99Tcm標記葡萄糖類衍生物腫瘤代謝顯像劑的研究進展

王勤奮，齊秀萍

(三亞中心醫(yī)院(海南省第三人民醫(yī)院)a.核醫(yī)學科，b.臨床藥學室，海南 三亞 572000)

Sols和Crane[1]于1954年提出利用2-脫氧-D-葡萄糖在己糖激酶磷酸化后，不進入下一步代謝的滯留特性，對機體葡萄糖代謝進行研究。1974年，18F-2-脫氧氟化葡萄糖正電子發(fā)射計算機體層顯像(18F-2-deoxy-D-fluoro-glucose positron emission tomography，18F-FDG PET)開始用于腫瘤葡萄糖顯像[2]。葡萄糖除提供機體能量外，還密切參與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、分子識別、表面黏附等重要生理過程。惡性腫瘤組織和正常組織間最顯著的差異之一是細胞內(nèi)糖酵解的增加和氧化磷酸化的降低，導(dǎo)致惡性腫瘤細胞對葡萄糖的攝取遠高于正常細胞，被稱之為Warburg效應(yīng)[2-3]。目前，18F-FDG PET已在臨床廣泛應(yīng)用于原發(fā)、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)腫瘤的診斷和療效評估等。18F-FDG PET的臨床應(yīng)用存在一些局限性，主要包括：①假陽性：18F-FDG是非特異腫瘤顯像劑，只能評估細胞質(zhì)的活性，不能評估細胞核的活性,一些良性病變(如肉芽腫、感染等)可出現(xiàn)假陽性；②假陰性：見于高分化的惡性腫瘤；③費用昂貴：需要配備價格昂貴的回旋加速器、PET儀，這在一定程度上限制了18F-FDG PET 的臨床適用性[4-6]。99Tcm是一種最常用、短半衰期、能量適宜的核素，99Tcm多樣的配位化學適于進行探針的標記，99Tcm通過發(fā)生器即時取得，葡萄糖衍生物可用凍干藥盒供應(yīng)，這提供了99Tcm標記葡萄糖類衍生物的便利性[3]。自從99Tcm-雙半胱氨酸脫氧氨基葡萄糖(ethylenedicysteine deoxyglucose，ECDG)用于腫瘤代謝顯像以來，多種99Tcm標記葡萄糖類衍生物被合成和用于腫瘤代謝顯像[2,7]。現(xiàn)就99Tcm標記葡萄糖類衍生物的研發(fā)和臨床應(yīng)用進展予以綜述。

1 99Tcm標記葡萄糖類衍生物的設(shè)計

天然葡萄糖中的羥基不是很強的供體，糖分子的許多立體中心使得糖功能化的保持較難。葡萄糖類衍生物的設(shè)計需要考慮保持衍生物與葡萄糖轉(zhuǎn)運體(glucose transporters，Gluts)和己糖激酶合理的活性水平。研究證實，在葡萄糖的C2位引入氨基、巰基、羧基、羰基等可以增強99Tcm與葡萄糖類衍生物的結(jié)合[3]。氨基葡萄糖是目前研究最多和最有吸引力的葡糖基載體，與葡萄糖有著共有的代謝通路，其氨基起著配位點和功能靶的作用。氨基葡萄糖與FDG之間有一個結(jié)構(gòu)上的相似性，在糖的C2位上，F(xiàn)DG和氨基葡萄糖分別有F和氨基，研究顯示，即使在配位基團大的情況下，氨基葡萄糖仍能保留與Gluts和己糖激酶的活性[2-3,7]。另外，99Tcm標記氨基葡萄糖還通過氨基己糖的生物合成途徑定位于細胞核內(nèi)，葡萄糖通過Gluts轉(zhuǎn)運進入細胞后，轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖，在谷氨酰胺6-磷酸果糖酰胺轉(zhuǎn)移酶的作用下，利用谷氨酰胺的氨基生成6-磷酸氨基葡萄糖；氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖通過Gluts轉(zhuǎn)運進入細胞后，經(jīng)磷酸化生成1-磷酸-N-乙酰氨基葡萄糖，再與二磷酸尿苷相互作用產(chǎn)生二磷酸尿苷-N-乙酰氨基葡萄糖；在N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶的催化下，N-乙酰氨基葡萄糖參與了許多轉(zhuǎn)錄因子(如絲氨酸、蘇氨酸殘基)的糖基化；N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶修飾了大量核質(zhì)蛋白，密切相關(guān)于細胞內(nèi)葡萄糖、二磷酸尿苷和二磷酸尿苷-N-乙酰氨基葡萄糖的濃度，這樣通過放射性標記的氨基葡萄糖衍生物的顯像實現(xiàn)了對細胞N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶活性的反映[8-9]。

