診斷黑色素瘤的放射性藥物研究進展

尤 強，陳 躍，黃占文，王 力

（1.四川醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院 核 醫(yī)學科，四川 瀘 州 646000；2.四川醫(yī)科大學 藥 學院，四川 瀘 州 646000）

黑色素瘤（Melano ma）致死率高，發(fā)生率在所有皮膚腫瘤中約占5%，主要發(fā)生在皮膚的淺表層［1－2］。惡性黑色素瘤對人體具有極強的侵襲性，容易發(fā)生全身性轉移，傳統(tǒng)的放化療很難從根本上對轉移后的惡性黑色素瘤起作用，通常轉移后患者的生存時間僅6個月［3－4］。據(jù)統(tǒng)計，惡性黑色素瘤已成為20至39年齡段的第二大致死因素［5－6］。然而，未轉移前的早期惡性黑色素瘤卻能夠通過外科手術治愈。因此，惡性黑色素瘤的早期臨床診斷，對提高患者的生存率至關重要。

在過去的幾十年，對黑色素瘤的非侵襲性分子顯像已取得了很大的發(fā)展，包括正電子發(fā)射計算機斷層掃描（positron emission co mputed to mography，PET），單光子發(fā)射計算機斷層掃描（single photon emission computerized tomography，SPECT），磁共振（nuclear magnetic resonanc，MRI），X射線斷層影像（X-ray equip ment for computed tomography，CT），超聲影像（ultrasound，US）在內的多種現(xiàn)象技術得到長足發(fā)展。相比于 MRI、CT、US等影像技術，核醫(yī)學影像（PET／CT和SEPCT）可以提前六個月或者更早探測到黑色素瘤病灶，組織選擇性和特異性高，吸引了越來越多的研究者對該類顯像劑的關注［7］。特別是有“世紀分子”之稱的正電子藥物18F-脫氧葡萄糖（18F-Fluor odeoxygl ucose，18F-FDG）的出現(xiàn)，把核醫(yī)學影像技術推向了新的高度。但18F-FDG在臨床診斷上也遇到一些問題，如本底攝取率較高、腫瘤組織攝取率有限、特異選擇性低等。如何將診斷藥物靶向性的導入腫瘤組織，并在診斷過程中降低對正常組織細胞的損害，增加藥物的選擇性是核醫(yī)學影像診斷藥物研究重點思考的問題，其關鍵是通過放射性標記的化合物去識別病灶組織上的離子通道、受體等靶點。通過對惡性黑色素瘤具有特異性識別的分子進行放射性標記，可以用于黑色素瘤的診斷。而如何提高放射性藥物在黑色素瘤組織中的攝取，增加其滯留時間，降低本底攝取率以及重要臟器攝取率低，成為黑色素瘤放射性分子探針的重要研究目標。目前用于黑色瘤顯像的分子探針主要有兩類：基于PET的正電子類和基于SPECT的單光子類，本文針對這兩類診斷藥物的研究進展進行綜述。

1 單光子類分子探針

黑色素瘤細胞中有常見的兩種受體，黑素皮質激素受體-1（MC1 R）以及整合素受體（Integrinαvβ3）。其中 MC1R屬于G蛋白偶聯(lián)受體（G pr otein-coupled receptor，GPCR）超家族中的A類?，F(xiàn)共發(fā)現(xiàn)有五種黑素皮質激素受體（MC1 R～MC5R），激動劑主要是α－黑素細胞刺激素（α-melanocyte sti mulating hor mone，α-MSH），其中 MC1R與α-MSH親和力最高。MC1R在人類正常黑色素細胞和黑色素瘤細胞中均有表達，其過度表達與黑色素瘤的發(fā)生與生長密切相關。而αvβ3的表達與特異性基質配體如精氨酸甘氨酸天冬氨酸 （Ar g-Gly-Asp，RGD）等三肽的相互作用以及腫瘤血管新生和轉移中起著關鍵作用。αvβ3在活化的內皮細胞和腫瘤細胞中高度表達，但在正常的內皮細胞和多數(shù)正常組織中不表達，這為黑色素瘤的診斷與治療提供了一個重要的靶點。因此，MC1R和αvβ3的顯像大多采用的是放射性金屬核素與 RGD、l，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷-N，N′，N″，N?－四乙酸（1，4，7，10-Tetraazacyclododecane-N， N′， N″， N?-tetraacetic acid，DOTA）、1，4，7-三氮雜壬烷-N，N′，N″-三乙酸（1，4，7-triazacyclononane-N，N′，N″-triacetic acid，NOTA）、氨基酸、多肽以及黑色素刺激激素（Melanocyte sti mulating hor mone，MSH）進行螯合得到的螯合物。

