帕米帕利新型PARP1/2放射性示踪剂的合成及其在啮齿动物与非人灵长类脑中的评估

《Nuclear Medicine and Biology》：[18F]Pamiparib: Synthesis and evaluation of a novel PARP1/2 radiotracer in rodent and nonhuman primate brain

　　

多聚ADP核糖聚合酶家族在DNA修复、染色质组织、基因组完整性、凋亡与炎症中发挥重要作用。PARP1与PARP2是已验证的治疗靶点，已涌现大量PARP1/2抑制剂用于癌症、代谢、炎症及神经系统疾病的治疗。PARP1/2由炎症反应引起的DNA损伤激活，并参与多种神经系统疾病的病因学。基于PARP1/2的非侵入性正电子发射断层扫描成像在癌症诊断与预后中展现出潜力。然而，由于缺乏可穿透血脑屏障的PARP1/2放射性配体，中枢神经系统的定量PARP1/2PET成像一直面临挑战。本研究提出使用帕米帕利（一种强效PARP1与PARP2抑制剂）作为潜在的血脑屏障穿透性PARP1/2PET示踪剂的前导化合物。研究人员合成了[18F]帕米帕利，并利用奥拉帕利、维利帕利和萨鲁帕利在体外和离体条件下评估了其结合特异性。在非人灵长类中进行了[18F]帕米帕利的PET成像，同时进行动脉采血与放射性代谢物分析。体外放射自显影结果显示，其在肿瘤中的结合亲和力高于啮齿动物与非人灵长类的脑组织。[18F]帕米帕利在非人灵长类中的母体分数高于啮齿动物，各脑区摄取相似。由一组织房室模型推导的分布容积值与同一非人灵长类中[11C]PyBic的分布容积值相关性良好。总之，[18F]帕米帕利在非人灵长类中显示出相对较低的脑穿透性与稳定的区域摄取，使其成为个体水平上帕米帕利靶点占位的定量成像工具，并具备作为非侵入性定量PARP1/2成像工具的潜力。

研究背景与目的

多聚ADP核糖聚合酶家族包含17种酶，参与DNA修复、染色质重塑、细胞凋亡与炎症等细胞功能。其中，PARP1是最主要的亚型，在碱基切除修复途径中负责DNA单链断裂修复。鉴于其在DNA修复中的作用，PARP抑制剂已被开发用于治疗携带DNA修复缺陷的癌症，例如BRCA突变引发的肿瘤。此外，PARP1也是分子成像的理想靶点，可通过非侵入性方式评估其在多种疾病中的表达。然而，现有的PARP1/2正电子发射断层扫描示踪剂普遍存在脑穿透能力有限的问题。尽管研究人员已开发出首个脑穿透性PARP1/2PET示踪剂[¹¹C]PyBic，但仍需更多候选示踪剂以拓展中枢神经系统领域的应用。帕米帕利是一种强效PARP1/2抑制剂，对PARP1和PARP2的半数抑制浓度分别为1.3 nM和0.9 nM，且具有脑穿透能力（小鼠中为17%至19%）。其独特之处在于不与P糖蛋白相互作用，这可能有助于增强药物滞留并降低耐药性。因此，本研究旨在合成[¹⁸F]帕米帕利，评估其脑穿透性，并将其成像特征与[¹¹C]PyBic进行比较，以探索其作为非侵入性定量脑内PARP1/2成像工具的潜力。

关键技术方法

研究人员采用放射性氟化标记技术，通过有机锡前体与[¹⁸F]氟化物在铜催化剂作用下合成[¹⁸F]帕米帕利，并经高效液相色谱纯化。通过测定油水分配系数评估脂溶性。采用体外放射自显影技术，在健康小鼠、大鼠和非人灵长类脑切片以及MDA-MB-231乳腺癌、U251皮下胶质母细胞瘤和BT142原位胶质瘤肿瘤切片上评估结合特异性，并使用奥拉帕利、维利帕利和萨鲁帕利进行阻断实验。在C57BL/6小鼠中进行离体生物分布与放射自显影研究，包括基线组和阻断组。在大鼠和非人灵长类中进行血浆放射性代谢物分析，采用柱切换高效液相色谱法。在一只非人灵长类中进行动态PET成像，结合动脉采血获取代谢校正的输入函数，并采用一组织房室模型、二组织房室模型和多线性分析进行动力学建模，计算分布容积。

