北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系劉志博教授等，基于現(xiàn)代共價藥物分子工程，發(fā)展了一類新的藥物形式，即靶向共價放射配體（CTR），并從分子、細(xì)胞、小鼠及患者層面驗證了該平臺技術(shù)的有效性，突破了成纖維細(xì)胞活化蛋白（FAP，為泛癌種靶點(diǎn)）靶向放射配體因腫瘤攝取、滯留不足導(dǎo)致療效不佳的瓶頸。（Nature. 2024年5月22日在線版）

靶向放射性核素治療（TRT）是一種變革性的治療方式，可滿足腫瘤患者對晚期轉(zhuǎn)移病灶治療的迫切臨床需求，而轉(zhuǎn)移導(dǎo)致了超90%的腫瘤相關(guān)死亡。TRT利用對腫瘤特異或相關(guān)抗原具有高親和力、選擇性的放射配體，將強(qiáng)效的β或α放射性核素遞送至病灶，進(jìn)行分子級別的精準(zhǔn)放療。它具有診療一體化（將治療核素替換為正電子或單光子核素實(shí)現(xiàn)PET或SPECT成像），“交叉火力”效應(yīng)（消滅周圍未被靶向的癌細(xì)胞），及差異化細(xì)胞殺傷機(jī)制（直接損傷DNA）等特性。近年來，美國FDA批準(zhǔn)放射性藥物常規(guī)用于治療神經(jīng)內(nèi)分泌瘤和前列腺癌轉(zhuǎn)移患者。

常用治療放射性核素的半衰期可達(dá)3~10天。理想的治療性放射配體需滿足優(yōu)異的腫瘤靶向、足夠的腫瘤滯留和快速的正常器官清除。然而，如何平衡藥物的血液清除和腫瘤滯留一直是藥物設(shè)計中的經(jīng)典難題。由于配體-靶點(diǎn)間常為可逆相互作用，傳統(tǒng)低分子量放射配體的腫瘤滯留通常不足，大大制約了TRT的療效。若能開發(fā)出一種平臺技術(shù)，將放射配體以腫瘤選擇性的方式不可逆地固定到癌癥靶標(biāo)上，將是解決上述問題的理想方案。

CTR可以是一個三功能配體，通過在適宜位置和取向上安裝基于二代“點(diǎn)擊化學(xué)”硫（Ⅵ）-氟交換反應(yīng)（SuFEx）的“潛彈頭”，實(shí)現(xiàn)配體在不損失親和力的情況下對靶蛋白的共價連接，從而將攜帶核素的螯合劑不可逆地修飾到靶蛋白上。

當(dāng)CTR到達(dá)腫瘤時，先非共價地結(jié)合靶標(biāo)，后通過鄰近效應(yīng)加速不可逆的共價連接，在加強(qiáng)親和力的同時將腫瘤清除率降至最低。而其他未結(jié)合靶標(biāo)的自由CTR則被快速排出體內(nèi)。得益于“潛彈頭”的相對生物正交性，CTR的脫靶共價連接有限，因此其系統(tǒng)毒性可被有效控制。該研究首次報道了在人體中含SuFEx共價彈頭分子的藥代動力學(xué)研究，并驗證了其在放射配體這一新興藥物形式上的匹配性。

對共價彈頭的合理應(yīng)用是CTR成功的關(guān)鍵因素之一。通過對FAP口袋殘基的分析和共價對接，研究者在小鼠腫瘤模型中的初步研究發(fā)現(xiàn)：盡管在現(xiàn)有放射配體FAPI-04上安裝磺酰氟彈頭可提高腫瘤攝取，但存在由于彈頭反應(yīng)活性過高導(dǎo)致的穩(wěn)定性問題。經(jīng)彈頭篩選，研究者采用放射自顯影（Autoradioluminography）發(fā)現(xiàn)，安裝的氟代硫酸酯彈頭不僅可在試管中實(shí)現(xiàn)超過80%的FAP共價結(jié)合，且在6天內(nèi)幾乎沒有解離。進(jìn)一步，研究者通過二級質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)所設(shè)計CTR-FAPI分子的共價連接殘基位點(diǎn)主要為Y210和Y450，并通過分子動力學(xué)模擬驗證了其共價結(jié)合構(gòu)象的合理性和穩(wěn)定性。

關(guān)于共價藥物的一個普遍擔(dān)憂是難以預(yù)知的脫靶毒性。由于放射配體普遍具有高親水性且包含多電荷螯合劑，大多數(shù)放射配體對細(xì)胞膜的被動滲透性有限，因此CTR對胞內(nèi)蛋白的脫靶作用可能不是問題。研究人員主要考察了CTR-FAPI對FAP同源膜蛋白的選擇性，發(fā)現(xiàn)其仍能保持104倍的高度FAP選擇性。此外，在小鼠血漿和患者尿液中，CTR-FAPI也顯示出極低的脫靶反應(yīng)性。

基于一系列分子實(shí)驗和細(xì)胞驗證，研究者分別在FAP高表達(dá)的細(xì)胞來源移植小鼠模型和患者來源移植小鼠模型中進(jìn)一步驗證，發(fā)現(xiàn)Ga-68（t1/2=67 min）標(biāo)記的CTR-FAPI（即[68Ga]Ga-FAPI-mFS）顯示比原始FAPI高2倍以上的腫瘤攝取，而健康組織中的攝取迅速清除。

在一項初步的腫瘤成像臨床研究中，這一策略比其他方法（包括傳統(tǒng)FAPI-PET/CT）識別出了更多的甲狀腺髓樣癌病灶，并通過手術(shù)和病理研究確認(rèn)了這些病灶為真陽性。以上結(jié)果說明CTR-FAPI有潛力成為下一代更高靈敏度的FAPI-PET探針。

研究者進(jìn)一步地采用長半衰期的Y-86（t1/2=14.7 h）正電子核素考察了CTR-FAPI的長時間藥代動力學(xué)，發(fā)現(xiàn)腫瘤處攝取的積分下面積增加約10倍。基于Lu-177（t1/2=6.7 d）標(biāo)記的CTR-FAPI劑量學(xué)估算同樣說明腫瘤有效劑量提高了10倍左右。

研究者分別采用β-（Lu-177）和α-放射性核素（Ac-225, t1/2=9.9 d）標(biāo)記CTR-FAPI，在后續(xù)治療中幾乎完全抑制了小鼠的FAP高表達(dá)皮下腫瘤生長。另一種靶向前列腺特異性膜抗原（PSMA）的SuFEx工程化放射配體也顯示出更強(qiáng)的治療效果。由于可連接SuFEx彈頭的蛋白質(zhì)較為廣泛，這一策略或可用于靶向其他靶點(diǎn)的放射性藥物，并為調(diào)控其他低分子量偶聯(lián)類藥物的藥代動力學(xué)提供了新途徑。 （編譯 張嘉佳）