一种基于氨基酸代谢通路的肿瘤诊断分子影像探针及其制备方法和用途

本发明属于分子影像探针，涉及核医学分子影像探针，具体涉及一种基于肿瘤代谢特异性靶向的，可用于在体诊断的新型分子影像探针及其制备方法和用途。

背景技术：

1、肿瘤是威胁人类健康的最重要疾病之一，能够早期诊断肿瘤，并对肿瘤病理区域进行准确勾画并加以分级，是提高肿瘤病人无进展生存期和治疗预后的关键。

2、以正电子放射断层扫描(pet)为代表的核医学成像，以及将核医学成像与常规成像技术结合的pet/ct，pet/mri，因其所具备的超高灵敏性和超高软组织分辨率等优势，在肿瘤的在体无创诊断、影像学病理分级、预后评估和图像指导的临床治疗方案选择方面越来越发挥着举足轻重的作用。

3、目前临床上使用最为广泛的正电子药物[18f]-2-脱氧葡萄糖(18f-fdg)，是一种放射性同位素18f标记的葡萄糖类似物，可在细胞膜葡萄糖转运蛋白的作用下摄入到细胞内，进入细胞后的fdg不能像葡萄糖一样经磷酸化分解代谢，因而能够特异性的滞留在葡萄糖高代谢的组织细胞区域。绝大多数的肿瘤区域的葡萄糖代谢显著高于肿瘤组织，因此18f-fdg在肿瘤的早期诊断、转移、治疗前后的疗效评估方面发挥着不可替代的作用。然而，葡萄糖高代谢的特征并非肿瘤区域独有，正常组织例如脑组织和肠道等、活化的免疫细胞及各类炎症病灶均在18f-fdg pet影像学上表现为活跃性的放射性浓聚区域。最新的研究表明，肿瘤组织中吸收和消耗最多葡萄糖的细胞为免疫细胞，而非肿瘤细胞(reinfeld etal.nature.2021；593:282–288)。这就解释了为什么某些肿瘤如印戒细胞癌、胃肠道的神经内分泌肿瘤等，或微小的肿瘤原发灶和转移灶，其18f-fdg pet图像上放射性浓聚水平与正常组织差异不大，大部分时候组织影像学上与炎症组织差异并不明显，从而影响肿瘤的影像学鉴别。因此，急需寻找更为准确可靠的肿瘤分子标志物，开发出一系列能够特异性靶向肿瘤细胞并勾画肿瘤病例区域的正电子药物，仍然是目前最迫切的临床需求。

4、中性氨基酸谷氨酰胺是人体中最为丰富的氨基酸之一，在血液中占氨基酸总量的20％，肌肉中占40％，为人体代谢提供碳源并为合成核酸和其他氨基酸提供氮源(altmanet al.nat rev cancer.2016；16:619–634)。谷氨酰胺在肿瘤细胞的多种代谢过程中起主导作用，例如生物合成、细胞信号传导，防止氧化损伤并参与细胞的稳态调节。最新的研究表明，在肿瘤微环境中，癌细胞吸收了最多的谷氨酰胺(reinfeld et al.nature.2021；593:282–288)。在肿瘤的发生发展过程中，缺乏谷氨酰胺的环境会造成肿瘤细胞的迅速凋亡(yuneva et al.j.cell biol.2007；178：93–105)。

5、为了维持输入大量的谷氨酰胺，癌细胞通过表面表达一种钠依赖的溶质载体蛋白——丙氨酸-丝氨酸-半胱氨酸转运蛋白2(asct2)，主要将谷氨酰胺转运到癌细胞内(jinet al.oncogene.2016；35:3619–3625)。asct2主要在多种肿瘤的细胞膜上表达，如结直肠癌，肺癌，乳腺癌等，在肠粘膜上少量表达，具有较高的肿瘤特异性(schulte etal.mol.imaging biol.2017；19:421–428；hassanein et al.clin.cancer res.2013；19:560–570；van geldermalsen et al.oncogene.2016；35:3201–3208)。asct2的高水平表达已经被视为上述肿瘤不良预后的标志。

6、目前，针对asct2靶点开发出了一些抑制剂和小分子药物，取得了一定的肿瘤治疗效果。而针对asct2进行体内可视化，有助于实现诸如结直肠癌，肺癌，乳腺癌等恶性肿瘤的早期诊断，预后评估，并指导临床有针对性的选择更有效的治疗方案。目前并无针对asct2的正电子药物。通过开发能够高特异性靶向asct2的正电子药物，用于上述肿瘤的核医学成像，有望实现早期诊断及预后评估，帮助临床选择并制定出更有针对性的治疗方案，进一步提高病人的预后，延长病人的生存质量。

技术实现思路

1、本发明基于上述研究进行，针对在体正电子肿瘤诊断药物仍不能满足临床需求的现状，提供了一种基于肿瘤代谢相关的asct2特异性靶向的，可用于在体诊断的新型分子影像探针，以解决肿瘤无创特异性诊断的临床问题，克服现有正电子诊断探针的不足。

