摘要: 人表皮生长因子受体2(Humanepidermal growth factor receptor2,HER2)是一种在肿瘤组织中高表达而在正常组织中很少表达的膜蛋白,可以作为卵巢癌、乳腺癌、和胃癌等癌症诊断的有效靶点。因此,设计合成一种具有高特异性和高亲和力的HER2靶向分子探针具有十分重要的意义。 首先,我们发现了一种可以特异性靶向HER2蛋白的新型多肽(序列:RSLWSDFYASASRGP),并将其命名为Herceptide。在我们的研究中,Herceptide多肽和近红外Ⅱ区(Near-infraredⅡ,NIR-Ⅱ)荧光染料吲哚菁绿(Indocyaninegreen,ICG)偶联获得探针ICG-Herceptide。通过分子对接、表面等离子共振(Surface plasmonresonance,SPR)分析、和竞争分析揭示了 Herceptide多肽和HER2的特异性结合。该探针显示出高亲和力(KD=1.03 nM)和快速结合(k=0.44min-1)特性。HER2过表达SKOV3荷瘤鼠体内NIR-Ⅱ荧光成像在注射后8 h表现出高肿瘤和正常组织信号比(T/N=7.3)。在阻断组中,ICG-Herceptide和Herceptide共同注射仅显示微弱的肿瘤信号。在其他HER2高表达肿瘤中,如非小细胞肺癌A549和人胃癌MKN45,肿瘤和正常组织的信号比(T/N)分别为4.1和4.7。相比之下,HER2低表达肿瘤人乳腺癌MDAMB231显示肿瘤和正常组织之间没有对比。此外,在基于ICG-Herceptide的NIR-II荧光成像的指导下,在皮下SKOV3荷瘤鼠模型中成功进行了肿瘤切除手术。生物相容性研究表明该探针对细胞和组织无明显毒性。然后,将Herceptide多肽和1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(2,2',2",2'"-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetrayl)tetraacetic acid,DOTA)偶联后螯合放射性核素[68Ga]GaCl3,构建放射性探针[68Ga]Ga-DOTA-Herceptide用于正电子发射断层扫描(Positron emission tomography,PET)成像。在SKOV3荷瘤鼠体内评估肿瘤摄取及生物分布。结果表明,在0.5 h时肿瘤摄取为1.4%ID/g,阻断组未观察到明显的肿瘤摄取。总的来说,这些结果表明Herceptide是一种很有前途的HER2靶向肽,用于诊断和定位HER2过表达肿瘤,可以进一步用于研发诊断治疗剂。 其次,尽管Herceptide多肽用于肿瘤成像获得了很高的对比度,但是仍然存在一些缺陷,如肿瘤摄取值不高、亲和力较低、和体内半衰期较短等问题。为了解决这些问题,我们利用逆肽、环化、插入D型氨基酸、插入非天然氨基酸、二聚化、和白蛋白结合策略等常用的多肽改造手段,对多肽Herceptide进行了改造,通过体外细胞亲和力实验和体内动物NIR-Ⅱ荧光成像和PET/CT成像实验对所改造的多肽进行验证。我们发现通过插入非天然氨基酸的策略改造的多肽具有较好的效果。我们还发现通过插入环化策略也能够增强肿瘤摄取和延长肿瘤滞留时间。 最后,考虑到双模态探针具有特殊的互补优势,进一步构建HER2靶向双模态(NIR-II和PET)探针。我们设计了三种新型HER2靶向肽(ZC01、KSP、和ZC02),并用ICG和DOTA进一步修饰,分别用于NIR-Ⅱ荧光成像和与放射性核素[68Ga]GaCl3 螯合用于 PET 成像。在所得探针(DOTA-ZC01-ICG、DOTA-KSP-ICG、和 DOTA-ZC02-ICG)中,NIR-Ⅱ 荧光成像显示 DOTA-ZC02-ICG 在 HER2 阳性SKOV3人卵巢癌皮下荷瘤鼠模型中具有最佳的肿瘤成像性能和高靶向特异性。在注射DOTA-ZC02-ICG后4 h达到最高的肿瘤/正常组织比率(T/N=5.4)。此外,DOTA-ZC02-ICG用[68Ga]GaCl3进行放射性标记以生成用于PET成像的[68Ga]Ga-DOTA-ZC02-ICG,在注射后0.5、1、和2 h能够清楚地描绘出SKOV3荷瘤鼠模型。在注射后0.5h肿瘤摄取达到1.9%ID/g,阻断研究表明肿瘤摄取在0.5、1、和2 h时受到显著抑制。总体而言,本研究成功开发了一种新型HER2靶向探针DOTA-ZC02-ICG,展示了在HER2阳性卵巢癌可视化中的应用,为肿瘤双模态成像提供了一种有前途的技术,并为开发HER2靶向治疗剂提供了一种新的分子骨架。 综上所述,我们设计和合成多种单模态HER2靶向探针(ICG-Herceptide,[68Ga]Ga-DOTA-Herceptide、ICG-ZC03、[68Ga]Ga-DOTA-ZC03、ICG-ZC04、[68Ga]Ga-DOTA-ZC04、ICG-ZC05、[68Ga]Ga-DOTA-ZC05、ICG-ZC06、[68Ga]Ga-DOTA-ZC06、ICG-ZC07、[68Ga]Ga-DOTA-ZC07、ICG-ZC08、和[68Ga]Ga-DOTA-ZC08)和双模态探针(DOTA-ZC01-ICG、DOTA-KSP-ICG、和 DOTA-ZC02-ICG),在 HER2 高表达肿瘤诊断中取得了初步成功。鉴于多肽类探针在卵巢癌分子影像方面广阔的应用前景,研发出理想的多肽类探针对卵巢癌的预防、诊断、和治疗具有重大意义。 摘要译文