我單位創(chuàng)新藥物研究中心關(guān)于腫瘤蛋白酶靶向智能PET分子探針研究獲得新成果
近日，我所創(chuàng)新藥物研究中心林建國(guó)研究員、邱玲研究員團(tuán)隊(duì)在化學(xué)類頂級(jí)期刊、中科院1區(qū)Top期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）（IF=15.419）上在線發(fā)表研究論文。該研究報(bào)道了一種全新的分子自組裝骨架體系，通過加以不同靶向基團(tuán)的修飾，使其能夠?qū)δ[瘤微環(huán)境中不同蛋白酶特異性識(shí)別、響應(yīng)乃至自組裝聚集，從而使探針檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度大大增強(qiáng)。利用此信號(hào)放大策略可有效解決小分子及多肽類探針代謝清除快、靶點(diǎn)滯留效果差的關(guān)鍵科學(xué)問題，為靈敏特異地檢測(cè)低濃度下特定蛋白酶的含量和活性提供了強(qiáng)有力的工具。
利用活體細(xì)胞中發(fā)生的生物正交反應(yīng)將小分子自組裝成超分子是藥物開發(fā)的新興領(lǐng)域。研究人員基于2-氰基苯并噻唑與半胱氨酸（CBT-Cys）的點(diǎn)擊縮合反應(yīng)，在CBT和Cys之間引入兩個(gè)對(duì)氨基苯甲酸基團(tuán)，增強(qiáng)了肽鏈的剛性和疏水性，有助于促進(jìn)分子內(nèi)環(huán)化，并增強(qiáng)骨架的穩(wěn)定性；引入甘氨酸基團(tuán)可以調(diào)節(jié)形成環(huán)的大小，有利于提高探針分子內(nèi)縮合環(huán)化的速率。在生理條件下，自組裝骨架SF能在1 min內(nèi)快速轉(zhuǎn)化為分子內(nèi)縮合產(chǎn)物，且在低濃度時(shí)仍能有效縮合成環(huán)，受游離半胱氨酸的影響大大降低，為靶向修飾的探針酶控自組裝形成超分子帶來了極大的優(yōu)勢(shì)。
分子自組裝骨架體系的構(gòu)建
在驗(yàn)證了骨架SF能夠快速地發(fā)生分子內(nèi)縮合反應(yīng)后，研究人員將腫瘤凋亡蛋白酶caspase-3特異性識(shí)別的底物DEVD連接到SF骨架，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種PET顯像探針[18F]SF-DEVD，用于阿霉素治療后宮頸癌HeLa凋亡水平的PET顯像檢測(cè)。結(jié)果顯示，注射探針[18F]SF-DEVD 15分鐘后，經(jīng)阿霉素治療后發(fā)生凋亡的腫瘤部位顯像清晰，放射活性最高達(dá)到7.74 ± 1.56 %ID/mL，而在沒有經(jīng)過阿霉素治療的荷瘤鼠中腫瘤部位未見有明顯的放射性攝取。此外，共注射少量的冷化合物SF-DEVD后，探針在阿霉素治療后的HeLa腫瘤部位攝取最高可達(dá)10.29 ± 1.11 %ID/mL，并具有良好的滯留效果，60分鐘時(shí)腫瘤部位仍清晰可見，腫瘤/肌肉攝取比最高達(dá)到了6.91 ± 0.66。這些結(jié)果表明，借助新型骨架SF的優(yōu)良特性，探針[18F]SF-DEVD在PET顯像監(jiān)測(cè)化療藥物誘導(dǎo)腫瘤凋亡蛋白酶caspase-3活性方面具有巨大的應(yīng)用潛力。
腫瘤凋亡蛋白酶靶向PET分子探針在腫瘤化療療效監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
為了進(jìn)一步驗(yàn)證該骨架的適用性，研究人員將γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶（GGT）特異性識(shí)別的底物γ-谷氨酸連接到SF骨架，設(shè)計(jì)開發(fā)了另一種PET顯像探針[18F]SF-Glu，用于腫瘤微環(huán)境中GGT酶活性的PET顯像。注射探針[18F]SF-Glu 10分鐘后，即可在GGT高表達(dá)的神經(jīng)膠質(zhì)瘤U87荷瘤鼠中觀察到腫瘤部位具有明顯的放射性濃聚，最高達(dá)到了6.98 ± 0.72 %ID/mL，而在GGT低表達(dá)的非小細(xì)胞肺腺癌NCI-H1299荷瘤鼠的腫瘤部位未觀察到明顯的放射性信號(hào)。同時(shí)冷化合物共注射策略可以有效提高探針[18F]SF-Glu在腫瘤中的濃聚，并延長(zhǎng)滯留時(shí)間，60分鐘時(shí)探針在腫瘤中的攝取仍然達(dá)到9.03 ± 0.64%ID/mL，而腫瘤/肌肉攝取比也高達(dá)7.51 ± 0.14。這些結(jié)果表明，利用骨架SF連接γ-谷氨酸可以開發(fā)出GGT酶靶向特異性PET分子探針，實(shí)現(xiàn)活體中GGT活性的靈敏特異檢測(cè)。
該研究為腫瘤微環(huán)境中蛋白酶靶向響應(yīng)型診斷和治療藥物的研發(fā)提供了一種新的研究思路和技術(shù)平臺(tái)，為發(fā)展新一代靈敏度高、特異性強(qiáng)的PET分子探針臨床研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
腫瘤谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶靶向PET分子探針在腫瘤診斷中的應(yīng)用
該論文的第一作者為林建國(guó)研究員，通訊作者為林建國(guó)研究員、邱玲研究員。高頂耀、王世杰、呂高超、王秀婷、陸春梅和彭瑩等也對(duì)論文工作做出了重要貢獻(xiàn)。
Jianguo Lin*, Dingyao Gao, Shijie Wang, Gaochao Lv, Xiuting Wang, Chunmei Lu, Ying Peng and Ling Qiu*. A stimuli-responsive macrocyclization scaffold allows in situ self-assembly of radioactive tracers for positron emission tomography imaging of enzyme activity.Journal of the American Chemical Society,doi:10.1021/jacs.1c12935.