2 99Tcm標記葡萄糖類衍生物的分類

2.1雙功能螯合劑標記法 用雙功能螯合劑螯合99Tcm和糖代謝的核心功能團脫氧葡萄糖是最早采用的方法。用雙半胱氨酸耦聯(lián)脫氧氨基葡萄糖，再以99Tcm標記，得到第一個99Tcm標記葡萄糖類衍生物99Tcm-ECDG；用其他不同的螯合劑合成了99Tcm-硫基乙酰三甘氨脫氧氨基葡萄糖(mercaptoacetylglycylglycylglycine deoxyglucose，MAG3DG)、99Tcm-單胺單酰胺二硫醇丁酸脫氧氨基葡萄糖、99Tcm-二乙三胺五乙酸脫氧氨基葡萄糖(diethylenetriaminepentaacetate deoxyglucose，DTPADG)和99Tcm-異腈脫氧氨基葡萄糖(isonitrile deoxyglucose，CN5DG)[10-11]。

2.2糖分子中插入官能團標記法 利用硫原子可以形成兩個共價單鍵，將硫原子插入β-D-葡萄糖中形成S-β-D-葡萄糖(thio-β-D-glucose，TG)，再以99Tcm標記，得到99Tcm-1-TG、99Tcm-5-TG；近年來也有嘗試將水楊醛、琥珀酸酐耦聯(lián)到氨基葡萄糖上，再以99Tcm標記，得到99Tcm-N-(2-羥基芐基)-2氨基-2脫氧-D-葡萄糖、99Tcm-2-(3-羧基-1-氧化丙基)氨基-2-脫氧-D-葡萄糖[7,10]。

2.3復(fù)合锝核心標記法 用不同的復(fù)合锝核心99TcmN、99TcmO、99Tcm(CO)3耦聯(lián)二硫代氨基甲酸脫氧葡萄糖(deoxyglucose dithiocarbamate，DGDTC)、葡萄糖或氨基葡萄糖等，得到不同種類的99Tcm標記葡萄糖類衍生物[7,10]。

3 不同 99Tcm標記葡萄糖類衍生物的研發(fā)和應(yīng)用研究現(xiàn)狀

3.199Tcm-ECDG的研發(fā)、生物分布和臨床試驗研究99Tcm-ECDG通過Gluts和己糖激酶聚集在依賴葡萄糖為能量來源的細胞中，在代謝過程中，雙半胱氨酸上的兩個巰基與細胞質(zhì)和跨膜蛋白上的β-N-乙酰氨基葡萄糖糖苷酶、O-連接的N-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶起反應(yīng)，組成(ECDG)S-S(protein)肽鏈接體而支持ECDG進入細胞核，而后參與了細胞核的轉(zhuǎn)錄、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等多樣化過程[8,10]。Yang等[12]進行的一項肺癌A549體外攝取和荷A549瘤鼠生物學分布、γ顯像研究，證實了99Tcm-ECDG對腫瘤顯像的可行性；99Tcm-ECDG的體外細胞攝取在4 h達到注射劑量的0.5%，而18F-FDG在4 h的攝取為0.6%，在葡萄糖存在時，99Tcm-ECDG的攝取是下降的；荷瘤鼠99Tcm-ECDG的腫瘤/肌肉(T/M)、腫瘤/腦(T/Br)隨時間增加并高于18F-FDG，而18F-FDG的腫瘤/血(T/B)則高于99Tcm-ECDG，γ顯像能在2 h、4 h很好地顯示腫瘤。該研究組隨后比較了99Tcm-ECDG和18F-FDG對荷瘤鼠化療反應(yīng)的評價，結(jié)果顯示，因為99Tcm-ECDG參與了細胞周期的增殖，99Tcm-ECDG比18F-FDG更好地評價了荷瘤鼠化療后的效果[13]。

近年來，99Tcm-ECDG已進入早期臨床研究。一項99Tcm-ECDG單光子發(fā)射計算機斷層掃描/計算機斷層掃描(single photon emission computed tomography/computed tomography，SPECT/CT)早期評價9例局部進展性頭頸部鱗癌放化療后反應(yīng)的初步臨床研究顯示，99Tcm-ECDG準確地預(yù)測了7例(77.8%)患者腫瘤對治療的反應(yīng)狀態(tài)[14]。唐軍等[15]的一項99Tcm-ECDG腫瘤顯像可行性研究顯示，6例惡性病變均為陽性，2例良性病變(肺炎、肺結(jié)核)均為陰性，診斷準確率達100%。Schechter等[16]進行的一項99Tcm-ECDG在非小細胞肺癌患者的顯像，6例肺惡性腫瘤患者SPECT均顯示，1例最終病理為肺肉芽腫的患者SPECT未見攝取，同時進行的輻射劑量學測定顯示患者接受的平均有效劑量當量為6.89 mSv/1 110 MBq，研究證實了99Tcm-ECDG顯像的可行性和安全性。最近，Dai等[17]報道了一項17例活檢組織學證實的非小細胞肺癌患者，用99Tcm-ECDG對腫瘤進行檢測和分期的Ⅱ期臨床研究，結(jié)果顯示，99Tcm-ECDG與18F-FDG對原發(fā)和轉(zhuǎn)移病變檢測的符合率分別為100%和70%。雖然，與18F-FDG相比，99Tcm-ECDG的腫瘤攝取較低，血液本底較高，但這幾項臨床研究均顯示99Tcm-ECDG對良惡性病變良好的鑒別能力以及與18F-FDG相當?shù)膶盒阅[瘤診斷和分期的能力。

