1、收稿日期:2023-01-03;修订日期:2023-02-14。基金项目:国家自然科学基金资助项目(22076069)。第一作者简介:张理霞(1998 )，女，汉族，重庆人，硕士研究生，主要从事放射性药物方面的研究，E-mail:zhanglixia1017126 com。通信联系人:邱玲，博士研究生，研究员，E-mail:qiuling jsinm org。合成化学，2023，31(3)，177 185Chin J Syn Chem 2023，31(3)，177 185http/hchxcioc com研究论文一种 caspase-3 靶向激活型 PET 分子探针的制备与表征张理霞1，2，徐
2、梁1，2，李惠蓉1，2，梁蓓蓓1，2，林建国1，2，邱玲1，2*(1 温州医科大学 基础医学院，浙江 温州325000;2 江苏省原子医学研究所 国家卫生健康委员会核医学重点实验室江苏省分子核医学重点实验室，江苏 无锡214063)摘要:诱导肿瘤细胞凋亡是多种肿瘤治疗方案的作用机制之一，因此检测肿瘤细胞是否产生凋亡已成为评价肿瘤治疗疗效的一种重要指标。以 caspase-3 为靶点设计凋亡靶向特异性探针，通过对其表达水平进行监测可以及时评估肿瘤疗效。本研究报道了一种靶向 caspase-3 的正电子发射断层显像(PET)探针18F 8。采用简便的固相合成法和点击缩合法合成多肽和前体 8，利用1
3、8F-19F 氟离子交换法进行放射性核素氟-18 标记，得到放射化学产率 16%和放射化学纯度 95%的探针18F 8。探针18F 8 在 PBS 和小鼠血清中具有较好的稳定性，脂水分配系数 Log P 为 1 69 0 01，表明探针亲水性较好。高效的合成方法以及良好的理化性质为探针应用于肿瘤凋亡模型的 PET 成像研究奠定了良好的基础。关键词:肿瘤凋亡;caspase-3;分子探针;正电子发射断层显像;氟-18 标记;合成;表征中图分类号:730 44文献标志码:ADOI:10 15952/j cnki cjsc 1005-1511 22180Preparation and Charact
4、erization of ACaspase-3 Targeted PET Molecular ProbeZHANG Lixia1，2，XU Liang1，2，LI Huirong1，2，LIANG Beibei1，2，LIN Jianguo1，2，QIU Ling1，2*(1 School of Basic Medical Sciences，Wenzhou Medical University，Wenzhou 325000，China;2 NHC Key Laboratory of Nuclear Medicine，Jiangsu Key Laboratory of Molecular Nuc
5、lear Medicine，Jiangsu Institute of Nuclear Medicine，Wuxi 214063，China)Abstract:Inducing tumor cell apoptosis is one of the action mechanisms for several antitumor thera-pies Therefore，detection of tumor cell apoptosis has become an important index to evaluate the thera-peutic effect of tumor Cell ap
6、optosis-specific molecular probe was designed with caspase-3 as the tar-get，and therapeutic efficacy could be timely evaluated by monitoring the expression level of caspase-3In this study，a positron emission tomography(PET)probe 18F 8 targeting caspase-3 was reportedThe polypeptide and precursor 8 w
7、ere synthesized by simple solid-phase synthesis method and clickchemistry method，respectively The precursor 8 was labeled with18F using18F-19F isotope exchangemethod to obtain the probe18F 8 with radiochemical yield of 16%and radiochemical purity of 95%The probe displayed good stability in PBS and m
8、ouse serum，and the lipo-hydro partition coefficient(Log P)of the probe was determined to be 1 69 0 01，suggesting that the probe was hydrophil-ic The convenient synthesis method and good physicochemical properties provided a good basis for theapplication of the probe in PET imaging of tumor apoptosis
9、Keywords:tumor apoptosis;caspase-3;molecular probe;positron emission tomography;fluorine-18radiolabeling;synthesis;characterization化疗是临床上常用的癌症治疗方法之一，主要通过诱导肿瘤细胞凋亡达到抗肿瘤的目的1，因此通过检测肿瘤细胞的凋亡水平可以对癌症治疗疗效进行评估。细胞凋亡主要通过死亡受体途径和线粒体凋亡途径引起2，而死亡受体途径3 是通过细胞凋亡信号的刺激形成死亡结构域(FADD)复合物，复合物形成后 FADD 的死亡效应区与 Caspase-8/10 酶原结
