靶向肿瘤氨基酸转运体N-取代氨基酸PET显像剂的研制及其作用机理研究

Based on our previous development of positron radionuclide labelled side-chain L-amino acids and N-(2-18F-fluoropropionyl)-L-methionine (18F-FPMET), an assumption of "N-substituted labeled L-amino acids as targeting amino acid transporter probes for tumor imaging" is proposed by us. In this study, -NH2 groups of L-glutamic acid, L-glutamine and L-dopa linked with 2-18F-fluoropropionyl, 11C-methyl and 18F-fluoroethyl as typical examples of N-radiolabeled amino acids are performed by the general labeled methods. Also, in vitro and in vivo biological evaluation and amino acid transport uptake mechanism of these N-substituted labeled L-amino acids are investigated. Furthermore, PET imaging of lung cancer-bearing, prostate cancer-bearing and neuroendocrine tumor-baering nude mice with the N-substituted radiolabeled L-glutamic acid, L-glutamine and dopa tracers is studied and compared with 18F-FDG and 18F-FPPET. Through these studies, potential value of tumor PET imaging with the N-substituted amino acids is evaluated and the assumption above is confirmed. Therefore, this study can provide a general protocol for the development of N-substituted positron radionuclide labeled L-amino acids and can open an avenue for N-substituted lableled amino acids as novel tumor imaging agents. Also,the novel N-substituted radiolabeled amino acid probes can be used for the early detection and therapy monitoring of malignant tumors (such as lung cancer, prostate cancer and neucroendocrine tumor) with high specificity and sensitivity.

在先期研制正电子核素标记侧链L-氨基酸和(N-2-18F-氟代丙酰基)-L-蛋氨酸(18F-FPMET)基础上，提出"N-取代标记L-氨基酸具有靶向肿瘤氨基酸转运体作用"的假说。本课题尝试在代表性L-α-氨基酸(L-谷氨酸、L-谷氨酰胺和L-多巴)-NH2上连接小分子量18F标记取代基(2-18F-氟代丙酰基、11C-甲基和18F-氟代乙基)，制备多种N-取代正电子核素标记L-氨基酸，研究这些标记氨基酸作用机理和体内外生物活性，用其对多种肿瘤模型动物行PET显像，并与18F-FDG和18F-FPMET比较，以评估其用于肿瘤PET显像的潜力及证实上述假说的正确性。本课题为N-正电子核素标记氨基酸的研制提供一般方法，开辟N-取代标记氨基酸研究新领域，为进一步提高某些肿瘤(如肺癌、前列腺癌和内分泌肿瘤)PET显像的准确性和灵敏度提供新型显像剂，可解决某些恶性肿瘤早期诊断和疗效监测的关键技术问题。

18F-FDG是最常用的PET显像剂，但它具有炎症组织高摄取、对非侵袭性或惰性肿瘤敏感性低以及缺乏肿瘤特异性等缺点。为克服18F-FDG 局限性，研制新型氨基酸PET显像剂非常重要。在前期研制正电子核素标记侧链L-氨基酸和(N-2-18F-氟代丙酰基)-L-蛋氨酸(18F-FPMET)基础上，我们提出了以下假说：N-标记亚氨基酸基团是靶向肿瘤氨基酸转运体的药效基团，N-标记氨基酸是很有潜力的肿瘤氨基酸代谢显像剂。为验证以上假说，首先设计合成了一系列N-标记亚氨基酸PET探针： N-(2-18F-氟丙酰基)-L-谷氨酸（18F-FPGLU）、N-(2-18F-氟丙酰基)-D-谷氨酸（18F-DFPGLU）、N-(2-18F-氟丙酰基)-β-谷氨酸（18F-FP-β- GLU）、N-(2-18F-氟丙酰基)-L-谷氨酰胺（18F-FPGLN）、N-(2-18F-氟丙酰基)-L-多巴（18F-FPDOPA）、N-(11C-甲基)-L-氨基酸以及N-(18F-氟代烷基)-L-氨基酸。其次，研究了这些标记亚氨基酸作用机理和体内外生物活性，用其对多种肿瘤模型行PET 显像，并与18F-FDG 和18F-FPMET进行了比较。以上结果表明：N-(11C-甲基)-L-氨基酸具有靶向肿瘤氨基酸转运体作用，可用于肿瘤显像，但11C 半衰期较短；N-(18F-氟代烷基)-L-谷氨酸、N-(18F-氟代烷基)-L-谷氨酰胺和 N-(18F-氟代烷基)-L-多巴可用两步法合成，但其体内不稳定脱氟；18F-FPGLU、18F-DFPGLU）、18F-β-FPGLU、18F-FPGLN、18F-FPARG和18F-FPDOPA靶向多种氨基酸转运体，并具有较高肿瘤/非靶组织比值，从而证实了“N-正电子核素标记氨基酸是靶向肿瘤氨基酸转运体的PET显像剂”假说的正确性；18F-FPGLU表现出靶向多种氨基酸转运体、较高肿瘤/非靶组织比值以及优良体内药代动力学特性，在多种肿瘤显像方面，优于18F-FDG，是一种很有潜力新型肿瘤氨基酸PET显像剂，有待于临床转化应用。. 本项目共发表SCI论文22篇，申请国家发明专利8项。本项目的完成为N-正电子核素标记氨基酸的研制提供了一般方法，开辟了N-取代标记氨基酸研究新领域，为某些恶性肿瘤早期诊断和疗效监测提供了高度灵敏和准确的新型氨基酸显像剂。