3.299Tcm-DTPADG的研發(fā)和生物分布研究 DTPADG 的關(guān)鍵位置上分別有一個羥基、羧基和脂?；?，但目前尚未能闡明99Tcm-DTPADG的確切結(jié)構(gòu)以及在機體內(nèi)的代謝過程。一項通過氫-3標記的脫氧嘧啶核苷監(jiān)測細胞DNA合成的體外細胞研究顯示，DTPADG組較脫氧葡萄糖、FDG組有較高的脫氧嘧啶核苷的攝取，提示99Tcm-DTPADG參與了腫瘤細胞的增殖，反映了細胞核的活性[18]。另外，一項荷乳腺癌鼠99Tcm-DTPADG和18F-FDG生物分布的研究顯示，在注射顯像劑后4 h腫瘤攝取99Tcm-DTPADG和18F-FDG分別為(1.59±0.04)%ID/g、(1.42±0.12)%ID/g；99Tcm-DTPADG的T/M、T/Br顯著高于18F-FDG，18F-FDG的T/B則顯著高于99Tcm-DTPADG；2 h、4 h荷瘤鼠SPECT顯像清晰地顯示了腫瘤，研究證實了99Tcm-DTPADG腫瘤代謝顯像的可行性[19]。隨后一項用99Tcm-DTPADG評價腫瘤化療反應(yīng)的體外腫瘤細胞攝取和荷瘤鼠顯像研究顯示，99Tcm-DTPADG在化療組的攝取低于對照組，且攝取率與化療劑量呈負相關(guān)[20]。一項針對99Tcm-DTPADG荷瘤鼠和松節(jié)油誘導(dǎo)的炎癥鼠生物分布和顯像評估腫瘤靶向性的研究顯示，99Tcm-DTPADG在腫瘤組織的聚集顯著高于炎性組織[21]。雖然上述99Tcm-DTPADG的生物分布研究結(jié)果，尤其對炎癥、腫瘤鑒別的陽性結(jié)果是令人鼓舞的，但是目前尚未見99Tcm-DTPADG用于臨床腫瘤診斷、療效評估的試驗研究，需要進一步在不同動物模型和人體研究。

3.399Tcm-MAG3葡萄糖類衍生物的研發(fā)和生物分布研究 MAG3是人們熟知的雙功能螯合劑。利用MAG3結(jié)構(gòu)中的羧基可以與包含氨基的化合物結(jié)合的特性，Chen等[22]最早合成了MAG3DG并成功制備了99Tcm-MAG3DG，荷MA89乳腺瘤鼠的生物分布研究顯示，注射顯像劑后4 h有一個中度的腫瘤攝取(0.82% ID/g)和高的T/M(4.35)。de Barros等[23]在隨后報道了99Tcm-MAG3GI的制備，荷Ehrlich瘤鼠的生物分布顯示，99Tcm-MAG3GI可以快速通過腎攝取排泄，開始的腫瘤攝取是高的(注射后5 min為2.25% ID/g)，隨著時間逐漸降低，SPECT顯像腫瘤/非腫瘤(T/NT)可達2.0。這些初步的研究提示，99Tcm-MAG3葡萄糖類衍生物有適合于腫瘤代謝顯像的特性，值得進一步研究。

