靶向FAP的新型双特异性放射性配体DOTAGA.Glu.(FAPI)2与DO3A.Glu.(FAPI)2的临床前评估及177Lu/161Tb标记物的治疗诊断潜力

《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》：Preclinical evaluation of DOTAGA.Glu.(FAPI)2 and DO3A.Glu.(FAPI)2 as theranostics with human dosimetry extrapolation to lutetium-177 and terbium-161 analogs

本研究针对FAP抑制剂(FAPI)在肿瘤中滞留时间短的问题，开发了新型双特异性配体DOTAGA.Glu.(FAPI)2和DO3A.Glu.(FAPI)2。通过68Ga/177Lu标记验证显示：两种配体均实现>98%放射化学纯度，Kd达0.7-0.9 nM，肿瘤摄取率高达19% IA/g，且177Lu标记物在48小时仍保持5.1% IA/g的滞留。人源剂量学推算表明161Tb标记物组织吸收剂量提升38%，为FAP表达恶性肿瘤的精准诊疗提供新方案。

　　

在核医学领域，靶向成纤维细胞活化蛋白(FAP)的放射性配体近年来成为癌症诊疗的新热点。FAP是一种主要表达于癌症相关成纤维细胞(CAFs)细胞表面的丝氨酸蛋白酶，在超过90%的上皮癌中高表达，而在正常组织中表达极低。这种特异性表达模式使其成为理想的靶向治疗靶点。然而，第一代FAP抑制剂(FAPI)存在肿瘤滞留时间短的局限性，其在注射后数小时内即从病灶中快速清除，严重限制了治疗效果。

为解决这一关键问题，研究人员通过合理的分子设计，将连接FAPI单元的方形酰胺接头替换为亲水性更强的谷氨酸接头，开发出第二代双特异性FAPI配体DOTAGA.Glu.(FAPI)₂和DO3A.Glu.(FAPI)₂。这一创新设计旨在提高配体的亲水性，加速非靶组织清除，同时通过双价结合增强与FAP的亲和力。本研究对这些新型配体进行了系统的临床前评估，相关成果发表于《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》。

研究人员采用多学科方法评估这两种新型配体的诊疗潜力。他们在FAP阳性CAFs上进行体外实验（亲脂性、蛋白结合、饱和结合、内化和外化研究），使用PC3前列腺癌小鼠模型进行体内实验（生物分布、代谢稳定性、血液动力学、PET/SPECT/CT成像）和离体实验（放射自显影、免疫组化），并将小鼠剂量学数据外推至人类估算。

放射性标记与质量控制研究表明，DOTAGA.Glu.(FAPI)₂和DO3A.Glu.(FAPI)₂与镓-68和镥-177标记后均达到98%以上的放射化学纯度。亲脂性测定显示，DOTAGA.Glu.(FAPI)₂的LogD值为-2.9至-3.0，明显低于DO3A.Glu.(FAPI)₂的-1.7至-2.2，证实谷氨酸接头确实增强了配体的亲水性。蛋白结合实验表明，DOTAGA.Glu.(FAPI)₂的人血清蛋白结合率仅为9.2%，而DO3A.Glu.(FAPI)₂高达27.6%，这一差异可能影响其在体内的药代动力学特性。

体外生物学评价显示，所有放射性配体均表现出高FAP亲和力，K_d值在0.7-0.9 nM之间，与FAP阳性CAFs的饱和结合实验表明每个细胞表面约有3.6×10⁵个受体。内化实验证实配体能快速被细胞摄取，60分钟内超过30%的活性被内化。外化实验显示，24小时后约40-46%的内化活性被释放，表明配体在细胞内具有适当的滞留特性。

