腺苷A2A受體顯像劑11C-KW6002的合成與初步生物學(xué)評(píng)價(jià)

閆賦琴，周衛(wèi)華，孫小萌，劉曉軍

(中國(guó)武警總醫(yī)院，北京 100039 )

腺苷A2A受體顯像劑11C-KW6002的合成與初步生物學(xué)評(píng)價(jià)

閆賦琴，周衛(wèi)華，孫小萌，劉曉軍

(中國(guó)武警總醫(yī)院，北京 100039 )

腺苷A2A受體與中樞神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)，正電子核素標(biāo)記的腺苷A2A受體顯像劑可用于帕金森病(PD)的診斷與療效評(píng)價(jià)。本研究采用碳-11標(biāo)記[(E)-1，3-二乙基-8-(3，4-二甲氧基苯乙烯)-7-甲基-3，7-雙氫-1H-嘌呤-2，6-二酮](KW6002)制備11C-KW6002，并進(jìn)行正常鼠與PD模型鼠microPET顯像。結(jié)果顯示，以去甲基KW6002為標(biāo)記前體，在NaOH條件下與三氟甲基磺酰基碳-11甲烷(11CH3-Trifcate)反應(yīng)，標(biāo)記率達(dá)56%(衰變校正，n=3)。經(jīng)制備HPLC分離和固相萃取，產(chǎn)品放化純度>99.5%，比活度為1.5×1014Bq/g。11C-KW6002的microPET顯像結(jié)果顯示，正常大鼠雙側(cè)紋狀體呈對(duì)稱顯像，PD模型鼠中毀損側(cè)紋狀體放射性較對(duì)側(cè)明顯增加，而同一模型的11C-CFT顯像為毀損側(cè)紋狀體放射性缺失。表明11C-KW6002為具有臨床應(yīng)用的潛在腺苷A2A受體顯像劑。

腺苷A2A受體；11C-KW6002；合成；microPET；顯像劑

帕金森病(PD)是中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元缺失，導(dǎo)致黑質(zhì)紋狀體通路功能異常的一種神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。目前，PD的藥物治療只能緩解癥狀，不能從根本上減輕多巴胺能神經(jīng)元的惡化。腺苷A2A受體拮抗劑可以阻斷紋狀體內(nèi)A2A的高表達(dá)，同時(shí)能抑制單胺氧化酶，達(dá)到治療PD的效果，為治療PD的新型靶點(diǎn)和藥物[1]。腺苷A2A靶點(diǎn)PD的診斷與療效監(jiān)測(cè)，如123I-MNI-420，18F-MRS5425 和18F-MNI-444等，均顯示了良好的效果[2-4]。Kyowa Hakko Kirin公司已將腺苷A2A的拮抗劑伊曲茶堿([(E)-1，3-二乙基-8-(3，4-二甲氧基苯乙烯)-7-甲基-3，7-雙氫-1H-嘌呤-2，6-二酮]，KW6002)進(jìn)行臨床三期試驗(yàn)以證實(shí)治療PD的效果。KW6002與腺苷A2A高特異性結(jié)合(抑制常數(shù)Ki=12 nmol/L)，而與多巴受體亞型、去甲腎上腺素受體、5-HT受體及乙酰膽堿(acetylcholine, ACH)受體幾乎沒有親和力，正電子核素標(biāo)記的KW6002可用于PD的診斷與療效監(jiān)測(cè)[5]。本研究擬采用碳-11標(biāo)記KW6002制備11C-KW6002，考察11C-KW6002在正常鼠及PD模型鼠上的生物分布及顯像，評(píng)價(jià)11C-KW6002作為腺苷A2A受體顯像劑的潛在價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 主要儀器

HM-20 回旋加速器：日本住友重機(jī)械株式會(huì)社；PET-CM-3H-IT-Ⅰ型碳-11多功能合成模塊：配備液相碘代甲烷合成儀、Triflate在線轉(zhuǎn)換、半制備HPLC系統(tǒng)(配紫外和放射檢測(cè)器)，派特(北京)科技有限公司；分析型HPLC儀、Waters2487紫外檢測(cè)器和BioScan Flowcount放射檢測(cè)器：美國(guó)BioScan公司；eXPlore

Vista 小動(dòng)物PET/CT成像系統(tǒng)：美國(guó)GE公司；Sep-Pak C-18柱：美國(guó)Waters公司。

1.2 主要試劑

1 mol/L氫化鋁鋰/四氫呋喃溶液、丙酮：美國(guó)Aldrich公司；57%氫碘酸：百靈威J&K公司；去甲基KW6002和KW6002標(biāo)準(zhǔn)品：美國(guó)NIH的郎立新博士惠贈(zèng)；氫氧化鈉(AR)：北京試劑廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

