新型HIF-2α PET示踪剂的开发用于无创肿瘤缺氧成像

《ACS Omega》：Development of a Novel HIF-2α PET Tracer for Noninvasive Tumor Hypoxia Imaging

HIF-2α靶向的氟代PET成像探针开发及在胶质瘤小鼠模型中验证，通过铜介导氟化合成F-18标记的TC-S7009，证实其高特异性结合HIF-2α（Kd=81nM），在U87胶质瘤模型中实现血脑屏障穿透、肿瘤特异性摄取（SUV峰值0.2168±0.0025）及优异肿瘤-背景对比（60分钟SUV保持0.0761±0.0107）。研究填补了HIF-2α非侵入性活体成像工具的空白，为肿瘤缺氧微环境影响及靶向治疗监测提供新方法。

　　在癌症研究和治疗领域，肿瘤微环境中的低氧状态是一个极为关键的生物学现象。低氧条件通常与肿瘤的快速生长、侵袭性和治疗抵抗性密切相关，因此，理解低氧环境下的分子机制对于开发新的治疗策略具有重要意义。近年来，科学家们对低氧诱导因子（Hypoxia-inducible factor, HIF）家族的成员，尤其是HIF-2α，进行了深入研究。HIF-2α作为HIF通路中的重要组成部分，在肿瘤细胞适应低氧环境、促进血管生成、调控代谢重编程以及增强细胞存活方面发挥着核心作用。由于HIF-2α在多种恶性肿瘤中的关键角色，如肾透明细胞癌（ccRCC）和胶质母细胞瘤（glioblastoma），研究其在肿瘤组织中的表达与功能成为肿瘤学的重要课题。

然而，目前缺乏针对HIF-2α的非侵入性成像工具，这在一定程度上限制了我们对肿瘤低氧状态的实时监测和对HIF-2α动态变化的深入研究。为了解决这一问题，研究团队开发了一种基于F-18的正电子发射断层扫描（PET）成像探针——[¹⁸F]-TC-S 7009。该探针通过铜介导的氟化反应合成，能够高效地靶向HIF-2α，并且具有较高的放射化学纯度和结合亲和力（K_d = 81 nM）。此外，该探针在HIF-1α上的结合亲和力显著较低（K_d > 5 μM），这表明其在靶向HIF-2α方面具有高度的选择性。

在实验中，研究团队使用了U87胶质母细胞瘤小鼠模型来评估[¹⁸F]-TC-S 7009的成像性能。结果显示，该探针能够有效穿透血脑屏障（BBB），在肿瘤组织中表现出适度的摄取能力，并且在肿瘤与背景组织之间形成了良好的对比度。这一发现表明，[¹⁸F]-TC-S 7009具备作为非侵入性分子成像工具的潜力，可用于研究低氧驱动的肿瘤生物学特性以及评估针对HIF-2α的靶向治疗效果。

为了进一步验证探针的特异性，研究团队进行了自阻断实验。在注射探针之前，小鼠接受了非放射性TC-S 7009的预处理（0.4 mg/kg），该剂量提供了约500-800倍的摩尔过量，足以饱和HIF-2α的结合位点。结果显示，阻断处理后，肿瘤区域的摄取信号显著降低，这表明[¹⁸F]-TC-S 7009确实通过与HIF-2α的特异性结合实现了靶向成像。此外，该探针在大脑的特定区域（如海马体、纹状体和下丘脑）表现出区域特异性积累，进一步支持了其在神经系统疾病中的应用潜力。

在肿瘤模型中，[¹⁸F]-TC-S 7009在肿瘤区域的标准化摄取值（SUV）在不同时间点均显著高于正常组织。例如，在注射后10分钟，肿瘤区域的SUV值为0.2168 ± 0.0025，而在30分钟和60分钟时分别为0.1648 ± 0.0072和0.0761 ± 0.0107。相比之下，正常组织的SUV值分别为0.0365 ± 0.0019、0.0286 ± 0.0023和0.0197 ± 0.0024。这些数据不仅表明了探针对肿瘤组织的高特异性，也显示了其在早期阶段的快速靶向能力。尽管信号强度随着时间逐渐下降，但探针在肿瘤组织中仍能维持显著的对比度，这为长期监测提供了可能性。

值得注意的是，[¹⁸F]-TC-S 7009的成像能力不仅限于肿瘤组织。在正常脑组织中，该探针在特定脑区（如海马体、纹状体和下丘脑）表现出较高的积累，这些区域在低氧状态下具有重要的生理功能。例如，下丘脑主要负责能量代谢和低氧适应，而海马体则在低氧条件下提供神经保护，纹状体则与运动控制和代谢适应密切相关。这些结果表明，[¹⁸F]-TC-S 7009不仅适用于肿瘤成像，还可能在研究脑部疾病、尤其是与低氧相关的神经退行性疾病方面具有潜在价值。

此外，该探针的化学合成过程也值得关注。TC-S 7009的合成基于一种高效的铜介导氟化方法，利用了含有芳基硼酸酯的前体分子。这种方法不仅保证了探针的生物活性，还使其能够快速进入肿瘤组织并保持较高的结合亲和力。合成过程中，使用了高纯度的试剂和溶剂，确保了最终产物的高纯度（≥95%）。通过这种方法合成的[¹⁸F]-TC-S 7009，保留了TC-S 7009原有的药理特性，同时具备PET成像所需的放射性标记。

实验结果显示，[¹⁸F]-TC-S 7009在小鼠模型中表现出良好的生物分布特性。其在肿瘤组织中的高摄取能力和在正常组织中的低背景信号，为未来在临床环境中使用该探针提供了坚实的实验基础。此外，该探针的结合亲和力和选择性使其在非侵入性监测HIF-2α活性方面具有独特优势，能够帮助研究人员更准确地评估低氧驱动的肿瘤生物学特性。

研究团队还指出，尽管[¹⁸F]-TC-S 7009在肿瘤成像方面表现出色，但其绝对SUV值在高峰后有所下降。这种动态变化可能受到多种因素的影响，包括靶点亲和力、药物在肿瘤组织中的代谢和清除过程，以及肿瘤组织内部的异质性。因此，未来的研究可以考虑优化探针的化学结构，以提高其在肿瘤组织中的结合亲和力和滞留时间。例如，通过增强PAS-B域的结合能力、调整脂溶性、优化分子体积和可旋转键的数量，可以提高探针的靶向效率和成像性能。此外，引入代谢稳定化元素（如氘代或生物等排体）可以减少探针的早期清除，而对P-糖蛋白（P-gp）和乳腺癌耐药蛋白（BCRP）的筛选则有助于减少非特异性结合，提高成像的准确性。

总之，[¹⁸F]-TC-S 7009的开发标志着HIF-2α靶向成像领域的重要进展。它不仅为研究低氧相关疾病提供了新的工具，还为设计和评估针对HIF-2α的靶向治疗策略奠定了基础。未来的研究可以进一步探索该探针在其他实体瘤模型中的应用，以验证其广泛的靶向潜力。同时，结合先进的成像技术和优化探针的化学结构，有望提高其在临床中的应用价值，推动肿瘤精准医学的发展。