前列腺癌是男性泌尿生殖系統中最為常見的腫瘤，其病死率僅次于肺癌。前列腺特異性膜抗原（PSMA）特異且高表達于前列腺癌細胞表面，因而成為前列腺癌診斷和治療中較為理想的作用靶標，極具臨床研究價值。正電子發射斷層掃描/計算機斷層掃描（PET/CT）是一種將功能代謝信息和解剖結構信息相結合的新型分子影像設備，對腫瘤診斷效能卓越。本文重點綜述了國內外正電子放射性核素標記的靶向PSMA的小分子抑制劑在前列腺癌PET/CT的早期診斷、術前分期、療效評估、復發和轉移探測的研究進展，并對其發展前景進行展望。
引用本文： 潘立立, 吳小艾, 刁偉, 李林. 正電子核素標記的前列腺特異性膜抗原小分子抑制劑在前列腺癌 PET/CT 中的研究進展. 生物醫學工程學雜志, 2020, 37(2): 219-224. doi: 10.7507/1001-5515.201911073 復制
引言
前列腺癌（prostate cancer，PCa）是男性泌尿生殖系統中最為常見的腫瘤，其病死率僅次于肺癌[1]。在我國，雖然前列腺癌的發病率較歐美國家低，但是隨著我國人口老齡化程度日益加深和生活飲食習慣的逐漸改變，前列腺癌的發病率也呈明顯上升趨勢[2-3]。目前，臨床上對前列腺癌患者的綜合評估主要以血清前列腺特異性抗原（prostate-specific antigen，PSA）水平、Gleason 評分及 TNM 分期等作為依據[4]。PSA 檢查雖已廣泛應用于前列腺癌的篩查，但是其不具備前列腺癌的特異性，且患者確診時多處于中晚期。因此，前列腺癌的早期診斷和復發病灶的檢測已成為臨床治療的迫切需求。前列腺特異性膜抗原（prostate-specific membrane antigen，PSMA）由于特異且高效表達于前列腺癌細胞表面，因而成為前列腺癌診斷和治療中較為理想的作用靶標，并在臨床上得到迅速的應用[5]。近年來，隨著放射性藥物化學和正電子發射斷層掃描/計算機斷層掃描（positron emission tomography/computed tomography，PET/CT）技術的快速發展，越來越多具有放射性核素標記的靶向 PSMA 小分子抑制劑的示蹤劑已廣泛應用于前列腺癌的早期診斷、術前分期、療效評估、復發和轉移探測的臨床工作中。
PSMA 又稱谷氨酸羧肽酶Ⅱ（GCP Ⅱ）、N-乙酰-1-天冬氨酸肽酶Ⅰ（NAALA Dase Ⅰ）或葉酸水解酶，是一種Ⅱ型跨膜蛋白質，能促進谷氨酸的神經傳遞和葉酸的吸收。PSMA 基因位于由葉酸水解酶 1（FOLH 1）基因編碼的 11 號染色體的短臂[6]。盡管單體 PSMA 可以存在于膜表面，但只有同源二聚體形式具有酶活性[7]。該蛋白能夠催化神經肽 N-醋酸-L-天冬氨酸-L-谷氨酸（NAAg）水解為 N-醋酸天冬氨酸（NAA）和谷氨酸[8-9]，作為谷氨酸鹽基肽酶，并從聚甲-谷氨酸鹽水解成交聯的谷胱甘肽，從而產生葉酸。PSMA 在前列腺癌細胞表面及其轉移灶上過度表達，但在唾液、淚腺、腎臟、神經系統、十二指腸和結腸中表達卻非常低[10]。有研究報道，PSMA 的表達水平隨著前列腺癌的進展和 Gleason 評分的升高而增加[11]。此外，當腫瘤發生轉移或者成為去勢抵抗前列腺癌（castration-resistant PCa，CRPC）時，PSMA 的表達水平仍很高，而 PSA 水平卻較低[12]。因此，PSMA 可能作為前列腺癌診斷和治療的一個更理想的靶標，極具科學研究和臨床應用價值
相比于單克隆抗體，PSMA 小分子抑制劑因具有低分子質量、良好的組織穿透性、較快的血液清除率和易于合成等優點，已成為前列腺癌分子影像探針的首選。在過去的幾十年中，藥學和臨床科學家已經開發并系統地評估了用于前列腺癌診斷和治療的 PSMA 小分子抑制劑，按照結構特征主要分為以下三大類（見圖 1）：① 含磷的系列化合物，如磷酸鹽、磷酰胺、磷酸酯等類似物；② 含硫的系列化合物，如巰基、硫醇、磺胺類等衍生物；③ 含脲基的系列化合物，如尿素類衍生物等[13]。由于磷酸鹽等含磷的化合物（如 2-PMPA）具有較高的極性和相對緩慢的動力學，目前主要處于臨床前研究階段[14]。在對含磷化合物構效關系的研究中，研究者發現一種含硫醇基的谷氨酸羧肽酶Ⅱ抑制劑（如 2-MPPA）。盡管含硫類衍生物表現出良好的口服生物利用度和膜滲透性，但這類化合物的穩定性較差且無法特異性結合 PSMA，使得它們的臨床應用受到限制[14]。另一類為類似于 N-乙酰-1-天冬氨酸肽酶Ⅰ的衍生物，由兩種氨基酸通過脲基結合而成（如 Cys-urea-Glu 和 Lys-urea-Glu），該類化合物對 PSMA 親和力和特異性高，且結合活性位點后，可快速內化到細胞中[15]。目前，小分子 PSMA 抑制劑的研究主要集中在含磷和脲基的系列化合物上。
圖1
PSMA 小分子抑制劑的三種典型結構分類
Figure1.
