F-18标记靶向P2X7受体的PET小分子探针及其在阿尔茨海默病早期诊断中的基础研究

P2X7 receptor (P2X7R) is expressed on the surface of microglia in the brain, and upon receptor activation mediate the release of proinflammatory cytokines and neuroinflammatory pathways that have been linked to the development of Alzheimer’s disease (AD). But it remains uncertain whether P2X7R can be a noninvasive diagnostic imaging target to identify patients with early onset AD. Our in vitro autoradiography preliminary data have demonstrated that ability to C-11 radiosynthesize a high-affinity small molecule antagonist (GSK1482160， in short term as GSK) against P2X7R that enables detection of abundance increases of P2X7R in the hippocampus, cerebral cortex, and thalamus of a mouse model of AD at the stage of 5-month-old in which Ab or tau pathology have not been developed. And we have investigated the feasibility of this probe targeting P2X7R in healthy non-human primates using Positron Emission Tomography (PET), but the full spectrum of imaging characteristics (i.e. target specificity, brain permeability, pharmokinetics(PK) and pharmodynamics(PD) ) remains to be explored. We hypothesize that the synthesis of high-affinity F-18 radiolabeled ligands against P2X7R in combination with PET will provide a diagnostic capability to identify early onset AD. To accomplish this goal, we propose to systematically modify the structure of F18-radiolabeled GSK to improve the target specificity, pharmokinetics and pharmodynamics of GSK delivery to improve the signal-to-noise of the PET imaging capability. We will focus on a mouse model of AD at different stages of progression, with the expectation that promising candidates will provide translational leads for the in vivo imaging of patient populations to enable early diagnosis and treatment of AD.

P2X7受体(P2X7R)是神经炎性反应的重要标志物，在早期阿尔兹海默病(AD)动物脑组织高表达，但P2X7R能否作为靶点用于临床AD早期诊断有待证实。我们前期在细胞水平上探讨了，C-11标记的先导化合物(GSK)对P2X7R结合的特异性。体外放射自显影显示，该探针在5月龄AD小鼠海马、大脑皮层及丘脑组织高特异结合，且与小胶质细胞高度共定位。同时，健康灵长目动物脑部PET显像也证明了该探针活体成像可行。 据此，我们提出“从活体动物PET分子显像水平检测P2X7R表征的炎性反应将有助于发现早期AD”的假说。本项目拟进一步通过F-18标记来增加半衰期，合成系列GSK衍生物，改造分子结构来提高靶点结合亲合力和透脑率。然后，优选高效特异的F-18标记探针，采用小动物PET成像方法分析不同月龄AD小鼠活体成像特征与AD的认知障碍进程之间的相关性。本项研究可为AD早期诊断提供关键科学依据。

阿尔兹海默症（Alzheimer’s Disease，AD）是一种常见的神经退行性疾病，其特征是脑内出现过量异常的淀粉样蛋白与过度磷酸化的Tau蛋白。而现在在临床应用上，多种靶向针对这两种病理特征的正电子发射型计算机断层显像（Positron Emission Computed Tomography，PET）探针已被开发，但这些诊断结果往往预示着疾病到了不可逆转的时期。在基于早发现疾病病变的宗旨下，合成靶向神经炎症（Neuroinflammation）相关受体的分子探针成了近期研究的新思路。P2X7受体（P2X7 receptor，P2X7R）是神经炎症受体的靶点之一，在激活的小胶质细胞和星形胶质细胞上过表达。作为三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）门控嘌呤受体，P2X7R是神经炎症级联反应中的关键调节因子。它是AD和帕金森病（Parkinson Disease，PD）等各种神经退行性疾病中成像的潜在靶点。GSK1482160作为一种被广泛报道的P2X7R调节剂，具有纳摩尔级结合亲和力和高选择性。最近的11C标记正电子发射断层扫描PET探针[11C]GSK1482160已证明可测量神经炎症动物模型中的P2X7R表达。.我们通过在GSK1482160上的吡啶环上进行18F的标记，并改进放射性标记方案以减少副产物，获得了[18F]4A。[18F]GSK1482160是我们通过对其与P2X7R结合的三氟甲基处进行卤素交换而完成的一种新型靶向P2X7R探针。随后，对其进行生物分布和代谢稳定性实验。从代谢稳定性的结果来看，[18F]GSK1482160在60分钟后的体内稳定性更强（脑部87.81%、血液72.45%、肝脏56.32%）。同样，对LPS诱导的急性神经炎症小鼠模型（30分钟SUV=0.81±0.10）小鼠进行了[18F]GSK1482160的活体PET扫描，发现它们的摄取都高于Sham对照组小鼠（SUV=0.50±0.06）。另外，同龄AD小鼠的摄取（SUV=0.67±0.12）也高于对照野生型小鼠（SUV=0.57±0.11）。而在健康的非人灵长类动物中进行了的活体显像实验，表明[18F]GSK1482160进一步的临床转化价值。在未来，[18F]GSK1482160有希望成为诊断神经退行性疾病的新型PET探针。