1.1 MC1R單光子放射性核素顯像劑

MC1 R顯像劑大多采用的是99mTc、111In、67Ga、203Pb等單光子金屬離子與DOTA-MSH或NOTA-MSH的螯合物，其中99mTc標記的藥物臨床上最常用，具有標記時間短、標記簡單、操作方便、價格相對便宜等優(yōu)點。Miao課題組在這方面做了大量的研究工作。早期的研究，主要用111In標記了五個新的DOTA／氨基酸復合物［8］，分別是111In-DOTA-ReCCMSH、111In-Ac-Lys（DOTA）-ReCCMSH、111In-DOTA-ReCCMSH（Arg11）、111In-DOTA-ReCCMSH-OH、111In-DOTAReCCMSH-Asp-OH，其 中，111In-DOTA-ReCCMSH（Arg11）的腫瘤攝取率最高（17.41±5.61）%ID／g、腎臟清除率最快（7.37±1.13%）ID／g。接下來，通過對111In－DOTA－ReCCMSH［9－10］進行簡單的結構改造，分子中引入-Gly-Gl u-和Ac-Gly-Glu-基團，標記了兩個新的分子探針。由于-Gly-Gl u-的引入，在不減少腫瘤組織攝取率的情況下，腎臟攝取率降低了44%，全身2 h清除率大于90%。在此基礎上，Miao還考察［11］了-Gly-Gl u-或-Gly-Gly－基團 的引入 對受體MC1R的親和力的影響，標記了三個新化合物。 其 中111In-DOTA-GENle-Cyc MSHhex與MC1R的親和力高達873.4 n M，在黑色素瘤的顯像診斷中表現(xiàn)出了潛在的臨床開發(fā)價值。Eberle同樣用111In離子與DOTA螯合，再與內源性的α-MSH鏈接，得到兩個新的 MC1R受體 顯 像 劑111In－DOTA－MSHoct和111In－DOTANDP-MSH［12－13］。在B16F10小鼠黑色素瘤顯像研究 中 發(fā) 現(xiàn)，111In－DOTA－MSHoct和111In－DOTANDP-MSH都表顯出了高的腫瘤攝取率，111In-DOTA-MSHoct與 MC1R有更高的親和力（IC50＝9.21 n mol／L），而111In-DOTA-NDP-MSH 只有0.25 n mol／L，小鼠尾靜脈注射4 h后，111In-DOTA-MSHoct的腫瘤／非靶向組織比高達53.9，具有更優(yōu)良的顯像效果。在此基礎上，作者將111In－DOTA－MSHoct分子中的 MSHoct用NAPamide取代后分別用111In和67Ga標記。得到111In-DOTA-NAPamide and67Ga-DOTA-NAPamide兩個顯像劑。與111In-DOTA-MSHoct相比，111In-DOTA-NAPamide和67Ga-DOTA-NAPamide與受體MC1R的親和力提高了7倍左右；其中，腫瘤／腎臟放射性攝取比111In-DOTA-NAPamide提高了4.6倍，67Ga-DOTA-NAPamide提高了7.5倍。Miao還報道了67Ga標記的67Ga-DOTA-Gly Glu-Cyc MSH、67Ga-NOTA-GGNle-Cyc MSHhex和67Ga－DOTA－GGNle－Cyc MSHhex用于轉移性黑色素瘤的顯像［14－15］，其中，67Ga－DOTA-GGNle-Cyc MSHhex具有更高腫瘤攝取率和更低的腎臟攝取率。相比111In、67Ga離子，99mTc更容易獲得，臨床上更常用。Miao［16］用99mTc標記了四個多肽用于MC1 R受體的顯像，分別是99mTc-Ac-GGNle-CCEHd FRWCNH2，99mTc-Ac-GGNle-CCEHd FRWCRP-NH2，99mTc-Ac-CCEHd FRWC-Nle GG-NH2和99mTc-Ac-CCE-Hd FRWCRP-Nle GG-NH2。研究發(fā)現(xiàn)，-Arg-Pr o-（RP）基團的存在，會增加顯像劑與MC1 R受體親和力，而-NH2－做為縮氨酸的末端要比-Nle GG-NH2作為末端更能降低腎臟和肝臟的攝取率。因此，四個顯像劑中99mTc-Ac-GGNle-CCEHd FRWCRP-NH2顯 像效果最好。