正常Sprqgue-Dawley大鼠10只，均為雄性，體重180～200 g；PD模型鼠3只，雄性，體重210～230 g。SCXK(京)2016-0011，北京維通華實(shí)驗(yàn)技術(shù)有限公司提供。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.111C-CH3I合成與在線轉(zhuǎn)換[6]

HM-20回旋加速器質(zhì)子轟擊含0.5%氧氣的氮靶，經(jīng)14N(p,α)11C核反應(yīng)在靶內(nèi)生成11CO2，將11CO2轉(zhuǎn)輸至PET-CM-3H-IT碳-11多功能合成模塊，通過(guò)模塊上的不銹鋼LOOP環(huán)(浸于液氮)捕獲。捕獲完畢，移走液氮，空氣加熱LOOP環(huán)，環(huán)中11CO2釋放到0.3 mL 1 mol/L的氫化鋁鋰/四氫呋喃溶液反應(yīng)管中。通入氮?dú)獠⒓訜岱磻?yīng)管，除四氫呋喃至干。冷卻后加入0.25 mL 57%氫碘酸。加熱反應(yīng)管并通入氮?dú)?，生成?1CH3I被氮?dú)廨d出。11CH3I流經(jīng)加熱至200 ℃的Triflate-Ag粉/石墨柱，轉(zhuǎn)化為11CH3-Triflate。

2.211C-KW6002的合成與純化

11C-KW6002合成路線示于圖1。稱取0.5 mg去甲基KW6002溶解于0.2 mL丙酮中，加入5 μL 2mol/L NaOH溶液[7]，冷卻條件下通入11CH3-Triflate，待反應(yīng)管的放射性讀數(shù)達(dá)到最大并開始下降時(shí)，停止通入氣體。密封反應(yīng)管，加熱至80 ℃，反應(yīng)2 min。

圖1 11C-KW6002合成線路圖Fig.1 The scheme of synthesis of 11C-KW6002

產(chǎn)物經(jīng)半制備HPLC分離，分離柱為Alltech C-18(250 mm×10 mm)，流動(dòng)相V(乙腈)∶V(0.1 mol/L甲酸銨水溶液)∶V(乙酸)=35∶64.5∶0.5，流速6 mL/min，收集8～10 min的含放射性峰流動(dòng)相。將收集的溶液用水稀釋，經(jīng)固相萃取柱(Sep Pak C-18)萃取后，用1 mL乙醇洗脫產(chǎn)品。

2.3 標(biāo)記條件

分別采用丙酮、乙腈和DMSO為溶劑，以及不同的堿NaOH、Na2CO3調(diào)節(jié)pH，研究不同溶劑以及不同的堿對(duì)11C-KW6002標(biāo)記率的影響。

2.4 質(zhì)量控制

采用HPLC測(cè)量放化純度和比活度。Waters的HPLC，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm，分析色譜柱為ODS柱(Gemini C-18 5 μ 4.6 mm×150 mm)，流動(dòng)與半制備HPLC相同，流速1 mL/min，分別對(duì)制備樣品進(jìn)樣、KW6002標(biāo)準(zhǔn)品單獨(dú)進(jìn)樣和樣品與標(biāo)準(zhǔn)品混和物進(jìn)樣，測(cè)量樣品的相對(duì)保留時(shí)間及色譜峰面積，計(jì)算放化純度與比活度。

2.5 動(dòng)物模型

按文獻(xiàn)方法制備帕金森病模型[8]，選用健康成年Sprqgue-Dawley大鼠，在麻醉狀態(tài)下，利用大鼠腦立體定位儀將10 μL 2 g/L的6羥多巴(6-hydroxydopamine， 6-OHDA)注射到中腦腹側(cè)背蓋區(qū)和黑質(zhì)致密部，術(shù)后2周采用腹腔注射阿撲嗎啡加旋轉(zhuǎn)的方式評(píng)估模型，連續(xù)測(cè)量4周，向健側(cè)旋轉(zhuǎn)大于7 圈/min即為模型成功。

2.6 microPET/CT顯像

取正常大鼠和PD模型鼠各3只，尾靜脈注射11C-KW6002(74 MBq)，注射后20 min將其置于microPET/CT掃描床上，持續(xù)用異氟烷氣體麻醉，行常規(guī)microPET/CT掃描。為了驗(yàn)證和對(duì)比，選同一只模型鼠，間隔1 d注射多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白顯像劑11C-CFT，注射后40 min行microPET/CT掃描。

