新型γ-谷氨酰转肽酶靶向PET分子探针研究

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随着癌症发病率和死亡率逐年上升,如何及时发现癌症进行精准治疗是提高患者生存率的关键。随着分子生物学的迅猛发展,特别是肿瘤标志物的精确检测,为设计开发肿瘤靶向特异性分子探针提供了重要指导。γ-谷氨酰转肽酶(γ-glutamyl transpeptidase,GGT)已被证实是一种重要的肿瘤标志物,在肝癌、结肠癌、宫颈癌、卵巢癌和乳腺癌等实体瘤中过表达。它参与维持胞内氧化还原稳态,在肿瘤的发生、浸润、转移过程中发挥不可忽视的作用。因此,精准检测生物体内GGT表达水平可为肿瘤的早期诊断提供重要信息。考虑到正电子计算机断层扫描(PET)具有灵敏度高、组织穿透能力强、可无创实时动态定量检测肿瘤标志物等优点,在本研究中我们开发了三种新型GGT靶向PET分子探针,用于检测活体内GGT表达水平。首先,基于前期研究基础对GGT靶向PET探针[18F]1G进行了结构优化,设计合成了探针[18F]JM-10,具有较高的标记产率、放射化学纯度、摩尔活度以及良好的稳定性和水溶性,成功改善了探针[18F]1G水溶性差和需共注射大量非放射性探针等缺点。体外细胞摄取实验表明该探针可较好地区分不同GGT表达水平的肿瘤细胞,体内PET显像实验证明该探针对GGT高表达的U87荷瘤小鼠具有良好的显像能力。通过尾静脉注射该探针5 min后肿瘤部位已有较高摄取(4.98±1.09%ID/m L),在10 min时达到最大值(8.24±0.87%ID/m L),在整个显像过程中探针均能清晰地显像肿瘤,并且肿瘤/肌肉摄取比维持在4左右。此外,PET显像结果显示该探针在GGT低表达荷瘤小鼠(NCI-H1299)的肿瘤部位几乎没有摄取,表明该探针对GGT具有极高的靶向特异性。其次,为了降低游离半胱氨酸(L-Cys)对探针在胞内缩合环化的干扰,同时也希望进一步提高缩合环化速率,我们设计了两种分子内缩合环化骨架SF-11和GD-13。这两个化合物的缩合环化速率更快,受游离半胱氨酸干扰更低,特别是GD-13在含1000倍浓度的L-Cys环境中仅有5%未发生缩合环化。此外,通过缩合GGT特异性识别底物γ-Glu构筑了两种新型GGT靶向特异性PET分子探针[18F]SF-14和[18F]GD-16,通过同位素交换反应进行氟-18标记,标记产率、放射化学纯度和摩尔活度高,并且稳定性强、生物相容性好。体外细胞摄取实验显示两个探针均可较好地鉴别不同肿瘤细胞内GGT表达水平的高低,体内PET显像结果表明这两个探针均能较好地可视化体内GGT表达水平,达到诊断肿瘤的目的。其中探针[18F]SF-14在注射10 min后即可达到最大肿瘤摄取(6.99±0.73%ID/m L),而探针[18F]GD-16在注射15 min后达到最大肿瘤摄取(8.77±0.59%ID/m L),在整个显像过程中两个探针均表现出较高的肿瘤/肌肉摄取比。此外,探针[18F]SF-14和[18F]GD-16在GGT低表达荷瘤小鼠的肿瘤部位未见有明显摄取,表明这两个探针均具有优异的GGT靶向特异性。
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