3.499Tcm-CN5DG的研發(fā)和生物分布研究 Mizuno等[24]發(fā)展了以異腈為雙功能螯合劑，進行99Tcm標記多價探針的方法。新近，Zhang等[11]借鑒Mizuno等[24]的方法技巧而獨創(chuàng)性地合成了CN5DG，并成功地用99Tcm進行了標記，目前該藥物中心已有CN5DG凍干藥盒供應(yīng)。Zhang等[11]證實了99Tcm-CN5DG是一種由6個CN5DG配體圍繞99Tcm(I)形成的正八面體，99Tcm-CN5DG的體外細胞攝取、荷瘤鼠生物分布和SPECT/CT顯像研究顯示，99Tcm-CN5DG在S180和A549腫瘤細胞的攝取顯著地為D-葡萄糖阻滯，而L-葡萄糖對攝取則無明顯影響，胰島素刺激可顯著增加攝??；荷A549瘤鼠的生物分布顯示，99Tcm-CN5DG在注射后30、60、120 min有一個快速、高的腫瘤攝取和從正常組織快速的清除；與18F-FDG相比，注射60 min后腫瘤攝取99Tcm-CN5DG低于18F-FDG[(1.59±0.23)% ID/g比(3.28±0.80)% ID/g]；而18F-FDG有更高的肺、肌肉、血的攝取，在注射后1 h，99Tcm-CN5DG的T/B、T/M遠好于18F-FDG[(19.83±4.39)、(14.37±6.96)比(8.40±3.89)、(0.32±0.08)]，荷A549瘤鼠的SPECT/CT在30～120 min可以清楚地顯示直徑3 mm大小的腫瘤。初步的動物模型生物分布研究顯示了99Tcm-CN5DG具有優(yōu)越的腫瘤顯像性能，可以取得滿意的顯像結(jié)果，有望成為99Tcm標記葡萄糖類衍生物腫瘤代謝顯像研發(fā)的突破，但仍需深入研究腫瘤細胞攝取、代謝機制，并進行臨床試驗研究。

3.599Tcm-TG的研發(fā)和生物分布研究 Seidensticker等[25]

制備了β-D-葡萄糖的衍生物99Tcm-1-TG、99Tcm-5-TG，生物分布研究顯示，腫瘤細胞對99Tcm-1-TG、99Tcm-5-TG的攝取顯著依賴于血葡萄糖和胰島素水平，而細胞松弛素-B則顯著抑制了99Tcm-1-TG、99Tcm-5-TG的攝取，而使用細胞室分析的方法顯示，99Tcm-1-TG、99Tcm-5-TG 比18F-FDG在細胞膜上有更高積聚。推測99Tcm-TG復(fù)合物包含多個葡萄糖分子，其體積大于18F-FDG，因而堵塞了Gluts通道，導(dǎo)致示蹤劑在細胞膜積聚的增加。這種顯像劑的攝取機制不同于18F-FDG，需要進行動物模型的進一步研究。

3.6不同復(fù)合锝核心標記葡萄糖類衍生物的研發(fā)和生物分布研究 為了提高锝標記顯像劑的生物分布性能，有研究者嘗試使用不同的復(fù)合锝核心進行顯像劑的制備。幾項研究分別以99TcmN、99TcmO和99Tcm(CO)3核心耦聯(lián)DGDTC制備出99TcmN-DGDTC、99TcmO-DGDTC、99Tcm(CO)3-DGDTC，3種衍生物在荷S180瘤鼠的實驗研究顯示，三者在代謝活躍的腫瘤中均有大量的濃聚；99TcmN-DGDTC腫瘤攝取、T/N值最高，但T/B值最低；99TcmN-DGDTC在注射后0.5、2、4 h腫瘤的攝取分別達到(3.80±0.35)%ID/g、(4.30±0.61)%ID/g和(3.31±0.51)%ID/g，值得注意的是，DGDTC除通過腎排泄外，在肝中也有較多攝取[26-28]。

3.7幾種99Tcm標記葡萄糖類衍生物在荷瘤動物的生物分布比較見表1，99Tcm標記葡萄糖類衍生物均具有顯著的腫瘤攝取和低的心肌、腦和肌肉攝取，主要的排泌途徑是腎臟，大部分衍生物在肝臟也有明顯的排泌，部分衍生物在肺、血液具有較高的分布。令人鼓舞的是，新近研發(fā)的99Tcm-CN5DG有著高的腫瘤攝取，除通過腎臟排泌在腎臟有高的分布外，在包括血液、肺、肝臟的其他組織有顯著低的攝取。

4 小 結(jié)

近年來，可以實現(xiàn)發(fā)生器生產(chǎn)、凍干藥盒供應(yīng)的99Tcm標記葡萄糖類衍生物的研發(fā)和臨床應(yīng)用有了明顯的進展。99Tcm標記氨基葡萄糖顯示出類似于18F-FDG的腫瘤細胞攝取，并參與了細胞核的代謝過程。將來需要更深入地進行臨床前和臨床研究證實99Tcm標記葡萄類衍生物的顯像機制以及在良惡性病變鑒別、腫瘤治療效果評價中的價值。隨著99Tcm標記葡萄糖類衍生物研發(fā)和SPECT/CT采集技術(shù)的不斷發(fā)展、顯像質(zhì)量的提高，99Tcm標記葡萄糖類衍生物顯像將在腫瘤分子代謝顯像中發(fā)揮重要的作用。

表1 幾種 99Tcm標記葡萄糖類衍生物注射2 h后在荷瘤動物的生物分布比較

a數(shù)據(jù)是每克組織注射劑量百分率的平均值±SD