体内生物分布研究获得了令人鼓舞的结果。⁶⁸Ga标记的配体在注射后1-3小时内肿瘤摄取稳定在18-19% IA/g，血液清除迅速。¹⁷⁷Lu标记的配体在4小时肿瘤摄取为15-16% IA/g，48小时后DOTAGA.Glu.(FAPI)₂仍保持5.1% IA/g的摄取，显著高于DO3A.Glu.(FAPI)₂的2.8% IA/g。值得注意的是，通过调整DO3A.Glu.(FAPI)₂的注射剂量从600 pmol降至450 pmol，成功改善了其肿瘤与肝脏比值，体现了剂量优化对提高治疗指数的重要性。

代谢稳定性研究表明，注射后30分钟的血浆样品中仅检测到完整的放射性配体，证明其在体内具有优异的稳定性。血液清除动力学显示，DOTAGA.Glu.(FAPI)₂的初始和终末半衰期分别为2.8分钟和282分钟，略长于DO3A.Glu.(FAPI)₂的1.3分钟和250分钟，这与前者较高的亲水性和较低的蛋白结合率相一致。

小动物PET/SPECT/CT成像结果与生物分布数据高度一致，所有配体均表现出高肿瘤背景比。阻断实验证实了配体与FAP结合的特异性。离体放射自显影显示放射性在肿瘤内分布不均匀，主要集中于肿瘤周边区域，这与FAP在肿瘤基质中的分布模式相符。免疫组化进一步证实了PC3肿瘤中同时存在 murine FAP（基质来源）和 human FAP（PC3细胞来源）的表达，解释了为何在FAP表达相对较低的PC3模型中仍能观察到显著的配体摄取。

剂量学分析是本研究的重要亮点。研究人员通过时间积分活性系数(TIAC)计算，发现DOTAGA.Glu.(FAPI)₂在肿瘤中的有效半衰期为39.1小时，长于DO3A.Glu.(FAPI)₂的25.5小时。将小鼠数据外推至人类后，发现¹⁷⁷Lu-DOTAGA.Glu.(FAPI)₂在大多数器官中的吸收剂量较高，特别是肝脏(0.16-0.20 Gy/GBq vs 0.06-0.07 Gy/GBq)和唾液腺(0.10-0.13 Gy/GBq vs 0.07-0.09 Gy/GBq)。更有意义的是，研究还推算了¹⁶¹Tb标记类似物的剂量学特性，发现其组织吸收剂量比¹⁷⁷Lu标记物平均高38%，这主要归因于¹⁶¹Tb发射的额外低能俄歇电子和转换电子。

研究结论部分强调，与第一代FAPI二聚体相比，新型谷氨酸连接的FAPI二聚体在多个方面表现出显著优势：更高的肿瘤摄取和滞留、更低的非靶器官积累、改善的药代动力学特性以及更有利的剂量学特征。特别是DOTAGA.Glu.(FAPI)₂在保持高肿瘤摄取的同时，展示了更理想的清除特性，支持其进一步临床转化。

讨论部分深入分析了分子结构改变对配体性能的影响。将方形酰胺接头替换为谷氨酸不仅增加了配体的亲水性，还通过引入额外羧基增强了与FAP活性位点的相互作用，这从分子水平解释了为何新型配体具有更高的亲和力。研究还指出，尽管在PC3这种FAP表达相对较低的模型中取得了令人鼓舞的结果，但仍需在不同肿瘤模型中进行更广泛的验证。此外，与前列腺特异性膜抗原(PSMA)和生长抑素受体(SSTR)靶向配体相比，FAPI配体在肿瘤中的滞留时间仍相对较短，这可能限制其在某些癌症类型中的治疗效果。

这项研究的意义在于它为解决FAPI肿瘤滞留时间短这一关键问题提供了有效的分子设计策略，并通过系统的临床前评价验证了新型配体的诊疗潜力。研究不仅展示了DOTAGA.Glu.(FAPI)₂和DO3A.Glu.(FAPI)₂作为诊疗药物的前景，还为未来FAPI配体的优化提供了重要的结构-活性关系信息。随着更多临床数据的积累，这些新型配体有望为FAP表达恶性肿瘤患者提供更有效的诊疗选择。