1.2 αvβ3的單光子放射性核素顯像劑

αvβ3類單光子顯像劑多采用99mTc、111In等金屬離子與分子中鏈接有RGD類多肽形成的螯合物。Decristof oro［17］報道了顯像劑111In-DOTA-RGD用于αvβ3受體的顯像，在小鼠黑色素瘤的診斷中，腫瘤攝取率僅有（1.9±0.3）%ID／g。Mittal［18］報道了 RGD的二聚體顯像劑99mTc N-［G3-c（RGDf K）］2的合成與標記，與99Tcm標記的RGD單體相比，二聚體顯像劑99TcmN-［G3-c（RGDf K）］2提高了與αvβ3受體的親和力和腫瘤攝取率。在C57／BL6小鼠黑色素顯像研究中，注射30 min后，腫瘤攝取率（4.61±0.04%）ID／g。Bianchini［19］還報道了兩個模擬RGD的非肽類αvβ3受體顯像劑：125I-3和125I-4（圖 1）。在小鼠黑色瘤顯像中，125I-4的腫瘤攝取率要高于125I-3。

1.3 MC1R和αvβ3的雙靶點單光子顯像劑

圖1 具有三唑結構的非肽類αvβ3受體顯像劑Fig.1 Triazole-based non-peptide molecular i maging pr obes

黑皮質素受體（MC1R）和整合素受體（αvβ3）雙靶點單光子顯像劑是由αvβ3的配體RGD與MC1R的配體α-MSH結合形成的多氨酸交聯(lián)復合物，同時對MC1 R與αvβ3都具有識別作用。Miao報道了多個雙靶點黑色素瘤顯像劑［20－21］。其中99mTc標記的顯像劑99mTc－RGD-Lys-（Arg11）CCMSH 即為 MC1R與αvβ3的雙靶點顯像劑。靜脈注射分子探針后，99mTc-RGD-Lys-（Arg11）CCMSH 快速濃聚于腫瘤組織，0.5 h腫瘤中的攝取率為2.67%ID／g，腫瘤／肌肉比為3.7。2 h腫瘤攝取率有2.69%ID／g，腫瘤／肌肉高達19.21，對人類黑色瘤表現(xiàn)出了較好的顯像效果。在此基礎上，將99mTc-RGD-Lys-（Ar g11）CCMSH 中的甘氨酸（Gly）用絲氨酸（Ser）取代，得到一個新的分子探針99mTc-RSD-Lys-（Arg11）CCMSH（圖2），該分子探針增加了對黑皮質受體（MC1R）的親和力，在小鼠B16／F1黑色素瘤上具有良好的攝取率和肝腎清除率，腫瘤攝取率高達18.01±4.22%ID／g。在其最新的一項研究 中，將99mTc-RGD-Lys-（Arg11）CCMSH 分子中的賴氨酸（Lys）用β－丙氨酸（β-Ala）取代，合成了99mTc-RSD-β-Ala-（Arg11）CCMSH，99mTc-RTD-β－Ala-（Arg11）CCMSH，99mTc-RVD-β-Ala-（Arg11）CCMSH，99mTc-RAD-β-Ala-（Arg11）CCMSH，99mTc-NAD-β-Ala-（Arg11）CCMSH，以及99mTc -EAD-β－Ala-（Arg11）CCMSH等六個顯像劑［22］。其中99mTc標記的99mTc-RAD-β-Ala-（Ar g11）CCMSH 效果最好，腫瘤攝取率（15.66±6.19）%ID／g和腎臟攝取率（20.18±3.86）%ID／g。該結果表明：β－丙氨酸（β-Ala）的引入，降低了腎臟攝取率。

圖2 分子探針99 m Tc-RSD-Lys-（Arg11）CCMSHFig.2 The chemical str ucture of molecular i maging probe 99 mTc-RSD-Lys-（Arg11）CCMSH

