用于正电子发射断层扫描成像透明细胞肾细胞癌的碳酐酶IX靶向分子探针

《Chemical & Biomedical Imaging》：Carbonic Anhydrase IX-Targeted Molecular Probe for Positron Emission Tomography Imaging of Clear Cell Renal Cell Carcinoma

碳ic anhydrase IX（CAIX）靶向的氟代PET探针18F-DAZ通过双取代结构提升特异性与亲和力，其在肾透明细胞癌（ccRCC）模型中显示高肿瘤富集和低非特异性摄取，支持早期诊断和精准治疗。

　　碳ic anhydrase IX（CAIX）作为一种重要的生物标志物，近年来在肾癌尤其是透明细胞肾细胞癌（ccRCC）的诊断和治疗中展现出广阔的应用前景。CAIX主要在肿瘤细胞的低氧环境中高表达，其在调节细胞内外pH平衡方面具有关键作用。由于CAIX在正常组织中几乎不表达，而其在ccRCC中广泛存在，因此，它被视为一种极具潜力的内源性标志物。然而，目前针对CAIX的检测手段仍存在一定的局限性，尤其是在特异性、灵敏度以及临床应用方面的挑战。为了提高对CAIX表达的可视化能力，科学家们致力于开发更为高效的分子探针，其中正电子发射断层扫描（PET）技术因其高分辨率和功能成像能力而成为研究热点。

本研究中，研究人员设计并合成了一种新型的小分子PET探针，命名为¹⁸F-DAZ。该探针基于CAIX抑制剂醋酸唑胺（AAZ）的结构进行优化，通过引入两个AAZ靶向基团，提升了探针的结合特异性与灵敏度。在实验中，¹⁸F-DAZ展现出较高的放射化学纯度（>98%）和稳定性，其对CAIX阳性细胞OS-RC-2的结合能力显著优于其他已有的探针，例如单取代探针¹⁸F-SAZ和部分临床阶段的⁶⁸Ga标记探针。此外，¹⁸F-DAZ在肿瘤细胞中的摄取率也明显高于非靶向细胞HCT-116，进一步验证了其对CAIX的高特异性识别能力。

为了评估¹⁸F-DAZ的性能，研究人员进行了多种实验，包括体外结合实验、体内稳定性测试以及PET成像研究。在体外实验中，通过Western blot分析确认了OS-RC-2细胞中CAIX的高表达水平，而HCT-116细胞中CAIX表达较低。随后，¹⁸F-DAZ在OS-RC-2细胞中的摄取率显著高于对照组和非靶向细胞，表明其具有较强的靶向能力。结合实验结果显示，¹⁸F-DAZ的解离常数（K_d）为69.09 ± 12.16 nM，远低于单取代探针¹⁸F-SAZ的解离常数（93.15 ± 14.63 nM），这表明双取代结构显著提高了探针的结合亲和力。

在体内实验中，¹⁸F-DAZ的稳定性测试显示，其在注射后2小时内仍保持超过98%的放射化学纯度，说明该探针在体内具有良好的稳定性。同时，PET成像结果显示，¹⁸F-DAZ在OS-RC-2肿瘤模型中的摄取率显著高于对照组和HCT-116模型，最大肿瘤摄取值（%ID/mL）达到3.29 ± 0.16，而对照组和HCT-116模型分别为1.34 ± 0.12和1.26 ± 0.03。这表明¹⁸F-DAZ在体内具有较强的靶向能力，并且能够有效区分CAIX高表达和低表达的肿瘤组织。

进一步的生物分布分析也支持了这些结论。在OS-RC-2小鼠模型中，¹⁸F-DAZ在肿瘤组织中的积累显著高于肌肉组织，肿瘤与肌肉的摄取比（T/M）达到5.75 ± 0.36，远高于¹⁸F-SAZ的T/M比（2.79 ± 0.08）。这一结果表明，¹⁸F-DAZ在肿瘤组织中的富集能力更强，能够提供更清晰的成像信号。此外，该探针在肠道中的高摄取也与CAIX在正常肠道上皮细胞中的表达有关，这一现象在其他CAIX靶向探针中也有类似表现，如¹⁸F-2和⁶⁸Ga-VM4–037。因此，¹⁸F-DAZ在肠道中的摄取可能并非特异性，而是与CAIX的普遍表达相关。

