《ChemMedChem》：Sugar Amino Acid Linkers for the Design of [18F]SiFA-PSMA Radioligands
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摘要翻译：
叔丁基取代的硅-氟-受体（SiFA）骨架的显著亲脂性是放射性示踪剂开发中的主要限制因素，常导致非特异性摄取升高和肿瘤-背景比降低。为应对这一挑战，研究人员设计并合成了一系列靶向前列腺特异性膜抗原（PSMA）的放射性配体，引入基于呋喃糖和吡喃糖的
摘要翻译：
叔丁基取代的硅-氟-受体（SiFA）骨架的显著亲脂性是放射性示踪剂开发中的主要限制因素，常导致非特异性摄取升高和肿瘤-背景比降低。为应对这一挑战，研究人员设计并合成了一系列靶向前列腺特异性膜抗原（PSMA）的放射性配体，引入基于呋喃糖和吡喃糖的糖氨基酸（SAA）连接子，以评估理化性质，同时保持高效的18F放射性标记能力。通过汇聚式三步合成法以35%–75%的总产率制备了六种化合物（19–24）。呋喃糖-SAA衍生物（19–22）保留了中等程度的PSMA结合亲和力（IC50?=?5–19?μM），而吡喃糖-SAA类似物23和24无活性（IC50?>?100?μM）。所有化合物表现出相似的亲脂性（logP = 3.10–3.42），表明生物活性的差异主要并非归因于亲脂性。化合物19和21通过同位素交换进行放射性标记，放射化学产率为25%–40%，摩尔活度为86?±?3?GBq/μmol。在LNCaP异种移植小鼠中的PET成像显示，[18F]21（含三个呋喃糖-SAA单元）在60分钟时达到SUV60min?=?0.64?±?0.06，DCFPyL阻断约30%，证实了部分PSMA介导的摄取。该概念验证研究确立了SAA连接子作为SiFA类放射性示踪剂药代动力学优化的可行策略，并有必要进一步进行结构修饰以增强靶标亲和力。
论文解读文章：
**研究背景与问题**
正电子发射断层扫描（PET）是分子影像的核心技术之一，氟-18（18F）因其适宜的核性质（半衰期109.8 min、低正电子能量0.64 MeV、高正电子产率）被广泛用于放射性药物开发。硅-氟-受体（SiFA）同位素交换标记方法可在温和条件下实现生物分子的高效18F标记，已成为放射性化学领域的重要进展。然而，叔丁基取代的SiFA骨架具有显著亲脂性，易导致放射性示踪剂在富脂组织中的非特异性摄取增加、血液循环时间延长以及肿瘤-背景比降低，从而影响图像质量与诊断准确性。前期策略如聚乙二醇化、亲水氨基酸引入、糖基化等虽有一定效果，但仍有优化空间。糖氨基酸（SAA）是含有氨基和羧基的碳水化合物衍生氨基酸类似物，具有内在亲水性、构象刚性和多位点功能化潜力，在药物化学中应用广泛，但在放射性药物领域尚未被系统探索。本研究旨在将呋喃糖型（FSAA）和吡喃糖型（PSAA）SAA连接子引入[18F]SiFA-PSMA放射性配体，以调节亲脂性、改善药代动力学并保持高效放射性标记能力，以前列腺特异性膜抗原（PSMA）为靶标开展概念验证研究。
**研究内容与结论**
研究人员设计并合成了六个PSMA-(F/P)SAA-SiFA化合物（19–24），采用汇聚式三步合成法，总产率为35%–75%。体外竞争结合实验表明，呋喃糖-SAA衍生物（19–22）保留中等PSMA结合亲和力（IC50?=?5–19?μM），而吡喃糖-SAA类似物（23、24）无活性（IC50?>?100?μM）。所有目标化合物的logP值相近（3.10–3.42），显示生物活性差异并非由亲脂性主导，而主要源于连接子几何构型对PSMA药效团呈现方式的影响。