1.4 IBP類似物單光子顯像劑

黑色素瘤細胞中最大的特點是沉積了大量黑色素，碘苯甲酰類化合物由于與黑色素瘤細胞中內源性化合物IBP結構類似，因此表現(xiàn)出良好的選擇性攝取，而細胞的攝取量與其黑色素的量成正比，這使得細胞中的黑色素成為很好的顯像與治療的靶點［23］。目前已報道了多個碘苯甲酰類化合物對黑色素瘤細胞具有特異性靶向作用［24］。因此，標記合成黑色素所需的一些中間體相似化合物可以用于黑色素瘤的顯像，Andrew［25］用123I標記了多個苯甲酰胺類分子探針，最后篩選出123IBZA（圖3）用于黑色素瘤單光子顯像。腫瘤組織1 h的攝取率為8%ID／g。

圖3 123I-BZA和IBP核素顯像劑Fig.3 Chemical str uctures of 123IBZA and IBP

2014年Emmanuel［26］等合成了一個新的喹啉衍生物，并用125I進行放射性標記，得到分子探針125ICF01012（圖4）。給小鼠尾靜脈注射125I-CF01012后，1 h腫瘤組織放射性攝取率（2.43～5.68）%ID／g，在黑色素瘤顯像中特異性良好，3 h腫瘤／肌肉攝取率比高達20.74。

圖4 基于喹啉結構的新型黑色素瘤分子探針Fig.4 The quinoxaline derivatives as melanoma-targeting probes

表1 單光子類黑色素瘤顯像劑Table 1 The melanoma i maging with single photon radionuclide agents

2 正電子類分子探針

2.1 MC1R正電子放射性核素顯像劑

MC1R正電子類放射性核素顯像劑主要是用螯合64Cu、86Y、68Ga等金屬正電子核素的DOTA與多肽或縮氨酸的縮合物，其原理與常用的99mTc螯合物相似。Lewis［40］報道了用64Cu和86Y標記的α-MSH 相似物64Cu-DOTA-ReCCMSH（Arg11）和86Y-DOTA-ReCCMSH（Ar g11）用于黑色素瘤的顯像。生物分布和小動物PET顯像研究表明：小鼠尾靜脈分別注射顯像劑后，顯像劑迅速濃聚于腫瘤灶，30 min達到高峰，腫瘤攝取率分別高達（9.68±1.51）%ID／g和（11.87±3.31）%ID／g，明顯高于18F-FDG（5.08±0.02）%ID／g，對黑色素瘤表現(xiàn)出了較好的特異選擇性與良好的顯像效果。研究發(fā)現(xiàn)，將64Cu-DOTA-ReCCMSH（Arg11）和20μg未標記的DOTA-Re CCMSH（Ar g11）同時注入小鼠體內，腫瘤攝取率明顯減少，這表明該顯像劑對黑色素瘤的特異選擇性主要是基于MC1R原理。在Lewis工作的基礎上，Miao［41］將64Cu-DOTA-Re CCMSH（Ar g11）分子中的DOTA內酰胺環(huán)用NOTA進行取代，所獲得的標記物分子對腫瘤組織顯示出了更高的攝取率（12.39±1.61%ID／g），而非靶向器官攝取率低于1.02%ID／g。

2.2 αvβ3正電子放射性核素顯像劑

Wei［42］報道了兩個用64Cu絡合的αvβ3類黑色素瘤顯像劑：64Cu-CB-TE2 A-c（RGDy K）和64Cu-diamsar-c（RGDf D）。顯像結果發(fā)現(xiàn)，兩個顯像劑與αvβ3受體都表現(xiàn)出了相似的親和力，但64Cu-CB-TE2 A-c（RGDy K）在肝臟和血漿中的清除速率更快，更適合于αvβ3顯像。最近，Knetsch［43］合成了兩 個68Ga-RGD 的顯像劑，68Ga-FSC-（RGD）3和68Ga-NODAGA-RGD，其中68Ga-FSC-（RGD）3為RGD的三聚體，注射1 h后，腫瘤攝取率4.3%ID／g，為單體RGD顯像劑68Ga-NODAGA-RGD的三倍。

2.3 mGlu1的正電子放射性核素顯像劑

作用于代謝型谷氨酸受體（metabotr opic glutamate receptors，mGl u1R）受體的過度表達會導致黑色素細胞的癌變，因此，mGl u1受體成為黑色素瘤顯像的一個重要靶點。Masayuki報道了兩個11C標記的mGl u1受體顯像劑：［11C］4和［11C］6（圖5）。體外研究發(fā)現(xiàn)，［11C］4和［11C］6與mGl u 1受 體 的 結 合 力 在（Ki，22-143 n M）范圍。而在小鼠黑色素瘤顯像中，顯像劑［11C］6具有更高的腫瘤攝取率以及更低的血液、皮膚、肌肉攝取率［44］。

