肿瘤微环境在肿瘤进展、转移播散、治疗抵抗和免疫逃逸中发挥核心作用。在其基质成分中，肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）通过细胞外基质重塑、血管生成以及肿瘤-免疫相互作用的调节，已成为恶性进展的关键调节者[1], [2]。成纤维细胞激活蛋白（FAP）是一种II型跨膜丝氨酸蛋白酶，在几种上皮恶性肿瘤的CAFs中高表达，而在大多数正常成人组织中表达极微[3], [4]。这种高度与肿瘤相关的表达模式使FAP成为癌症成像和靶向放射性核素治疗的双重吸引力分子靶点[5], [6]。
放射诊疗将靶点特异性分子成像与放射性核素治疗相结合，使用匹配或结构相关的配体，在肿瘤学中取得了巨大的临床成功，如生长抑素受体靶向和前列腺特异性膜抗原靶向放射性药物即为明证[7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]。受这些进展的激励，大量努力已投入到FAP靶向放射性配体的开发中，用于癌症诊断和治疗[7], [8], [17], [18], [19], [20], [21]。迄今为止，最具代表性的FAP靶向配体类别包括小分子抑制剂（如2-氰基吡咯烷和2-吡咯烷硼酸衍生物）以及以FAP-2286为代表的环肽配体。尽管具有令人满意的成像性能，由于其亚最优的药代动力学特性，特别是肿瘤滞留不足和肿瘤组织快速洗脱，可能影响递送至肿瘤的累积辐射剂量，其治疗应用仍然有限[8], [18], [19], [20], [21]。
多价配体设计已被广泛探索为增强表观靶点亲合力和延长肿瘤滞留时间的有效策略[22], [23], [24], [25], [26]。在FAP领域，多种同型双价放射性配体显示出比其单价对应物更好的肿瘤摄取和滞留[12], [22], [24], [25], [26]。然而，基于单一药效基团的同型双价结构体仍然受到结合亲和力、药代动力学和非靶暴露之间固有取舍的制约。总体而言，小分子FAP抑制剂以快速肿瘤穿透和快速全身清除为特征，但往往表现出有限的肿瘤滞留。相比之下，基于环肽的配体可能赋予更长的肿瘤滞留时间，尽管其结合特性和体内分布谱各不相同。最近，也有报道将环肽和小分子FAP抑制剂结构单元相结合的FAP靶向杂合双价放射性配体[27], [28]。Xie等人开发了[68Ga]Ga-BiFAPI，一种杂合双价配体，融合了衍生自FAP-2286的环肽和基于喹啉的FAPI结构单元，其肿瘤摄取高于其任何一种单价对应物[68Ga]Ga-FAPI-04和[68Ga]Ga-FAP-2286[27]。Saito等人随后报道了[111In]In-FAP-PID，并对单价、同型二聚体和杂合二聚体FAP靶向结构体进行了系统比较。[111In]In-FAP-PID显示出良好的肿瘤-背景对比度以及比相应的同型二聚体[111In]In-FAP-PD和[111In]In-FAP-ID更高的肿瘤累积[28]。总之，这些研究为杂合双价FAP靶向配体设计提供了重要的概念验证。然而，此类结构体的化学空间仍然相对未被充分探索，特别是关于替代小分子FAP结合药效基团的选择以及连接臂结构和连接位点的系统调节，这些都可能显著影响靶点结合、肿瘤滞留和全身药代动力学。
在本研究中，通过在小分子FAP抑制剂结构单元整合入FAP-2286的环肽支架，开发了一系列杂合双价FAP靶向放射性配体。两类不同的小分子FAP结合药效基团被引入，分别为2-氰基吡咯烷和2-吡咯烷硼酸衍生物，同时连接臂结构和连接位点进行了系统变化，以调节FAP结合、细胞内化和滞留、肿瘤累积以及体内药代动力学。合成了六种杂合双价配体（1–6）并进行镓-68放射性标记，用于体外表征和小动物正电子发射断层扫描（PET）成像。选定的先导配体进一步进行了镥-177标记，并在生物分布和放射配体治疗研究中进行了评估，以确定其作为FAP靶向放射诊疗剂的潜力。