3 結(jié)果與討論

3.1 產(chǎn)品鑒別

去甲基KW6002有三個(gè)叔胺，但受雙鍵影響，這三個(gè)氮基本沒有活性，苯酚在堿性條件下成為酚氧基離子，作為親核試劑進(jìn)攻11CH3-Triflate，Triflate離去，發(fā)生SN親核反應(yīng)。

收集主產(chǎn)品放射性峰，并經(jīng)固相萃取，在分析型HPLC上僅一個(gè)放射性峰(圖2b，保留時(shí)間tR=6.65 min)，該峰與標(biāo)準(zhǔn)品的紫外吸收峰(圖2a)在保留時(shí)間上一致(加上兩個(gè)檢測(cè)器之間的死體積)。同時(shí)，如果采用該流動(dòng)相和分析柱，單獨(dú)進(jìn)放射性原料11CH3-Triflate時(shí)，僅有一個(gè)放射性峰(tR=2.5 min)，說(shuō)明tR=6.65 min為前體甲基化產(chǎn)品11C-KW6002。產(chǎn)品的放化純度>99.5%，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)品計(jì)算，比活度為1.5×1014Bq/g。

a——標(biāo)準(zhǔn)品的紫外圖譜；b——11C-KW6002放射性圖譜圖2 HPLC圖譜a——UV HPLC chromatogram of 12C-KW6002；b——Radioactivity HPLC chromatogram of 11C-KW6002Fig.2 HPLC chromatogram

3.211C-KW6002標(biāo)記條件

采用丙酮、乙腈和DMSO為溶劑時(shí)標(biāo)記效率(衰變校正，n=3)分別為56%、42%、48%，丙酮的標(biāo)記效率最高；采用10 μmol/L的NaOH和10 μmol/L的Na2CO3時(shí)標(biāo)記效率(衰變校正，n=3)分別為56%、12%，Na2CO3的標(biāo)記效率低于NaOH，可能是酚的酸性較弱，需要強(qiáng)堿才能生成酚氧根負(fù)離子，以便進(jìn)行親核反應(yīng)。

將0.5 mg去甲基KW6002，用0.2 mL丙酮溶解，并加入5 μL 2 mol/L NaOH溶液，標(biāo)記效率可達(dá)到56%(衰變校正，n=3)。與多巴胺D2受體顯像劑11C-Racloprdie比較，11C-KW6002的標(biāo)記主產(chǎn)品更容易分離，且標(biāo)記率高于11C-Racloprdie[9]。

3.3 正常大鼠microPET/CT顯像

正常大鼠注射11C-KW6002后行microPET/CT腦顯像，顯像結(jié)果示于圖3。由圖3結(jié)果可見，大鼠淚腺、唾液腺等腺體顯像清晰且有放射性濃聚，橫斷面、冠狀面大鼠紋狀體顯像對(duì)稱分布，左右雙側(cè)放射性濃聚程度一致。

3.4 PD模型大鼠microPET/CT顯像

相同條件下，PD模型大鼠腦的橫斷面、冠狀面大鼠紋狀體顯像呈不對(duì)稱分布，右側(cè)(6-OHDA毀損側(cè))放射性濃聚程度高于左側(cè)(圖4a)，經(jīng)SUV計(jì)算，右側(cè)/左側(cè)紋狀體放射性攝取比為2.4。為了驗(yàn)證該模型，對(duì)同一模型鼠間隔1 d，采用多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白11C-CFT顯像(圖4b)，左右顯像不對(duì)稱，其中右側(cè)幾乎缺失，僅見左側(cè)紋狀體顯像，表明該模型成功[7]。同時(shí)證明PD模型鼠上毀損側(cè)多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受體明顯下降，而腺苷A2A受體上調(diào)。

圖3 正常大鼠11C-KW6002 microPET/CT顯像Fig.3 The microPET/CT imaging of 11C-KW6002 in normal rat

a——11C-KW6002；b——11C-CFT圖4 PD模型鼠腦microPET/CT顯像a——11C-KW6002；b——11C-CFTFig.4 The microPET/CT imaging in the same one PD module rat

4 小結(jié)

強(qiáng)堿性條件下，11CH3-Triflat與去甲基KW6002在丙酮溶液中反應(yīng)，得到11C-KW6002 標(biāo)記率為56%(衰變校正，n=3)，經(jīng)半制備HPLC純化及固相萃取，產(chǎn)品的放化純度大于99.5%。經(jīng)正常鼠及PD模型鼠microPET顯像，腺苷A2A受體顯像劑11C-KW6002在正常鼠上雙側(cè)紋狀體顯像對(duì)稱，而模型鼠的毀損側(cè)放射性攝取增高。11C-KW6002具有潛在臨床應(yīng)用價(jià)值，可用于以腺苷A2A受體為靶點(diǎn)的PD診斷與療效評(píng)價(jià)顯像劑。

[1] 李煥敏，邵明. 腺苷A2A受體與帕金森病[J]. 廣州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，34(6)：64-68.

