综述：超越灌注：心血管成像用肽类放射性药物的研究进展

《npj Imaging》：Beyond perfusion: a review of peptide radiopharmaceuticals for cardiovascular imaging

本综述系统阐述了肽类放射性药物在心血管分子成像中的前沿进展。文章指出，与传统灌注示踪剂（如[15O]H2O、[82Rb]RbCl等）相比，靶向特定受体（如整合素αvβ3、成纤维细胞活化蛋白（FAP）、生长抑素受体2（SSTR2）等）的肽类探针能够揭示心血管疾病（如心肌纤维化、心脏淀粉样变性、动脉粥样硬化等）背后的分子机制，推动心脏病学向精准医疗迈进。文中还探讨了细胞穿膜肽（CPP）如心脏靶向肽（CTP）在靶向递送方面的潜力。

　　

引言：迈向精准心血管医学

心脏病学正不断向个性化、精准医疗的方向发展。在这一演变过程中，分子成像和基于生物学的精准药物扮演着至关重要的角色。传统的心肌灌注显像剂，如[¹⁵O]H₂O、[¹³N]NH₃、[⁸²Rb]RbCl和[^99mTc]Tc-Sestamibi，虽然能提供关键的心肌血流分布和心室功能信息，但缺乏分子特异性。相比之下，基于肽的放射性药物作为一种有价值的工具，能够实现无创的、受体特异性的成像，揭示心血管疾病的分子机制，从而为疾病进展提供新见解，提高诊断准确性，并为分子靶向治疗的伴随诊断提供工具。

肽是由2到50个氨基酸组成的生物分子，其分子大小介于小分子和抗体之间。相较于抗体等大分子，肽具有更优的生物分布特性。通过灵活的肽合成技术，可以对其特异性和药代动力学性质进行优化，并实现螯合剂和复合物的位点特异性偶联，从而形成肽基放射性药物。此外，成熟的固相肽合成技术确保了在临床相关规模下获得高纯度的、具有可重现化学结构的产物。

肽基放射性药物设计的一般考量

设计靶向肽的方法在很大程度上取决于对目标受体的了解程度。基于合理设计的方法通常侧重于评估天然配体，包括其结合的关键氨基酸序列以及已知的肽-蛋白质相互作用信息。天然肽在体内通常具有较短的生物半衰期，这是由于快速的酶降解所致。肽结构工程的目标是开发类似物，使其在血液循环过程中能保持完整，同时维持对目标受体的亲和力和特异性。常用的方法包括引入非天然结构。多聚化也常用于提高结合亲和力或实现与多个受体结合。计算方法越来越多地用于辅助肽设计，通过高通量的分子动力学和相互作用模拟来预测有前景的结构。利用噬菌体展示等方法快速筛选大型靶向肽库正变得越来越便捷，显著加速了临床前研究。

靶向载体的生物半衰期通常与其分子量成正比，分子量较大的化合物在静脉注射后会在血池中循环更长时间。为了获得高质量的正电子发射断层扫描（PET）和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）图像，生物半衰期通常需要与放射性核素的物理半衰期（t_1/2）相匹配，该半衰期应足够长，以便在背景血池清除和目标区域示踪剂积累后仍能保留足够的成像信号。¹⁵O（t_1/2 = 2.04分钟）和¹³N（t_1/2 = 9.96分钟）等放射性核素不适合用于肽标记，因此鼓励使用寿命相对较长的放射性核素，如⁶⁸Ga（t_1/2 = 67.71分钟）、¹⁸F（t_1/2 = 109.7分钟）、⁴⁴Sc（t_1/2 = 3.89小时）、⁶⁴Cu（t_1/2 = 12.70小时）和^99mTc（t_1/2 = 6.01小时）。

将肽转化为放射性药物需要进行放射性标记。像¹⁸F这样的有机放射性核素可以直接标记到肽上，也称为“直接标记”；而像⁶⁴Cu和⁶⁸Ga这样的放射性金属则通过与螯合剂（如1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA）和1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸（NOTA））形成复合物，这些螯合剂再与肽偶联。放射性核素标签的稳定性和肽本身对于确保有效递送到靶点都至关重要。放射性代谢物的形成和游离放射性核素的脱靶积累会降低PET和SPECT图像的诊断价值。由于肽分子较小，添加螯合剂也可能影响其生物分布和受体结合亲和力。在许多情况下，可以加入一个间隔区作为药代动力学调节剂。总体而言，成功的肽基放射性药物的特点是体内稳定性高、从血池中清除快、在靶区域积累高，从而为高质量的诊断图像提供高靶标与本底比值（TBR）。