2、本发明第一目的在于提供一种基于氨基酸(谷氨酰胺)代谢通路的肿瘤诊断分子影像探针；第二目的在于提供该分子影像探针的制备方法；第三目的在于提供该探针在核医学成像中的应用。

3、本发明所采用的技术方案如下：先基于靶向谷氨酰胺转运体asct2的小分子抑制剂、大环配体螯合剂以及放射性核元素实现分子影像探针的合成，而后对其放射峰分布图、稳定性进行验证，符合要求后选择特异性高代谢谷氨酰胺的肿瘤进行检测验证，结果显示能够实现相应肿瘤的快速正电子成像，展现了号的肿瘤诊断效能。

4、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

5、本发明的第一方面，提供了一种分子影像探针，由靶向谷氨酰胺转运体asct2的小分子抑制剂、螯合剂以及放射性核素组成，结构示意图参见图1。

6、优选的，该三种组分的优选技术方案如下：

7、(1)靶向谷氨酰胺转运体asct2的小分子抑制剂为2-氨基-4-二(芳氧基苄基)氨基丁酸v9302，结构式如下所示：

8、

9、(2)螯合剂为大环配体螯合剂，具体选自1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7三乙酸(叔丁)酯-10乙酸琥珀酰亚胺酯(nhs-dota-tris(tbu)ester)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10四乙酸-琥珀酰亚胺酯(nhs-dota)、1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸-琥珀酰亚胺酯(nhs-nota)、1,4,8,11-四氮杂环十四烷-1,4,8,11-四乙酸(teta)和1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三(亚甲基膦酸)(notp)中的任一种，结构式如下：

10、

11、(3)放射性核素选自诊断用放射性核素和治疗用放射性核素，如镓-68、铜-64、锆-89中的一种或多种。

12、本发明的第二方面，提供了上述分子影像探针的制备方法，包括如下步骤：

13、a、诊断药物前体制备

14、将v9302与大环配体螯合剂以浓度比1:2混合，室温反应并经脱盐柱纯化后获得螯合剂修饰的v9302化合物，冻干后作为诊断药物前体；

15、b、分子影像探针制备

16、在步骤a制备得到的诊断药物前体溶液中添加放射性元素，调节反应溶液ph为酸性后，在60～100℃条件下反应10～30min(优选100℃，10min)，经脱盐柱纯化后得到分子影像探针。

17、优选的，步骤a中，v9302与大环配体螯合剂反应液的制备方法如下：将v9302溶解于dsmo中，加入ph＝8.5的hepes溶液，制备v9302的浓度为10mg/ml的v9302溶液；加入大环配体螯合剂，以反应体系的总体积为基准，得到v9302最终浓度和大环配体螯合剂最终浓度为1:2，dsmo最终浓度约为1％的混合反应溶液；

18、纯化方法如下：25℃反应2小时后，使用0.9％的生理盐水作为展开剂，通过预平衡的pd-10脱盐柱纯化经螯合剂修饰的v9302，通过冻干，得到纯化过的诊断药物前体，并于-20℃冰箱保存。

19、优选的，步骤b中，放射性元素的放射剂量为73～75mbq，放射性元素溶液与诊断药物前体溶液间的体积比为10:1；采用0.25m醋酸钠溶液调节反应溶液ph为4.0-4.5后进行反应；

20、放射性元素溶液的制备方法如下：采用0.1m hcl溶液淋洗放射性元素发生器，取中段体积、放射性剂量为73～75mbq的淋洗液加入到前体溶液中；

21、脱盐柱纯化方法如下：以pbs作为展开剂，再次用预平衡的pd-10脱盐柱分离未标记的放射性核素。

22、本发明的第三方面，提供了上述所述的分子影像探针在制备核医学成像产品中的应用。

23、优选的，所述的核医学成像产品为高特异性靶向asct2的正电子药物，用于肿瘤的核医学成像。

24、进一步优选，所述肿瘤为特异性高代谢谷氨酰胺的肿瘤，包括结直肠癌、前列腺癌、胰腺癌、宫颈癌、胆管癌、脑胶质瘤、肺鳞癌或胃癌。

25、本发明的第四方面，提供了一种核医学成像产品，包括活性组分以及药学上可接受的辅料，所述活性组分包括上述所述的分子影像探针。具体产品形式可以为pet/ct显像产品、pet/mr显像产品。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、本发明中分子影像探针基于特异性靶向肿瘤细胞膜上谷氨酰胺转运体asct2合成，可用于在体诊断的新型分子影像探针，该探针可在多种谷氨酰胺高代谢的恶性肿瘤内特异性聚集，如结直肠癌，肺癌，乳腺癌等，可作为上述恶性肿瘤的诊断、不良预后鉴别、治疗和疗效增强的探针。

28、本发明实现了对谷氨酰胺高代谢肿瘤区域的特异性靶向，进一步实现了对谷氨酰胺高代谢肿瘤的无创诊断，所述及探针制备工艺简单、特异性高、体内稳定性高，可用于谷氨酰胺高代谢肿瘤的核医学快速显像，具有极高的临床转化潜力。