细胞中分布广泛。因此，TK1是潜在的硼携带剂靶酶，有高肿瘤特异性，而且其产物还可以与肿瘤细胞DNA结合，因此，研究者们对TK1的含硼衍生物展开了研究。PET-CT研究显示，3-碳硼烷胸苷类似物（3-CTAs）中N5-2OH化合物的TK1底物活性较高，具备一定的肿瘤特异性[6]。但是由于其水溶性差、疗效并不显著等问题，进入临床还为时尚早。
卟啉类衍生物具有高肿瘤特异性，且其骨架可以结合多个硼簇，显著提高肿瘤中硼浓度。另外，以卟啉为光敏剂的光动力治疗(PDT)是临床上有效的肿瘤治疗手段[7]。部分含硼卟啉的PET-CT分子影像有利于硼携带剂的体内成像，含硼金属卟啉作为硼携带剂极具临床应用前景。
2. 基于生物大分子的硼携带剂
利用肿瘤细胞表面特异性受体与相应的配体之间的高亲和力和选择性，设计能够靶向肿瘤的大分子硼携带剂，是此类硼携带剂的主要研究思路。特异性配体方面，表皮生长因子受体（EGFR）[8]、叶酸受体（FR）[9]、血管内皮生长因子受体（VEGFR）[10]等在肿瘤中过表达的受体，将其配体表皮生长因子（EGF）与负载大量10B的第四代树状大分子共缀，得到的结合物，可将硼运送到受体高表达的肿瘤中。以单克隆抗体为基础设计硼载体，能在靶向肿瘤细胞的同时，通过激活免疫系统，造成一定的细胞毒性，从而成为BNCT中的有效硼载体[11]。
3. 含硼纳米药物
与小分子相比，纳米材料由于其增强的渗透性和滞留(EPR)效应或主动靶向性，可在肿瘤中传递高浓度的硼原子，而只有少量的硼在周围的正常组织中被吸收。因此，研究者合成了多种纳米级的硼递送剂，探索将其作为BNCT中的硼载体的应用。
通过对脂质体磷脂双层结构改造，脂质体能选择性地靶向肿瘤细胞，进一步提高肿瘤内硼浓度。除此之外，还有将EGF、叶酸和西妥昔单抗用作连接脂质体的靶向部分，获得的免疫脂质体能携带大量硼化合物靶向运输至肿瘤细胞，构成硼递送剂在BNCT中的研究应用[12]。另外，利用聚乙二醇-聚丙交酯（PEG-PLA）、聚丙交酯-乙交酯（PLGA）以及聚L-丙交酯-乙交酯（PLLGA）等生物相容性好的可降解材料包覆硼药[13]，延长了硼血液循环时间, 表现出高肿瘤摄取的特性，应用于BNCT中能有效抑制荷瘤小鼠的肿瘤生长，是很有前途的BNCT递送策略。
三、结论及展望
硼中子俘获疗法（BNCT）因其独特的优势，对于复发性、浸润性、局部转移肿瘤具有突出的临床优势。但要真正用于临床仍需解决一些迫切的问题，如：BNCT治疗计划系统、中子加速器的开发与应用，及尚缺乏规范性操作指南等问题。另外，开发更有效和更强大的肿瘤靶向的硼递送剂，以及对肿瘤中硼含量的检测技术等，需要PET- CT等分子影像的引导。对于已进入临床试验的硼携带剂，分子影像可以用于疗效评估及优势人群筛选，对于目前尚需要进一步结构探索的第三代硼携带剂，分子影像更多应用于硼药的机体分布可视化。另外，未来分子影像引导BNCT联合治疗模式探索也值得期待。因此，硼药的开发及临床探索需要分子影像的引导和支持，同时也对分子影像技术提出了更高的要求。
1. Monti Hughes A. Importance of radiobiological studies for the advancement of boron neutron capture therapy (BNCT)[J]. Expert Rev Mol Med, 2022, 24: e14.
2. Wang S, Zhang Z, Miao L, et al. Boron Neutron Capture Therapy: Current Status and Challenges[J]. Front Oncol, 2022, 12: 788770.
3. Hu K, Yang Z, Zhang L, et al. Boron agents for neutron capture therapy[J]. Coordination Chemistry Reviews, 2020, 405: 213139.
4. Barth R F, Mi P, Yang W. Boron delivery agents for neutron capture therapy of cancer[J]. Cancer Commun (Lond), 2018, 38(1): 35.
5. Bonjoch J, Drew M G, González A, et al. Synthesis and evaluation of novel boron-containing complexes of potential use for the selective treatment of malignant melanoma[J]. J Med Chem, 2008, 51(20): 6604-8.
6. Barth R F, Yang W, Al-Madhoun A S, et al. Boron-containing nucleosides as potential delivery agents for neutron capture therapy of brain tumors[J]. Cancer Res, 2004, 64(17): 6287-95.
7. Smilowitz H M, Slatkin D N, Micca P L, et al. Microlocalization of lipophilic porphyrins: non-toxic enhancers of boron neutron-capture therapy[J]. Int J Radiat Biol, 2013, 89(8): 611-7.
8. Capala J, Barth R F, Bendayan M, et al. Boronated epidermal growth factor as a potential targeting agent for boron neutron capture therapy of brain tumors[J]. Bioconjug Chem, 1996, 7(1): 7-15.
9. Shukla S, Wu G, Chatterjee M, et al. Synthesis and biological evaluation of folate receptor-targeted boronated PAMAM dendrimers as potential agents for neutron capture therapy[J]. Bioconjug Chem, 2003, 14(1): 158-67.
10. Backer M V, Gaynutdinov T I, Patel V, et al. Vascular endothelial growth factor selectively targets boronated dendrimers to tumor vasculature[J]. Mol Cancer Ther, 2005, 4(9): 1423-9.
11. Wu G, Barth R F, Yang W, et al. Site-specific conjugation of boron-containing dendrimers to anti-EGF receptor monoclonal antibody cetuximab (IMC-C225) and its evaluation as a potential delivery agent for neutron capture therapy[J]. Bioconjug Chem, 2004, 15(1): 185-94.
12. Kueffer P J, Maitz C A, Khan A A, et al. Boron neutron capture therapy demonstrated in mice bearing EMT6 tumors following selective delivery of boron by rationally designed liposomes[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2013, 110(16): 6512-7.
13. Shi Y, Li J, Zhang Z, et al. Tracing Boron with Fluorescence and Positron Emission Tomography Imaging of Boronated Porphyrin Nanocomplex for Imaging-Guided Boron Neutron Capture Therapy[J]. ACS Appl Mater Interfaces, 2018, 10(50): 43387-43395.
苏公网安备 32059002004080号