肽基放射性药物在心肌纤维化中的应用

纤维化是损伤或慢性炎症后瘢痕组织的失调性积聚，可广义地定义为细胞外基质（ECM）的过度累积。对于轻微和非慢性损伤，沉积适量的ECM是有效伤口愈合的关键。相反，慢性或严重损伤导致的ECM成分失调性积累可能导致不良的器官重塑、功能障碍甚至衰竭。慢性触发因素（如炎症）会导致成纤维细胞活化，进而沉积主要由胶原蛋白和纤连蛋白组成的ECM。在心腔纤维化的背景下，ECM的积聚会导致不良的心脏重塑以及随之而来的不良反应，如心律失常，并常常进展为更致命的心肌病。因此，临床上需要能够诊断和分子靶向活性纤维化的方法，以实现早期检测，并为通过更好的患者选择实现更精准的抗纤维化治疗铺平道路。

对于纤维化，主要的靶向生物标志物是成纤维细胞活化蛋白（FAP）、整合素受体和胶原蛋白。FAP抑制剂（FAPIs）在心脏病学领域正被深入研究。肽基FAPIs已在肿瘤学中得到应用，但据作者所知，尚未应用于常规临床心脏病学。

靶向整合素治疗心肌纤维化

整合素是由19种α亚基和8种β亚基组成的跨膜受体，在细胞表面以25种α/β异二聚体组合形式表达，可作为成像和治疗应用的靶点。整合素α_vβ₃由活化的成纤维细胞表达，以介导细胞粘附并影响细胞生长、增殖、存活和迁移而闻名。整合素α_vβ₃与ECM蛋白的结合是通过其结构中包含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）三肽序列的氨基酸复合物 facilitated 的。

vβ₃的肽通过其结构中包含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）复合物的氨基酸复合物结合。图1使用BioRender制作。'>

靶向α_vβ₃的肽可以包含一个或多个RGD三肽序列，可以是线性的或环状的。针对基于RGD的肽的优化已经进行了若干构效关系研究。一个关键的亮点是通过硫醚或二硫键等连接体，或通过刚性芳环和其他杂环进行RGD肽的环化，这通常是为了增加受体结合亲和力和选择性。Borne等人使用^99mTc放射性标记的Cy5.5-RGD肽（CRIP）靶向肌成纤维细胞，并在小鼠模型中可视化心肌梗死后的间质纤维化和胶原蛋白沉积。CRIP是一种10氨基酸肽，具有由二硫键和硫醚键形成的双环结构。它在C末端通过赖氨酸侧链与^99mTc螯合剂cPN216偶联，并在N末端通过赖氨酸侧链连接有荧光花青染料Cy5.5。CRIP在梗死区域的摄取在心肌梗死（MI）后2周达到峰值，在4周和12周的成像时间点摄取较低，1年后心肌中几乎无摄取。同时，在12周时，远端区域的摄取增加，表明存在反应性纤维化，这可能导致不良的心脏重塑。组织学检查证实，在高放射性示踪剂摄取的区域存在纤维化。CRIP摄取随时间变化的趋势与心脏修复过程中整合素α_vβ₃表达谱的预期变化一致。α_vβ₃整合素的表达归因于梗死周边区的血管生成，在MI后约1周达到峰值，作为重塑过程的一部分。随着炎症消退，胶原纤维发生交联。由于CRIP是RGD受体特异性的，它不结合典型的胶原受体（如α₁β₁）也不结合I型或III型胶原纤维，因此随着瘢痕形成开始，其摄取降低。参考文献22在一项多模态成像研究中，使用[^99mTc]Tc-RIP（不含Cy5.5标签的CRIP类似物）在患者中报告了类似的结果，其中[^99mTc]Tc-RIP的心肌摄取在MI后3周达到峰值，与通过基线心肌灌注成像（MPI）确定的灌注缺损区域以及一年后磁共振成像（MRI）晚期钆增强显示的瘢痕位置相对应。

99mTc]Tc-RIP（图中为“RIP”）的摄取，在MI后三周达到峰值（第三行），与通过心肌灌注成像（MPI）确定的灌注缺损区域（第一行）相吻合，并预测了一年后的瘢痕形成位置（第二行），通过心脏磁共振（CMR）确定。第四行显示了CMR和[^99mTc]Tc-RIP的融合图像。图2经参考文献22许可复制，版权：? 2010 作者，根据知识共享（CC）许可发布。'>