在药代动力学研究中，¹⁸F-DAZ的体内清除过程表现出较快的血流清除速度，其分布半衰期（t_1/2α）为3.02 ± 0.65分钟，而消除半衰期（t_1/2β）为40.05 ± 5.43分钟。相比之下，单取代探针¹⁸F-SAZ的分布和消除半衰期分别为3.17 ± 1.29分钟和44.98 ± 5.78分钟，两者在药代动力学特征上并无显著差异。这表明，虽然双取代结构提升了探针的结合能力，但并未显著改变其在体内的清除特性，从而确保了探针在成像过程中具有较高的信噪比（SNR）。

在体内成像研究中，¹⁸F-DAZ的PET图像清晰地显示了其在肿瘤组织中的高富集能力，而肌肉组织中的摄取则相对较低。这一特性使得¹⁸F-DAZ在肿瘤检测中具有较高的特异性，能够有效减少背景干扰。此外，通过组织切片的放射自显影分析，进一步验证了该探针在肿瘤组织中的信号强度显著高于肌肉组织，说明其在肿瘤区域的特异性结合能力更强。

总体来看，¹⁸F-DAZ作为一种新型的小分子PET探针，展现出优异的靶向特异性、高结合亲和力以及良好的体内稳定性。这些特性使其在检测CAIX高表达的肿瘤组织方面具有明显优势。与现有的一些探针相比，¹⁸F-DAZ不仅提高了成像的灵敏度，还缩短了成像时间，减少了对患者的辐射暴露风险。这为CAIX靶向探针的进一步优化和临床应用提供了新的思路。

然而，尽管¹⁸F-DAZ在多个实验中表现优异，其与临床阶段的⁶⁸Ga标记探针（如⁶⁸Ga-NY104和^natGa-DPI-4452）相比，其结合亲和力仍较低。因此，未来的研究方向可能包括对探针结构的进一步优化，以提高其对CAIX的结合能力，同时保持良好的体内稳定性和清除特性。此外，还需要进一步探索¹⁸F-DAZ在不同肿瘤模型中的适用性，以及其在临床前和临床阶段的可行性。

本研究的结果不仅为CAIX靶向探针的开发提供了重要的理论依据和实验数据，也为肾癌的早期诊断和个性化治疗策略的制定提供了新的工具。通过提高对CAIX表达的可视化能力，¹⁸F-DAZ有望在未来的临床实践中发挥重要作用，帮助医生更准确地评估患者的病情，并制定更为有效的治疗方案。此外，该探针的快速清除特性也有助于减少对患者的潜在辐射风险，提高成像的安全性。

在生物医学领域，分子探针的设计和开发一直是推动精准医疗的重要手段。CAIX作为一种特异性表达于ccRCC细胞中的酶，其在肿瘤诊断和治疗中的价值已被广泛认可。然而，现有的CAIX靶向探针在特异性、灵敏度和临床应用方面仍存在一定的不足。因此，开发一种能够克服这些局限的新探针具有重要意义。¹⁸F-DAZ的出现为这一领域带来了新的希望，其结构优化策略为后续探针的开发提供了参考。

此外，¹⁸F-DAZ的高特异性结合能力使其在区分肿瘤组织和正常组织方面具有显著优势。这种能力对于提高成像的准确性至关重要，尤其是在早期肿瘤检测和疗效评估中。同时，其快速的体内清除特性也有助于减少非靶向组织的背景信号，从而提高成像的信噪比，使医生能够更清晰地观察到肿瘤的分布情况。

综上所述，¹⁸F-DAZ作为一种新型的小分子PET探针，其在CAIX靶向成像方面表现出良好的性能。该探针的高结合亲和力、良好的体内稳定性以及较高的成像灵敏度，使其在临床前研究中展现出广阔的应用前景。未来的研究应进一步优化其结构，提高结合亲和力，并探索其在更广泛的肿瘤模型中的适用性，以推动其向临床应用的转化。同时，还需要评估其在不同患者群体中的表现，确保其在实际应用中的安全性和有效性。