研究结果

化学与放射化学

[¹⁸F]帕米帕利的非衰变校正放射化学产率为4%±1.4%，放射化学纯度大于99%，平均摩尔活度为127.1±7 GBq/μmol。该示踪剂在碱性条件下不稳定，但在最终剂量溶液和磷酸盐缓冲液中相对稳定。测定的LogD值为2.44。

体外放射自显影

体外放射自显影阻断实验表明，奥拉帕利、维利帕利或萨鲁帕利预处理后，[¹⁸F]帕米帕利信号减弱。在非人灵长类脑切片中，三种阻断剂分别实现了52%、35%和52%的阻断效果。在大鼠和小鼠脑中，阻断效果较低。在U251肿瘤切片中，三种阻断剂分别阻断了73%、79%和77%的摄取；在MDA-MB 231肿瘤中，阻断率分别为67%、89%和85%；在BT142肿瘤中，奥拉帕利和维利帕利分别阻断了77%和75%的摄取。

大鼠放射性代谢物研究

在大鼠脑匀浆中，注射后90分钟未检测到放射性代谢物，母体分数为99%。而在大鼠血浆中，检测到两个明显的放射性代谢物峰，母体分数约为60%。这表明[¹⁸F]帕米帕利在脑内主要以原形存在，代谢稳定性优于[¹¹C]PyBic。

小鼠离体生物分布与放射自显影

离体生物分布显示，使用维利帕利和萨鲁帕利阻断后，血液中示踪剂浓度显著升高。虽然脑部原始摄取在阻断后无明显变化，但经血液浓度归一化后，阻断组的脑摄取显著降低，证实了特异性结合。脾脏中也观察到显著的阻断效应，这与脾脏中PARP1阳性表达一致。

非人灵长类药代动力学与代谢研究

[¹⁸F]帕米帕利在非人灵长类血浆中呈现快速上升、随后快速分布和缓慢清除的药代动力学特征。其代谢校正后的血浆标准化摄取值在前30分钟内低于[¹¹C]PyBic。血浆放射性高效液相色谱显示两个主要代谢物峰，母体分数在注射后90分钟仍保持在80%以上，高于[¹¹C]PyBic。所有代谢物均比母体示踪剂更亲水，不易穿透血脑屏障。

非人灵长类脑PET成像

非人灵长类PET成像显示，[¹⁸F]帕米帕利能快速穿透血脑屏障并在整个扫描期间保持滞留。平均标准化摄取值范围为0.12至0.56，额叶皮质最高，其次是海马、丘脑、小脑和脑干，但整体标准化摄取值比[¹¹C]PyBic低约10倍。动力学建模表明，一组织房室模型和多线性分析能可靠估计分布容积，而二组织房室模型多数拟合失败。一组织房室模型的分布容积值在脑桥最低，额叶皮质最高。值得注意的是，[¹⁸F]帕米帕利与[¹¹C]PyBic的分布容积值之间存在显著线性相关，表明两者共享相同的脑内结合靶点。此外，[¹⁸F]帕米帕利的K₁值低于[¹¹C]PyBic，表明其入脑速度较慢，但两者的k₂值相似。

讨论与结论

本研究表明，[¹⁸F]帕米帕利在中性缓冲液或盐水中表现出优异的稳定性。体外放射自显影结果证实其在非人灵长类脑组织中的特异性结合高于啮齿动物，这与不同物种间PARP1表达水平的差异一致。肿瘤切片的高特异性结合进一步验证了其靶向性。放射性代谢物分析确认脑内信号完全来自母体示踪剂。离体和体内数据共同证明[¹⁸F]帕米帕利能够穿透血脑屏障，并在各脑区产生特异性摄取，与PARP1的表达模式相符。尽管其脑穿透性低于[¹¹C]PyBic，但其动力学参数可靠，一组织房室模型适用于定量分析。更重要的是，两种示踪剂的分布容积值具有良好的相关性，进一步证实了[¹⁸F]帕米帕利的靶向特异性。

研究结论：研究人员成功合成并表征了[¹⁸F]帕米帕利作为一种PARP1/2PET成像示踪剂。该示踪剂在啮齿动物和非人灵长类中均显示出脑穿透能力。此外，[¹⁸F]帕米帕利的PET成像数据可由一组织房室模型很好地描述，实现一致的分布容积估计，支持其用于定量分析。这些发现凸显了[¹⁸F]帕米帕利作为开发脑内PARP1/2非侵入性定量PET成像示踪剂的合适先导化合物的潜力。