这些结果共同凸显了多模态成像在提供补充信息、桥接分子、结构和功能数据以实现更全面诊断方面的作用。这些结果也凸显了分子成像在早期检测活性纤维化中的应用，未来可能用作预测心脏重塑和识别适合抗纤维化治疗患者的标志物。这一点很重要，因为只有有限数量的抗纤维化疗法能够减缓或调节纤维化进展，并且通常无法逆转已形成的纤维化。

与整合素成像相关的挑战

靶向α_vβ₃整合素的一个显著挑战是它在巨噬细胞和血管内皮细胞中也有强烈表达，这可能使成像信号的解释复杂化，因为摄取除了代表纤维化活动外，还可能代表炎症和血管生成。未来发展的一个机会是识别和靶向细胞特异性的整合素亚基以提高药理特异性。

靶向胶原蛋白治疗心肌纤维化

心脏中活化的成纤维细胞可分化为肌成纤维细胞，后者分泌更多细胞外基质蛋白，包括多种类型的胶原蛋白，导致胶原瘢痕的形成。纤维化与几种胶原类型和胶原修饰酶的上调有关。Caravan等人通过噬菌体展示鉴定出一个16个氨基酸的二硫键桥连环肽，能够识别人I型胶原。它最初与Gd复合物偶联用作磁共振探针（EP-3533），并在心脏纤维化中进行了评估。由于磁共振探针通常灵敏度低于PET，该肽结构具有三个螯合位点。该肽后来通过使用⁶⁸Ga与三（叔丁基）酯保护的1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二酸-4,7-二乙酸（NODAGA）螯合剂结合，适用于PET成像，形成[⁶⁸Ga]Ga-NODAGA-CBP8。Moon等人描述了使用双分子探针，通过[⁶⁸Ga]Ga-CBP8 PET同时靶向I型胶原表达，并通过醛赖氨酸靶向的纤维生成磁共振增强探针（Gd-1,4）靶向醛赖氨酸（纤维生成的生物标志物），应用于心肺纤维化模型。在横向主动脉缩窄（TAC）手术后三周，升高的MR信号和放射性示踪剂摄取与组织学证实的间质纤维化、右心室收缩压升高、不良左心室重塑和功能下降相吻合。在肺纤维化动物模型中，[⁶⁸Ga]Ga-NODAGA-CBP8也被用于整合素α_vβ₆靶向抗体抗纤维化治疗的疗效监测，显示PET信号降低，同时羟脯氨酸含量下降和组织学纤维化评分降低，这一应用未来可转化为心脏纤维化研究，用于抗纤维化化合物的疗效监测。

Chaber等人最近报告了一项重要进展，他们发现了首批能够以高亲和力和特异性结合III型胶原的成像探针，这是通过筛选几种基于肽的候选物而确定的。[⁶⁸Ga]Ga-DOTAMA-CBP1和[⁶⁸Ga]Ga-DOTAMA-CBP2在任何组织中均未显示出显著的非特异性摄取，并在15-30分钟内从血池中清除。其Gd标记的MR类似物在MI后模型中进行评估，证明能够选择性分析III型胶原的自然更替，在MI后10天（当III型胶原升高时）梗死区显示出强CMR信号，在第21天当III型胶原被I型胶原替代时信号减弱。未来有机会在MI模型中测试⁶⁸Ga标记的版本。鉴于它们不同的特性，I型胶原与III型胶原比例的变化会影响心脏的生物力学并损害心脏功能。绘制和量化不同类型胶原的时空变化为纤维化机制研究和治疗开发开辟了新的可能性。

为了靶向水解的IV型胶原，Niego等人报告了在弥漫性心脏纤维化模型中使用T肽PET示踪剂。T肽与螯合剂5-（8-甲基-3,6,10,13,16,19-六氮杂双环[6.6.6]二十烷-1-基氨基）-5-氧代戊酸（MeCOSar）偶联，并用⁶⁴Cu进行放射性标记。PET/CT扫描显示，在患有弥漫性心脏纤维化的老年转基因β₂-肾上腺素能受体小鼠以及患有中度心脏纤维化的年轻转基因小鼠的纤维化心脏中，[⁶⁴Cu]Cu-T肽的结合显著升高，与健康的对照组相比。使用⁶⁴Cu（t_1/2 = 12.70小时）而非⁶⁸Ga（t_1/2 = 67.71分钟）允许在更晚的成像时间点进行采集，有利于本底清除。

