一、发射俄歇电子的核素
发射俄歇电子的核素很多，可分为3类［2］：①发射γ射线同时发射俄歇电子的有51Cr、67Ga、75Sr、80Brm、99Tcm、114Inm、
115 Inm、123I、125I、193Ptm和195Ptm等；②发射α射线同时发射俄歇电子的有212Bi、211At和255Fm；③发射正电子同时发射俄歇电子的有73Se、94Tc和124I。
二、俄歇电子的物理学特性
放射性核素在电子俘获或内转换过程中有俄歇电子发射［2］。不同核素衰变发射的俄歇电子具有不同的能量,其中多数俄歇电子的能量为20～500 eV,生物组织内的射程为1～10 nm,线性能量转换(LET)为10～25 keV/μm,属高LET,与α粒子的LET接近［3］。如125I的衰变分为2步,第1步是电子俘获,第2步是内转换,在这2步过程中分别发射出等量的俄歇电子,共22个。而123I则首先通过电子俘获发射11个俄歇电子,再通过同质异能转换发射γ光子。所以,125I每次衰变产生的俄歇电子数2倍于123I。其它放射性核素每次衰变产生的俄歇电子数:99Tcm为4个,111In为8个,201Tl为20个。125I发射的俄歇电子每次衰变的吸收剂量为0.74～100 Gy［2,3］。
三、俄歇电子的细胞毒性机制
1. 体外和体内、动物和人体大量实验已经证实,发射俄歇电子核素标记载体参入S期细胞DNA,核素衰变发出的俄歇电子靠其高LET打断DNA链,破坏细胞的遗传物质,致死细胞。由于俄歇电子的射程极短(＜10 nm),仅相当于6个碱基对的距离,所以核素衰变的位置就是打断DNA的位置。这是俄歇电子最主要的作用机制［4］。
2. 已发现用半胱胺(MEA)、VC等化学保护剂可以降低俄歇电子的细胞毒性,测定显示衰变点附近的OH、H、H3O+等自由基浓度高,随着离衰变位置距离的增加而浓度降低。所以提出,俄歇电子的作用机制除破坏DNA的直接作用外,还应包括其电离作用引起自由基增加而产生的间接细胞毒性作用［3］。
3. Beckmann等［5］进行125I-雌二醇(E)和人乳癌细胞株(MCF-7)的实验结果表明,125I-E与染色体的雌激素受体结合,同样可使染色体断裂,致死细胞,提示受体配体结合没有细胞周期依赖性问题。
四、载体
1. IUdR是研究最多、应用最广泛的125I、123I和77Br的载体,胸腺嘧啶脱氧核苷(TdR)5位上的甲基被1个碘原子取代,就成为IUdR。在这一位置上的甲基与碘原子有相似的范得华力,所以TdR与IUdR的生物学行为极其相似［6］。用TdR或IUdR参入DNA研究细胞的增殖分裂和核酸代谢,已是十分成熟的技术。实验结果表明,IUdR只能参入S期细胞的DNA。体外细胞培养IUdR极易参入细胞DNA,参入量与培养基中加入的IUdR浓度成正比。Sastry等［3］用V79细胞株,培养基中加入125I-UdR,培养18 h之后,测定细胞内的放射性是培养基中的1 800倍。用正常人W138和Hela细胞株进行实验,并用米-孟方程计算出125I-UdR参入DNA的Vmax为4.424×10-18 mol/min,K=3.717×10-6 mol。还算得：如果在1个S期内所有的TdR都被125I-UdR置换,CHO细胞有6.6×10-12g DNA,6.1×109碱基对(bp),其中如果25%的bp为TdR,表明有1.525×109个125I-UdR分子在1个S期内参入DNA。如1个S期为7 h,则125I-UdR参入DNA的速度为6.05×104 mol/s［7］。这从理论上证明,IUdR作为载体在内放射治疗中有巨大的潜力。但IUdR存在一定的缺点：①细胞周期依赖性；②全身给药会造成体内骨髓和上皮组织中增殖分裂活跃细胞的损伤,所以到目前为止仅为局部给药［6-8］。
2. 关于类固醇激素的研究主要集中于以雌激素为载体,与细胞染色体上的雌激素受体结合,靠受体介导的靶向作用,使核素到达染色体,发射俄歇电子破坏染色体,杀死细胞。乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和子宫内膜癌等都富含雌激素受体,如每个人乳癌MCF-7细胞有500～2×104个雌激素受体。其优点是无细胞周期依赖性［4,5］。