分子对接研究以化合物21为例揭示了其与PSMA结合口袋的相互作用模式，确认了氢键、静电及疏水相互作用对结合的贡献。放射性标记实验采用优化的“四滴法”，通过同位素交换实现[18F]19和[18F]21的标记，放射化学产率25%–40%，摩尔活度86?±?3?GBq/μmol，放射化学纯度≥98%。在LNCaP荷瘤小鼠PET成像中，[18F]21（含三个呋喃糖-SAA单元）的肿瘤摄取（SUV60min?=?0.64?±?0.06）显著高于[18F]19（单单位，SUV60min?=?0.16?±?0.04），且DCFPyL阻断实验显示约30%的摄取降低，证实部分PSMA介导。该研究确立了SAA连接子作为SiFA放射性配体药代动力学优化的可行策略，为后续结构改进提供了基础。
**主要技术方法**
本研究采用的关键技术包括：1）汇聚式三步合成法（SAA与SFB-SiFA偶联、与PSMA药效团K-urea-E酰胺键连接、三氟乙酸脱保护）制备目标化合物；2）反相高效液相色谱（HPLC）法测定logP值；3）体外竞争结合实验（以PSMA表达LNCaP细胞和[18F]PSMA-1007为放射性配体测定IC50）；4）分子对接研究（基于PSMA晶体结构PDB: 5O5T，使用ArgusLab软件）；5）[18F]SiFA同位素交换放射合成（“四滴法”）；6）动态PET成像（LNCaP异种移植裸鼠，INVEON PET/CT扫描仪）及时间-活度曲线分析。样本队列来源为加拿大阿尔伯塔大学Cross Cancer Institute动物设施，LNCaP细胞系及小鼠购自Charles River Laboratories。
**研究结果**
**合成与表征**：三步合成成功获得六个目标化合物（19–24），总产率35%–75%，结构经核磁共振（NMR）和高分辨质谱（HRMS）确证。
**体外亲和力与亲脂性**：呋喃糖-SAA化合物19–22的IC50为5–19 μM，吡喃糖类似物23、24的IC50>100 μM；所有化合物logP=3.10–3.42，与PSMA-1007（logP=0.85）相比亲脂性显著增加。
**分子对接**：化合物21在PSMA结合口袋中形成由五个关键氢键（2.1–2.5 ?）介导的稳定结合模式，精氨酸富集区和酸性残基（E425、E457、D387）提供静电互补，芳香残基（W381、Y549等）参与π-堆积。
**放射化学**：[18F]19和[18F]21通过同位素交换标记，放射化学产率25%–40%（衰变校正），摩尔活度86±3 GBq/μmol，纯度≥98%。
**PET成像**：[18F]21在LNCaP肿瘤中显示更高摄取（SUV60min=0.64±0.06），阻断后降至0.46±0.05（约30%阻断），确认部分PSMA介导；[18F]19摄取较低（0.16±0.04）。与第二代SiFA-PSMA示踪剂相比，[18F]21在匹配摩尔活度下肿瘤摄取相当，但PSMA特异性摄取仍受亲和力降低限制。
**讨论与结论**
研究讨论指出，SAA连接子引入未显著降低SiFA骨架的整体亲脂性，但呋喃糖与吡喃糖连接子导致的生物活性差异表明连接子几何构型对PSMA识别至关重要。呋喃糖环的构象灵活性可能更有利于K-urea-E药效团在PSMA结合口袋中的取向，而吡喃糖的刚性可能阻碍有效相互作用。主要局限性是SAA修饰大幅降低了PSMA结合亲和力（从纳摩尔级降至微摩尔级），限制了靶向特异性。未来优化方向包括重新定位和再设计SAA连接子，以保持药效团最佳呈现，同时维持SiFA平台的良好标记特性。结论部分强调，该概念验证研究确立了SAA连接子作为SiFA基放射性配体设计中有前景的结构单元，为后续药代动力学优化和结构改进奠定了基础。