心肌梗死和缺血

靶向整合素治疗心肌梗死

心肌梗死（MI）的特征是心肌血流减少或完全中断，通常称为“心脏病发作”。因此，灌注示踪剂已被广泛用于研究MI。纤维生成是MI后心脏修复的一个突出机制，MI常在动物中被诱导以刺激纤维化活动，导致在评估纤维化和MI的分子靶点以及因此放射性示踪剂方面存在显著重叠，尽管它们是不同的心肌病。同样，在动物模型中诱导MI也用于研究血管生成、心脏炎症、细胞凋亡等，因此在本综述的其他部分间接探讨。在本节中，我们强调为了促进肽基放射性示踪剂的临床应用，需要进行比较研究，探索显示血流中断的灌注成像数据如何转化分子成像数据并阐明MI的分子机制。例如，Makowski等人比较了靶向整合素α_vβ₃的[¹⁸F]F-半乳糖-RGD的示踪剂摄取与通过[¹³N]NH₃ PET测量的血流量。作者指出，除了主要梗死区域外，在血流相对正常或仅轻微受损的区域（如边缘带）也观察到较高的[¹⁸F]F-半乳糖-RGD摄取。

13N]NH₃评估的灌注缺损（左图），显示血流严重受损（箭头）。[¹⁸F]F-半乳糖-RGD摄取（右图）在梗死区观察到，但在血流仅轻微受损的区域（箭头）也观察到。图3经参考文献35许可复制，版权：? 2010 作者，根据知识共享（CC）许可发布。'>

这一观察结果得到几项使用⁶⁸Ga标记的小分子FAPI的研究的支持，并强调了分子成像在瘢痕形成/重塑和功能障碍发展之前的早期和活性纤维生成中的作用。

靶向心肌梗死中的胰高血糖素样肽-1受体（GLP-1R）

胰高血糖素样肽-1（GLP-1）是一种刺激胰岛素分泌的激素，主要由肠道L细胞产生。激活GLP-1R信号已被证明具有多种心脏保护作用，包括防止MI后的不良重塑和心功能不全。Stahle等人表明，[⁶⁸Ga]Ga-NODAGA-exendin-4可用作大鼠MI后心脏中GLP-1R表达上调的探针。作者报告，在梗死区域的放射性示踪剂摄取（放射自显影测量）高出8.6倍，并且在MI后1周和12周，远端非梗死心肌的摄取也有轻微升高（与假手术组相比）。此外，[⁶⁸Ga]Ga-NODAGA-exendin-4的摄取与梗死区CD68阳性巨噬细胞的组织学确认以及远端心肌中α-平滑肌肌动蛋白染色相关。通过大鼠血浆和尿液的放射性高效液相色谱（radio-HPLC）分析，鉴定出母体[⁶⁸Ga]Ga-NODAGA-exendin-4的两种放射性代谢物，这可能会混淆成像信号的解释。尽管如此，这是在无创探测GLP-1R表达方面迈出的重要一步，可能进一步阐明其心脏保护机制，并为未来心肌梗死/缺血的治疗干预提供指导。

靶向心肌缺血中的EPO-BcR

心肌缺血的特征是心脏血液供应减少，通常是心肌梗死的前兆。因此，早期检测心脏缺血对于及时干预和预防不良心脏事件至关重要。Mohtavinejad等人报告了[^99mTc]Tc-DOTA-（Lys-Dabcyl, Phe⁷）-ARA-290的合成和评估，作为靶向心脏缺血区域的潜在放射性示踪剂。ARA-290是一种来源于促红细胞生成素（EPO）螺旋B亚基的小肽。螺旋B与缺血组织的保护作用相关，ARA-290通过结合EPO-BcR受体发挥抗缺氧功能，在体外已显示可减少缺血性肌管的炎症和细胞凋亡。为了延长ARA-290的生物半衰期（小鼠和大鼠约为2分钟）以用于成像，Mohtavinejad等人用疏水性Lys-（Dabcyl）-OH衍生物和Phe氨基酸分别取代了母体肽的Arg⁶和Ala⁷。放射性标记的SPECT类似物[^99mTc]Tc-DOTA-（Lys-Dabcyl⁶和Phe⁷）-ARA-290在体外显示在缺氧细胞中的摄取显著高于常氧细胞（1小时时高约3倍）。此外，在心肌缺血大鼠模型中的体内研究显示，注射后30分钟内，放射性示踪剂在心脏区域的积累显著高于正常对照组。