Li Huanmin, Shao Ming. Adenosine 2A receptor with PD[J]. Academic Journal of Guangzhou Medical College, 2006, 34(6): 64-68(in Chinese).

[2] Tavares A A S, Batis J C, Papin C, et al. Kinetic modeling, test-retest, and dosimetry of123I-MNI-420 in humans[J]. J Nucl Med, 2013, 54: 1 760-1 767.

[3] Barret O, Hannestad J, Vala C, et al. Characterization in humans of18F-MNI-444, a PET radiotracer for brain adenosine 2A aeceptors[J]. J Nucl Med, 2015, 56: 586-591.

[4] Kumar B A, Lixin L, Orit J, et al. Striated adenosine A(2A) receptor positron emission tomographic imaging in 6-hydroxydopamine-lesioned rats using18F-MRS5425[J]. Nucl Med Biol, 2011,38(6): 897-906.

[5] Hiranie E, Gillies J, Karasawa A, et al. Evaluationo of [4-O-methyl-11C]KW-6002 as a potential PET ligand for mapping central Adenosine A2Areceptors in rats[J]. Synapse, 2001, 42: 164-176.

[6] 張錦明，田嘉禾，王武尚，等. 在線制備11C-CH3-Triflate-CH3[J]. 同位素，2006，19(2):124-128.

Zhang Jinming, Tian Jiahe, Wang Wushang, et al. Parparation of11C-CH3-Triflate-CH3on-line[J]. Journal of Isotopes, 2006, 19(2): 124-128(in Chinese).

[7] 張錦明，張曉軍，李云鋼，等. 自動(dòng)化合成11C-Raclopride及質(zhì)量控制[J]. 同位素，2014，27(4)：230-235.

Zhang Jinming, Zhang Xiaojun, Li Yungang, et al. Automatic synthesis and quality control of11C-raclopride for clinical use[J]. Journal of Isotopes, 2014, 27(4): 230-235(in Chinese).

[8] 王瑞民，王慶勝，郭喆，等. 多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白PET成像在建立帕金森病大鼠模型中的作用[J]. 中國(guó)醫(yī)學(xué)影像雜志，2008，16(1):1-4.

Wang Ruimin,Wang Qingsheng,Guo Zhe, et al. Dopamine transporter PET imaging in the evaluation of parkinson’ disease rat model[J]. Chinese Journal of Medical Imaging, 2008,16(1): 1-4(in Chinese).

[9] 張錦明,張曉軍,李云鋼,等. 自動(dòng)化合成11C-Raclopride及質(zhì)量控制[J]. 同位素,2014,27(4):230-235.

Zhang Jinming, Zhang Xiaojun, Li Yungang, et al. Automatic synthesis and quality control of11C-raclopride for clinical use[J]. Journal of Isotopes, 2014, 27(4): 230-235(in Chinese).

The Synthesis and Evaluation of11C-KW6002 as the PET Adenosine 2A Receptor Imaging Agent

YAN Fu-qin, ZHOU Wei-hua, SUN Xiao-meng, LIU Xiao-jun

(GeneralHospitalofChinesePeople’sArmedPoliceForces,Beijing100039,China)

PET with selective adenosine 2A receptor (A2A) radiotracers can be used to study a neurodegenerative disorders in vivo and to diagnose of PD. The PET radiotracer11C-KW6002 for imaging A2Awas synthesized and evaluated, in normal and PD module rats. The results showed that the labeling yield was 56% (decay corrected yield,n=3) when11CH3-Triflate reacted with nor-KW6002 under NaOH. The radiochemical purity of product was 99.5% with specific activity of 1.5×1014Bq/g. The balance of radioactivity in striatum was observed in normal rats with microPET. A significant raised radioactivity on the striatum of lesion compared with the normal side. The radioactivity was found absence on the striatum of lesion with11C-CFT.11C-KW6002 is a potential PET radiotracer for imaging A2A.

A2Areceptors;11C-KW6002; synthesis; microPET; imaging agent

2017-01-11;

2017-02-23

閆賦琴(1968—)，女，河北人，副主任藥師，主要從事臨床藥學(xué)研究

劉曉軍，主任醫(yī)師，E-mail: m13911735771@163.com

TL92+3；R817.9+2

A

1000-7512(2017)03-0204-05

10.7538/tws.2017.youxian.003