硫脲是薄弱环节吗？对[203Pb]和[212Pb]Pb2+硫脲基生物 conjugates体外和体内不稳定性的研究

《ACS Bio & Med Chem Au》：Is Thiourea the Weak Link? An Investigation of the In Vitro and In Vivo Destabilization of [203Pb]- and [212Pb]Pb2+ Thiourea-Based Bioconjugates

靶向治疗放射性药物中硫脲键与酰胺键的稳定性差异及对生物分布的影响。通过比较含硫脲键和酰胺键的放射性药物（如203Pb/212Pb标记的FAPI和CycMSH生物偶联物），发现硫脲键在体内不稳定，导致药物快速降解和排泄，肿瘤摄取不足；而酰胺键能显著提高药物稳定性，增强肿瘤靶向性，且203Pb和212Pb的分布模式高度一致，验证了同位素对药代动力学影响较小。研究强调生物偶联化学键的选择对药物疗效的关键作用。

　　
本研究聚焦于放射性药物配体结构对生物分布的影响，特别是硫脲键与酰胺键在稳定性上的差异。研究以Fibroblast Activation Protein（FAP）和Cyclic Melanocyte Stimulating Hormone（CycMSH）两种生物靶向分子为模型，对比了不同配体结构（硫脲键与酰胺键）在铅同位素（203Pb和212Pb）标记化合物中的体内行为。

**配体结构设计策略**
研究团队开发了三种新型配体：TCMC-NCS（硫脲键）、TCMC-NHS（酰胺键）和Cyclen-4Py-NCS（硫脲键）。其中，TCMC-NHS的酰胺键结构被证实具有显著优势。通过对比发现，硫脲键在生理环境下容易断裂，导致放射性铅从靶向载体中释放，而酰胺键的化学稳定性更高，能维持放射性药物与靶向分子的结合，从而提升肿瘤靶向效率。

**体外稳定性验证**
通过瞬时薄层色谱法（iTLC）和放射性高效液相色谱法（radioHPLC），研究发现硫脲键配体在体外血清中稳定性较差。例如，TCMC-NCS-FAPI在72小时血清孵育后完全降解，生成与游离铅代谢一致的单一代谢物（保留时间9.0分钟）。而酰胺键配体如TCMC-NHS-FAPI在相同条件下保持>99%的完整性。这一差异在两种生物靶向模型（FAP和CycMSH）中均得到验证，说明硫脲键的不稳定性具有普遍性。

**体内分布与代谢特征**
在小鼠模型中，硫脲键配体的放射性药物在1小时内即出现显著肾脏排泄（达312.5% IA/g），同时伴随肝脏和膀胱的高摄取。通过尿液radioHPLC分析发现，硫脲键断裂后生成的代谢物与游离铅具有相同的保留特征（图8-13）。相比之下，酰胺键配体（如TCMC-NHS-FAPI）在肿瘤部位表现出3.9倍于硫脲键配体的SUV值，且肝脏摄取降低37%。这一差异在两种铅同位素（203Pb和212Pb）中均呈现高度一致性，验证了该结论的普适性。

**机制与影响因素分析**
研究推测硫脲键的不稳定性源于两个因素：1）铅的α/β衰变产生的辐射分解作用；2）血清中酶（如细胞色素P450）的代谢作用。通过延长血清孵育时间至72小时，发现硫脲键配体Cyclen-4Py-FAPI在体内也出现类似体外降解模式，但程度较轻，可能因四吡啶基团的空间位阻作用减缓了酶解速度。而酰胺键配体不仅未观察到显著降解，其logD7.4值（-2.95）虽与硫脲键配体（-2.16）接近，但通过优化肝排泄途径，仍实现了肿瘤靶向效率的提升。

**临床转化启示**
该研究为放射性药物设计提供了关键指导：1）优先选择酰胺键等稳定连接方式；2）需通过radioHPLC动态监测代谢过程，而传统iTLC仅能反映整体稳定性；3）肿瘤微环境中的酶解压力可能加速硫脲键断裂，需在配体设计中引入空间位阻或电子效应修饰。此外，发现硫脲键降解产物可能通过肺循环富集，这一现象在肺功能不全患者中可能影响药物代谢动力学。

**研究局限性**
当前实验主要基于体外血清模拟（血清/缓冲液比例为2:1），而实际生理环境中血清浓度更高（约0.3% BSA），可能需要进一步验证。此外，未直接分析硫脲键断裂的中间代谢物，未来需结合质谱技术明确降解路径。最后，研究未涵盖非肿瘤性高表达靶点（如PSMA），可能影响药物选择性评估。

**结论**
配体化学稳定性是决定放射性药物疗效的核心因素。本研究证实，酰胺键配体在203Pb/212Pb双模体系中展现出：1）更高的体内稳定性（72小时血清保持>98%完整）；2）更强的肿瘤富集（FAPI模型肿瘤摄取达8.6% IA/g vs硫脲键模型的1.7% IA/g）；3）更精准的器官特异性（肝摄取降低40%-60%）。这些发现为下一代FAP靶向放射性药物（如203Pb/212Pb双模体系）的设计提供了重要依据，特别适用于高代谢需求的实体瘤治疗。

**技术方法创新**
研究开发了多模态分析技术：
1. ** radioHPLC动态监测**：通过梯度洗脱分离不同代谢产物，发现硫脲键降解产物保留时间（8.8-9.0分钟）与游离铅（3.5分钟）存在显著差异，但需结合质谱确证。
2. **异位素双标记验证**：利用半衰期差异（203Pb:51.9小时 vs212Pb:10.6小时），通过比较两者在相同生物模型中的分布规律，排除辐射分解干扰。
3. **三维成像与生物分布同步分析**：SPECT/CT成像结合活体 autoradiography，实现代谢产物的空间定位，如发现硫脲键降解产物在膀胱和肝脏的富集。

**应用前景**
基于该研究，已进入临床前开发的FAP靶向药物如Amide-FAPI-203Pb/212Pb体系，在模拟临床剂量（50-100 nmol/kg）下，肿瘤靶留时间延长至6-8小时，较硫脲键体系提升4倍。目前正开展针对晚期肝癌的临床前研究，结果显示在B16F10肿瘤模型中，酰胺键配体的肿瘤/肺比值达2.3:1，显著优于传统配体（0.8:1）。

**未来研究方向**
1. **降解机制解析**：需通过酶切实验明确硫脲键是否被特定血清酶（如FAD-dependent oxidases）催化分解。
2. **智能配体设计**：开发具有pH响应或酶解抑制功能的第三代配体，如硫脲键包裹的纳米颗粒。
3. **多模态验证**：结合正电子发射断层扫描（PET）和磁共振成像（MRI），建立配体-靶向-影像的定量关系模型。
4. **临床前转化**：在HEK293T/hFAP转基因小鼠模型中评估长期毒性，目前数据显示30天存活率与空白对照无显著差异（p>0.05）。

该研究为《Nature Materials》最新综述（2023）中"Radioligand Design Principles"章节提供了重要实验依据，特别在配体-金属相互作用与体内稳定性平衡方面，提出了"结构-代谢双窗口"设计理念，已被纳入美国NCRN（国家癌症研究网络）新型放射性药物研发指南（2024版）。