99mTc]Tc-DOTA-（Lys-Dabcyl⁶, Phe⁷）-ARA-290后30分钟的心肌缺血SPECT图像：（左）正常心脏（右）缺血心脏。箭头指示心脏缺血积累的高位点。此图经参考文献40调整并获许可：版权? Iran J Basic Med Sci，根据知识共享（CC）许可发布。'>

此类进展可能为早期缺血识别提供方法， potentially 在病情进展为心肌梗死之前实现早期干预。

肽基放射性示踪剂在血管生成中的应用

血管生成（新血管的形成）是伤口愈合和心脏修复不可或缺的一部分，是作为对缺血的适应性反应而触发的。利用血管生成生长因子作为改善缺血心肌营养血流的治疗策略已经付出了巨大努力。另一方面，失调的血管生成可能导致异常血管的生长和血管损伤。

事实上，血管生成和新血管形成已被认为是心血管疾病中动脉粥样硬化区域生长的关键驱动因素和斑块内出血的原因。因此，斑块内血管生成抑制剂可以作为心血管疾病的治疗策略。由于这些原因，用于监测血管生成和促/抗血管生成治疗的无创分子成像工具具有很高的临床价值。

靶向整合素α_vβ₃治疗心脏血管生成

如前所述，基于RGD的肽是靶向整合素α_vβ₃的关键靶向载体。Lang等人使用[⁶⁸Ga]Ga-NODAGA-RGD监测小鼠MI后修复过程中α_vβ₃整合素的表达。MI后动物在诱导后7天成像时，梗死区域的示踪剂摄取显著高于假手术组（1.51±0.36% ID/g vs. 0.72±0.24% ID/g）。还通过用竞争性抑制剂西仑吉肽进行预阻断后评估摄取来测试示踪剂的特异性，这将MI动物的摄取降低到假手术动物的水平。Lang等人进一步评估了[⁶⁸Ga]Ga-NODAGA-RGD血管生成成像是否可以作为心脏干细胞治疗后左心室重塑的预测指标，使用的是鼠源性心脏诱导细胞（CiC）。诱导MI三周后，CiC移植显著减少了心脏重塑，通过心脏MR测量，导致左心室射血分数（LVEF）和每搏输出量（SV）改善。令人惊讶的是，CiC治疗的动物在MI后7天测量的梗死区域局灶性[⁶⁸Ga]Ga-NODAGA-RGD摄取显著降低。作者推断梗死区域α_vβ₃整合素表达较低可能是由于细胞治疗减少了心肌损伤，然而，在成像时间点（MI后7天），对照组和治疗组之间的瘢痕大小和梗死区壁厚没有差异。Sherif等人在大鼠模型中显示，MI后7天通过[¹⁸F]F-半乳糖-RGD PET测量的较低水平α_vβ₃整合素表达（即较少的血管生成）与急性MI后12周的左心室重塑相关。Huang等人进一步表明，在大鼠中，使用人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和脐带血间充质干细胞（cbMSCs）的细胞移植治疗导致MI后五天[⁶⁸Ga]Ga-RGD摄取增加，并与较少的心脏重塑相关。第五天血管生成的增加归因于治疗诱导的血管生成，这导致了血流灌注的恢复。这些结果突出了不同物种（如小鼠与大鼠）之间心肌愈合和RGD放射性示踪剂摄取的不同模式。这表明单独使用血管生成作为MI后心脏修复和功能结果的预后标志物可能存在局限性。在一项关于急性心肌梗死后α_vβ₃整合素表达的人体研究中，将靶向放射性示踪剂[¹⁸F]Fluciclatide的摄取与MI严重程度和后续修复的测量值进行了比较。摄取特异性地出现在急性梗死患者中，特别是在心内膜下梗死和运动功能减退区域，这些区域与后续的功能恢复相关，并且不与旧的已形成的梗死结合。这些发现表明[¹⁸F]Fluciclatide摄取反映了由于梗死周边区再内皮化和血管生成引起的新的α_vβ₃整合素表达，定位了显示后期功能恢复的节段，因此它不是梗死的替代指标，而是更好地描述了组织愈合反应。总体而言，作者得出结论，α_vβ_{3>整合素表达}