北京大學化學與分子工程學院應用化學系劉志博教授等，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、細胞、小鼠及患者層面驗證了該平臺技術的有效性，突破了成纖維細胞活化蛋白(FAP，為泛癌種靶點)靶向放射配體因腫瘤攝取、滯留不足導致療效不佳的瓶頸。(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移病灶治療的迫切臨床需求，而轉移導致了超90%的腫瘤相關死亡。TRT利用對腫瘤特異或相關抗原具有高親和力、選擇性的放射配體，將強效的β或α放射性核素遞送至病灶，進行分子級別的精準放療。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現(xiàn)PET或SPECT成像)，“交叉火力”效應(消滅周圍未被靶向的癌細胞)，及差異化細胞殺傷機制(直接損傷DNA)等特性。近年來，美國FDA批準放射性藥物常規(guī)用于治療神經內分泌瘤和前列腺癌轉移患者。

常用治療放射性核素的半衰期可達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計中的經典難題。由于配體-靶點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，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“點擊化學”硫(Ⅵ)-氟交換反應(SuFEx)的“潛彈頭”，實現(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CTR到達腫瘤時，先非共價地結合靶標，后通過鄰近效應加速不可逆的共價連接，在加強親和力的同時將腫瘤清除率降至最低。而其他未結合靶標的自由CTR則被快速排出體內。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用是CTR成功的關鍵因素之一。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活性過高導致的穩(wěn)定性問題。經彈頭篩選，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現(xiàn)超過80%的FAP共價結合，且在6天內幾乎沒有解離。進一步，研究者通過二級質譜分析，發(fā)現(xiàn)所設計CTR-FAPI分子的共價連接殘基位點主要為Y210和Y450，并通過分子動力學模擬驗證了其共價結合構象的合理性和穩(wěn)定性。

關于共價藥物的一個普遍擔憂是難以預知的脫靶毒性。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)放射配體對細胞膜的被動滲透性有限，因此CTR對胞內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性。

基于一系列分子實驗和細胞驗證，研究者分別在FAP高表達的細胞來源移植小鼠模型和患者來源移植小鼠模型中進一步驗證，發(fā)現(xiàn)Ga-68(t1/2=67 min)標記的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，并通過手術和病理研究確認了這些病灶為真陽性。以上結果說明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，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)標記的CTR-FAPI劑量學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)標記CTR-FAPI，在后續(xù)治療中幾乎完全抑制了小鼠的FAP高表達皮下腫瘤生長。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的治療效果。由于可連接SuFEx彈頭的蛋白質較為廣泛，這一策略或可用于靶向其他靶點的放射性藥物，并為調控其他低分子量偶聯(lián)類藥物的藥代動力學提供了新途徑。 (編譯 張嘉佳)