我所創新藥物研究中心關于腫瘤蛋白酶靶向智能PET分子探針研究獲得新成果

近日，我所創新藥物研究中心林建國研究員、邱玲研究員團隊在化學類頂級期刊、中科院1區Top期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）（IF=15.419）上在線發表研究論文。該研究報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的修飾，使其能夠對腫瘤微環境中不同蛋白酶特異性識別、響應乃至自組裝聚集，從而使探針檢測信號強度大大增強。利用此信號放大策略可有效解決小分子及多肽類探針代謝清除快、靶點滯留效果差的關鍵科學問題，為靈敏特異地檢測低濃度下特定蛋白酶的含量和活性提供了強有力的工具。

利用活體細胞中發生的生物正交反應將小分子自組裝成超分子是藥物開發的新興領域。研究人員基于2-氰基苯并噻唑與半胱氨酸（CBT-Cys）的點擊縮合反應，在CBT和Cys之間引入兩個對氨基苯甲酸基團，增強了肽鏈的剛性和疏水性，有助于促進分子內環化，并增強骨架的穩定性；引入甘氨酸基團可以調節形成環的大小，有利于提高探針分子內縮合環化的速率。在生理條件下，自組裝骨架SF能在1 min內快速轉化為分子內縮合產物，且在低濃度時仍能有效縮合成環，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勢。

分子自組裝骨架體系的構建

在驗證了骨架SF能夠快速地發生分子內縮合反應后，研究人員將腫瘤凋亡蛋白酶caspase-3特異性識別的底物DEVD連接到SF骨架，設計開發了一種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。結果顯示，注射探針[¹⁸F]SF-DEVD 15分鐘后，經阿霉素治療后發生凋亡的腫瘤部位顯像清晰，放射活性最高達到7.74 ± 1.56 %ID/mL，而在沒有經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10.29 ± 1.11 %ID/mL，并具有良好的滯留效果，60分鐘時腫瘤部位仍清晰可見，腫瘤/肌肉攝取比最高達到了6.91 ± 0.66。這些結果表明，借助新型骨架SF的優良特性，探針[¹⁸F]SF-DEVD在PET顯像監測化療藥物誘導腫瘤凋亡蛋白酶caspase-3活性方面具有巨大的應用潛力。

腫瘤凋亡蛋白酶靶向PET分子探針在腫瘤化療療效監測中的應用

為了進一步驗證該骨架的適用性，研究人員將γ-谷氨酰轉肽酶（GGT）特異性識別的底物γ-谷氨酸連接到SF骨架，設計開發了另一種PET顯像探針[¹⁸F]SF-Glu，用于腫瘤微環境中GGT酶活性的PET顯像。注射探針[¹⁸F]SF-Glu 10分鐘后，即可在GGT高表達的神經膠質瘤U87荷瘤鼠中觀察到腫瘤部位具有明顯的放射性濃聚，最高達到了6.98 ± 0.72 %ID/mL，而在GGT低表達的非小細胞肺腺癌NCI-H1299荷瘤鼠的腫瘤部位未觀察到明顯的放射性信號。同時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，并延長滯留時間，60分鐘時探針在腫瘤中的攝取仍然達到9.03 ± 0.64%ID/mL，而腫瘤/肌肉攝取比也高達7.51 ± 0.14。這些結果表明，利用骨架SF連接γ-谷氨酸可以開發出GGT酶靶向特異性PET分子探針，實現活體中GGT活性的靈敏特異檢測。

該研究為腫瘤微環境中蛋白酶靶向響應型診斷和治療藥物的研發提供了一種新的研究思路和技術平臺，為發展新一代靈敏度高、特異性強的PET分子探針臨床研究奠定了堅實的基礎。

腫瘤谷氨酰轉肽酶靶向PET分子探針在腫瘤診斷中的應用

該論文的第一作者為林建國研究員，通訊作者為林建國研究員、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論文工作做出了重要貢獻。

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.