3. 生长因子为多肽类物质,能与染色体结合,其载体作用正在研究中［4］。
4. 用发射俄歇电子的核素标记核苷酸链分为2种情况：一种是用反义链为载体,即载体核苷酸链的碱基序列与靶细胞DNA或RNA的某一段序列互补,在细胞的分裂增殖过程中,反义链就与其互补的DNA或RNA结合,形成双螺旋结构。另一种情况是如靶序列由同一的嘌呤/嘧啶碱基对组成,在酸性pH条件下含多个嘧啶(C和T)的核苷酸链和在中性pH条件下含多个嘌呤(G和A)的核苷酸链能与靶序列结合,形成三螺旋结构,由所载核素发射俄歇电子打断DNA［4］。
5. Beckmann等［5］用125I标记单抗17-Ia造成人结肠癌细胞株染色体损伤；Harrison等［9］用125I-UdR-Ab复合物进行肿瘤治疗,发现125I-UdR-Ab被靶细胞内吞后,被溶酶体酶水解,游离出125I-UdR参入DNA。
五、俄歇电子治疗作用的亚细胞位置效应
由于俄歇电子的射程很短,发射俄歇电子的核素分布在细胞的不同部位(不同的亚细胞结构),其产生的细胞毒性作用差别很大。研究工作证实,用125I标记伴刀豆球蛋白A,使其结合在CHO细胞的细胞膜上,毒性作用仅相似于低LET X线进行的外照射,或仅相当于3H或131I参入DNA发射β射线的微弱作用。当125I-UdR参入DNA时,会产生极高的细胞毒性［3］。Sastry等［3］的研究证明，以X线外照射作对照时,125I分布于胞浆内,相对生物效应(RBE)=1.3；若用125I-乙酰氨基碘化硫酸原黄素与DNA结合(不是参入,而是紧密结合,与DNA的距离仅几个埃),RBE=4.8；用125I-UdR、123IUdR和77Br-UdR参入DNA,获得同样的RBE,均为7.9。在一般情况下,DNA对射线最为敏感,研究显示DNA内不同区域对射线的敏感性不均匀［3］。用鼠睾丸模型进行动物体内研究,将125I-UdR、210Po-枸橼酸和125I-HIPDM(一种脑灌注显像剂)进行比较,它们的RBE分别为7.9±2.4、6.7±1.4和1.0。表明参入DNA的俄歇电子与210Po发射的5.3 MeV的α射线作用相近,由于125I-HIPDM分布于胞浆,故其RBE较低。以上是观察致死精细胞为指标得出的结论。精子畸变是射线作用最敏感的指标。若仍以X线外照射为参照,精子畸变为观察指标,则125I-UdR与210Po-枸橼酸的RBE分别为60和250。这是因为俄歇电子射程小于1个细胞的直径,α粒子射程为几个细胞的距离,故α射线能杀死精细胞,还能使大量精细胞畸变。致畸与致死的RBE间有线性关系：RBEA=8.8(RBES)-5.3,RBEA是致畸RBE值,RBES是存活RBE值(代表致死作用)。Narra等［10］也发现RBE与参入DNA的125I量呈线性关系：RBE=1.0+7.4fd,其中fd=参入DNA的125I放射性/器官总放射性。采用131I做以上同样实验,结果表明不同的亚细胞分布对131I的细胞毒性作用无影响。用培养的单层UVW细胞进行实验,则细胞存活率降至37%,培养基中所用125I-UdR为2.36 MBq/L,123I-UdR为9.75 MBq/L,131I-UdR为18.9 MBq/L［10］。要将CHO细胞存活率降至37%,如果用125I-UdR参入DNA,每个细胞仅需少于45次衰变,如125I附着于细胞膜上,则需要105次衰变,这一结果进一步证明俄歇电子细胞毒性对其亚细胞分布的依赖性。如每个细胞DNA参入200～500个125I-UdR,可杀死99%的S期细胞,但肿瘤组织中仅15%～50%肿瘤细胞处于S期,故多次治疗才能取得更好效果［3,11］。
六、临床试验
国外已经将125I-UdR试用于人体内肿瘤治疗,均是局部给药,例如瘤体直接注射、腔内灌注和局部动脉灌注等,取得了一定的疗效。Mariani等［12］用125I-UdR对4例膀胱癌
