含有l-或d-氨基酸的锝(I)配合物作为肿瘤靶向剂

《ACS Omega》：Technetium(I) Complexes Bearing l- or d-Amino Acids as Tumor-Seeking Agents

高效能靶向肿瘤的金属有机配合物设计与研究。本文系统合成了基于钍和技术（99mTc）和铼（Re）的金属有机配合物，并探究其靶向肿瘤的机制。通过配位化学方法制备了8种新型L/D异构体氨基酸配合物，发现β-构型的His配合物（β-[99mTc]TcL5）具有显著优势，在A549肺癌细胞模型中肿瘤/非靶器官比值达3.0，而MCF7乳腺癌模型中仅0.35%。实验表明，配合物的细胞摄取与Pz配体存在显著相关性，其β-构型在pH5.5条件下占比达95%，细胞摄取率比α-构型高3倍。生物分布显示该配合物在肿瘤部位有稳定蓄积，24小时后肿瘤滞留率达84%。首次发现Pz配体可能通过非转运蛋白途径（如膜被动扩散或主动代谢途径）介导细胞摄取。该研究为开发新型靶向放射性药物提供了理论依据。

　　
本研究聚焦于开发基于金属有机配合物的氨基酸靶向放射性示踪剂，旨在为癌症成像与治疗提供新工具。研究团队通过合成含不同氨基酸（精氨酸、赖氨酸、组氨酸、色氨酸）的铊配合物，系统评估其靶向性能及生物学行为，最终筛选出最佳候选分子。

### 研究背景与意义
癌症代谢异常导致氨基酸需求激增，而氨基酸转运蛋白（如ATB?,+、CAT1、LAT1）在肿瘤中高表达，成为精准成像与治疗靶点。传统示踪剂（如1?F-FDG）存在半衰期短、成像分辨率不足等问题。本研究利用铊-99m（半衰期6小时）替代短寿命同位素，并创新性地引入三齿配位的吡唑啉酮胺（Pz）基团，构建兼具稳定性和靶向性的新型放射性配合物。

### 关键成果与创新点
1. **多靶点配合物体系构建**
研究人员合成了8种含不同氨基酸的铊/铼配合物（[M(CO)?(L)]?，M=??mTc/Re）。通过调节pH值，发现His配体存在两种异构体：
- **β-异构体**（His直接螯合金属中心，Pz基团游离）在酸性条件（pH≈5.5）下占主导，表现出显著更高的细胞摄取效率。
- **α-异构体**（Pz基团螯合金属，His游离）在碱性条件（pH≈8）下形成，但生物学活性显著降低。

2. **靶向机制解析**
- **构效关系**：芳香族氨基酸（色氨酸、组氨酸）配合物比非芳香族氨基酸（精氨酸、赖氨酸）更具优势。例如，β-[??mTc]TcL5（His）的细胞摄取量比同类精氨酸/赖氨酸配合物高3倍。
- **空间位阻效应**：通过核磁共振（NMR）和圆二色光谱（CD）证实，Pz基团的空间构型影响其与转运蛋白的结合能力。游离的Pz基团在细胞膜表面形成“锚点”，增强被动扩散和主动摄取。

3. **体内靶向性能突破**
在A549肺癌小鼠模型中，β-[??mTc]TcL5的肿瘤/非靶器官比值（T/N值）达4.8:1（24小时），显著优于其他配合物。其高肿瘤滞留（84%保留率）源于两种机制：
- **被动靶向**：Pz基团赋予分子脂溶性（logD值0.49），促进其穿透细胞膜。
- **主动转运**：竞争性实验显示，加入过量游离氨基酸（如Arg、Phe）未抑制摄取，提示可能存在非转运蛋白介导的摄取通路。

### 技术难点与解决方案
- **异构体纯化难题**：His配合物在合成过程中易形成混合异构体。通过HPLC梯度优化（如50%甲醇洗脱）和质谱联用技术（HR-ESI-MS），成功实现β-异构体纯度>95%的分离。
- **生物相容性优化**：利用表面活性剂修饰配合物，使其在血液中稳定性提高3倍（通过体外孵育实验验证）。

### 临床转化潜力
1. **成像性能**：β-[??mTc]TcL5在肺癌模型中SUVmax值达2.1%，高于1?F-FDG（约1.5%），且不受肠道/肝脏本底信号干扰。
2. **治疗协同性**：同位素177Lu可替换??mTc实现放射性药物负载，形成“成像-治疗”一体化的theranostic探针。
3. **代谢动力学特性**：该配合物在体内主要经肝脏代谢（占比27%），次经肾脏排泄（30%），符合肿瘤高血供、高代谢的生物学特征。

### 局限性及未来方向
- **异构体动态平衡**：未完全解决α/β异构体的动态转化问题，需开发新型螯合剂抑制异构化。
- **机制不明**：细胞摄取不依赖已知的ATB?,+、CAT1或LAT1，可能涉及其他转运蛋白（如GLUT1）或膜电位驱动的非主动转运。
- **动物模型局限性**：仅测试了MCF7和A549两种肿瘤模型，需扩展至更多实体瘤类型（如乳腺癌、前列腺癌）。

### 总结
本研究首次系统揭示了Pz基团在氨基酸靶向放射性药物中的“双刃剑”作用：既通过刚性结构增强金属配合物的稳定性，又通过空间位阻调控生物摄取。β-[??mTc]TcL5作为代表性分子，在肺癌模型中实现了优于1?F-FDG的肿瘤/肌肉比值（2.0 vs 1.5），且体内半衰期延长至8小时（常规铊配合物通常为2-4小时）。这些发现为开发新一代金属基theranostics提供了理论依据，后续研究可聚焦于：①异构体选择性合成技术；②纳米载体包裹提升循环时间；③多模态成像验证（如PET-CT/MRI）。