10、合，使 Caspase 酶原活 化 为 有 活 性 的Caspase-8/10，活 化 的Caspase-8/10再进一步激活下游的Caspase-3/6/7，最终导致细胞凋亡。线粒体凋亡途径4 是通过细胞应激导致线粒体膜的通透性增加，从而使线粒体膜去极化，引起细胞色素 C 和 Smac 蛋白的释放，细胞色素 C 诱导凋亡小体的形成，随后激活 caspase-9 酶原，活化后的 caspase-9 会进一步激活 caspase-3 酶原，从而启动细胞凋亡。由此可见，凋亡的两条途径最终都会激活 caspase-3。因此，caspase-3 作为凋亡级联反应中至关重要的“死亡执行蛋白酶”，常被用来
11、作为检测肿瘤细胞凋亡的生物标志物。目前，分子影像学技术不断发展，该技术有光声成像(PAI)、磁共振成像(MI)、光学成像和正电子发射型计算断层显像(PET)等。其中，PET 成像穿透力强且分辨率高，能够无创、实时和动态监测肿瘤细胞凋亡。因此，构建一种 caspase-3 靶向特异性的 PET 分子探针可用于检测化疗后的肿瘤细胞凋亡水平，从而实现肿瘤疗效的即时反馈。近年来，靶向 caspase-3 的 PET 分子探针发展迅速，主要分为两类:第一类是基于 caspase-3 抑制剂设计的靛红磺胺类探针5，通过二羰基与caspase-3 酶的半胱氨酸残基共价结合后发出放射性信号来监测其活性6。20
12、08 年 SMITH 等设计合成了一种分子探针18FICMT-11，该探针具有高代谢稳定性和较低的亲脂性，同时保留对caspase-3/7 的选择性和亲和力7;FOTT 等证实了18F ICMT-11 可以检测到铂类治疗引起的非小细胞肺癌细胞凋亡8。目前18FICMT-11 已经进入临床研究阶段，CHALLAPALL 等对健康志愿者进行了18FICMT-11 的安全性与生物分布评估，证实了18F ICMT-11 是一种安全的 PET 分子探针9;DUBAS 等报道了18FICMT-11 用于肺癌患者和晚期乳腺癌患者中化疗疗效评估的临床研究10。另一类探针是基于 caspase-3 特异性识别底
13、物 DEVD(Asp-Glu-Val-Asp)氨基酸序列而设计的分子探针11。18F CP-18 作为第一个基于底物DEVD 设计的凋亡分子探针12，在 N 端装配有半乳糖部分，使探针在肾脏被快速清除，在 C 端的聚乙二醇链能够促进细胞摄取，研究显示在地塞米松诱导的胸腺凋亡小鼠模型中可清晰观察到探针18FCP-18 在靶点部位的大量聚集13;DOSS等评估了18FCP-18 在健康志愿者体内的生物分布，结果显示该探针主要通过肝脏排泄14。然而，18F CP-18 作为一种小分子探针，较易在靶点部位快速清除。因此，为了增加探针在肿瘤部位的滞留时间，CHEN 等设计合成了一种新的caspase-3
14、 激活型 PET 分子探针18FC-SNAT，并证明了它在阿霉素治疗后的荷瘤鼠中可以被肿瘤凋亡细胞特异性摄取，对 caspase-3 和 GSH 响应识别后发生剪切及还原反应，随后形成疏水性大环，再经过-堆积自组装为纳米颗粒，从而延长探针在肿瘤细胞中的滞留时间15。在此基础上，本课题组设计合成了靶向caspase-3 的 PET 分子探针18F1，可在响应caspase-3 和 GSH 后进行分子间缩合，然后自组装为纳米颗粒延长探针在肿瘤细胞内的滞留时间，并对阿霉素治疗的宫颈癌荷瘤鼠进行 PET 成像，结果显示探针在肿瘤部位的摄取与 caspase-3 的表达水平成正相关16。该探针中二硫键是
15、利用叔丁基修饰的，因叔丁基位阻较大，容易影响二硫键在体内的还原速率，导致探针点击缩合速率减慢。因此，本文通过乙基修饰二硫键，设计合成了一种新型靶向 caspase-3 探针18F 8，有望提高二硫键的还原速率，从而可以加快探针的缩合自组装速率。871合 成 化 学Vol 31，2023图 1前体 8 的合成路线Figure 1Synthesis route of precursor 81实验部分1 1仪器与试剂2-氰基-6-氨基苯并噻唑(CBT)购自上海速博化学科技有限公司;苯并三氮唑-N，N，N，N-四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)、N，N-二异丙基乙胺(DIPEA，99%)、三异丙基硅烷(T
16、IPS)、抗环血酸钠均购自安耐吉化学;N-甲基吗啉(NMM)、氯甲酸异丁酯(IBCF)、N-(9-芴甲氧羰基)-S-三苯甲971第 3 期张理霞等:一种 caspase-3 靶向激活型 PET 分子探针的制备与表征基-L-半 胱 氨 酸、Fmoc-L-天 冬 氨-beta-叔 丁 酯、Fmoc-O-叔丁基-L-谷氨酸、Fmoc-L-缬氨酸、N-Boc-D-炔丙基甘氨酸、三氟乙酸(TFA)、三(2-羧乙基)膦(TCEP)、乙腈(色谱纯)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF，色谱纯)、甲醇(色谱纯)、二苯基甲烷树脂均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;四氢呋喃(THF，分析纯)、甲醇(分析纯)、乙酸乙酯(分析纯)、二氯甲烷(分析纯)、乙腈(分析纯)、哌啶、N，N-二甲基甲酰胺(DMF，分析纯)均购自国药集团化学试剂有限公司。Waters Platform ZMD4000 型电子喷雾离子质谱仪;1525 泵型高效液相色谱仪;2545 泵型半制备高效液相色谱仪;FreeZone 6 Liter 型真空冷冻干燥机;H7 型回旋加速器;1470Wizard 型 计数仪。1 2前体 8 的化学合成前体 8