圖5 11 C標記的mGlu1受體顯像劑Fig.5 11 C-labeled PET probes

2.4 18F-IBP類似物正電子放射性核素顯像劑

18F類顯像劑是目前應用廣泛的正電子核素，其半衰期比較適中（110 min），與單光子顯像劑相比空間分辨率更高。18F-FDG是目前常用的非特異性正電子顯像劑，臨床上也用作黑色素瘤不同臨床階段變化的分子顯像，但由于其特異選擇性低，損傷、炎癥常常對其顯像效果造成干擾，臨床應用受到一定的限制。

圖6 18 F標記IBP類似物作為正電子類放射性核素顯像劑Fig.6 18 F-labeled IBP derivative as PET probe

Gar g［45］在123I單光子標記的苯甲酰胺的基礎上，用18F取代123I，獲得了一個新的PET黑色素顯像劑18F－DAFBA（圖6）。18F與123I屬同族元素，化學性質相似，且不影響苯甲酰胺的化學結構，因此，對黑色素瘤同樣表現(xiàn)出了特異選擇性和清除率。注射后1 h腫瘤放射性攝取率為 （7.00±2.76）%ID／g。Greguric［46］等對18F-DAFBA進行了進一步結構改造，將分子中的苯環(huán)用吡啶環(huán)替代，合成了四個新的黑色素瘤分子探針18F2、18F4、18F6、18F8（圖 6）。與18F-DAFBA相比，其制備只需一步反應就可完成，具有反應條件溫和、產率高的優(yōu)點，且在小鼠黑色素瘤顯像中同樣表現(xiàn)出了高的腫瘤攝取率。在此基礎上，Liu［47］小組通過改變18F與甲酰胺在吡啶環(huán)上的位置，合成了兩個新的正電子藥物18F-1和18F-2（圖6），并對小鼠B16F10的PET顯像做了比較，結果發(fā)現(xiàn)，腫瘤灶對18F-2表現(xiàn)出了更好的特異性攝取，2 h的攝取率高達（36.79±5.21）%ID／g。作者將吡啶酰胺的芳環(huán)部分去掉，首次合成了脂肪酰胺類分子探針18F-FPDA用于黑色素瘤顯像［48］。通過和無色素的人惡性膠質母細胞瘤細胞（U87 MG）進行對比，注射18F-FPDA顯像劑后，黑色素瘤2 h的攝取率為（2.65±0.48）%ID／g，而無色素的 U87 MG 腫瘤模型2 h的攝取率僅為（0.37±0.07）%ID／g。該結果表明，芳香環(huán)并非黑色素瘤細胞攝取的必要官能團，18F標記的脂肪酰胺類示蹤劑對黑色素瘤同樣具有特異選擇性。

最近，Wu小組［49］報道了在IBP類似物分子上連接親脂性長鏈的顯像劑18F-FPBZA（圖7）。該類顯像劑在苯甲酰胺對位上引入烴基鏈，增加了顯像分子的脂溶性，使其更易透過細胞膜進入腫瘤細胞。結果顯示，由于烴基鏈的引入，顯像劑在腫瘤2 h的攝取率高達（7.81±0.82）%ID／g。

圖7 烴基修飾的18 F-IBP類似物分子探針Fig.7 Alkyl modified 18 F-IBP derivative as PET probe

表2 正電子類黑色素瘤顯像劑Table 2 The melanoma i maging with positron radionuclide agents

3 小結

99Tcm和64Cu等金屬絡合的單光子以及正電子多肽類顯像劑在黑色素瘤的顯像中都表現(xiàn)出了高的腫瘤放射性攝取率以及較好的顯像效果，但多肽類分子化學結構復雜、合成難度大、成本高，一定程度上限制了其臨床開發(fā)應用；而苯甲酰胺和煙酰胺酰類有機小分子化合物，化學結構簡單、合成相對容易、易進行結構修飾、對黑色素瘤同樣具有較好的靶向性，且用放射性核素標記后，不影響標記配體的化學性質以及在體內外與黑色素瘤細胞的親和力，使得這類小分子在黑色素瘤靶向顯像中顯示出較好的臨床開發(fā)應用價值，且為進一步的黑色素瘤靶向核素治療研究奠定了基礎，在黑色素瘤的早期診斷與靶向核素治療方面有廣闊的開發(fā)應用前景。

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