Three typical structural categories of PSMA inhibitors
由于靶向 PSMA 的小分子抑制劑往往具有較好的體內外靶向性，對其進行正電子核素標記并通過 PET/CT 顯像即可無創地檢測患者體內的 PSMA 表達水平和分布特征，為臨床的診斷和治療提供關鍵信息。因此，該類顯像劑的研究是正電子分子探針領域的研究熱點，高靶向性的分子探針正不斷地被研究和報道。
1 含磷的系列衍生物
2009 年，Jones 課題組[16]用 N-琥珀酰-4-18F-氟苯甲酸酯（18F-SFB）和氨基磷酸酯發生縮合反應，得到 18F 標記的 4-18F-氟苯甲酰胺-磷酸胺酯共軛物（見圖 2），放射化學產率（以 18F-SFB 為原料）能達到 90%。荷瘤鼠體內生物分布數據和 PET/CT 顯像結果顯示，注射后 2 h 腫瘤攝取率為（1.24 ± 0.17）%ID/g。盡管腫瘤攝取相對較低，但組織分布研究顯示注射 2 h 后腫瘤與組織和腫瘤與血液的比率高達 9∶1[17]。2015 年，Berkman 課題組[18]用 N-琥珀酰-4-18F-氟苯甲酸酯（18F-SFB）和更長脂肪鏈的氨基磷酸酯發生縮合反應，得到 18F 標記的化合物——18F-CTT-1298（見圖 2），具有更高的 PSMA 親和力和腫瘤攝取率。荷瘤鼠體內生物分布數據和 PET/CT 顯像結果顯示[18]，注射 1 h 后，腫瘤攝取率為（2.35 ± 0.91）%ID/g，腫瘤與血液的比值為 22∶1。注射后 4 h，腫瘤攝取率仍保持相同水平，為（2.33 ± 0.50）%ID/g，但血液清除率非常快，腫瘤與血液的比值為 265∶1。腎組織對示蹤劑的攝取率在 1 h 和 4 h 分別為（18.12 ± 2.21）%ID/g 和（17.17 ± 4.13）%ID/g，而骨骼攝取率保持最小，在 1 h 和 4 h 分別為（0.193 ± 0.080）%ID/g 和（0.050 ± 0.008）%ID/g。
圖2
代表性的含磷的 PSMA 小分子抑制劑配體和標記物
Figure2.
The phosphorous-based PSMA ligands and tracers
2013 年，Sun 課題組[19]通過在雙功能螯合物支架上引入兩分子的 2[（3-氨基-3-羥丙基）（羥基）（亞磷酸酯）-甲基]戊烷-1,5-二酸）（GPI），成功設計并合成了一種新型的 PSMA 靶向成像探針 64Cu-CBT2G（見圖 2），該示蹤劑能克服內源性磷酸鹽競爭，從而使得 GPI 絡合物能夠應用于 PSMA 的荷瘤鼠體內檢測和 PET/CT 顯像。在 LNCaP 細胞競爭結合性實驗中，二聚體（H2CBT2G）比單聚物（H2CBT1G）的 PSMA 結合親和力提高了 4 倍。荷瘤鼠 PET/CT 顯像研究結果表明，注射后 1、4、24 h，64Cu-CBT2G 對 LNCaP 腫瘤的攝取均明顯高于 64Cu-CBT1G（P < 0.05）。此外，64Cu-CBT2G 的腫瘤攝取在 24 h 內處于一個穩定狀態，1、4、24 h 的攝取率分別為（1.46 ± 0.54）、（1.12 ± 0.56）、（1.00 ± 0.50）%ID/g。
2 含脲基的系列衍生物
2002 年，Kozikowski 課題組[20]首次完成了谷氨酸羧肽酶Ⅱ的 11C 標記，通過對標記前體（S）-2-[3-（R）-1-碳氧基-2-甲硫基-2-甲硫基]-戊二酸中的硫醇基進行 11C-甲基化，得到放射標記示蹤劑 11C-MCG（見圖 3），平均放射化學收率為 16%。荷瘤鼠生物體內分布數據和 PET/CT 顯像研究表明，在注射后 30 min，小鼠腎臟（靶組織）、肌肉和血液的攝取率分別為（33.0 ± 5.1）、（0.4 ± 0.1）、（1.1 ± 0.2）%ID/g。
圖3
代表性的含脲基的 PSMA 小分子抑制劑標記物
Figure3.
The urea-based PSMA ligands and tracers
2008 年，Pomer 課題組[21]率先報道合成了 18F 標記的 PSMA 小分子抑制劑，用 18F 標記的 4-氟芐溴和（S）-2-[3-[（R）-1-碳氧基-（4-氟苯硫基）乙基]尿素]戊二酸進行親核加成反應，得到標記化合物 18F-DCFBC（見圖 3），放射化學收率為 16% ± 6%（n = 8）。SCID 小鼠經皮下接種 PSMA+ PC-3 PIP 腫瘤和 PSMA- PC-3 FLU 腫瘤，生物體內分布數據和 PET/CT 顯像結果顯示，18F-DCFBC 在 PIP 腫瘤中攝取率很高，而在 FLU 腫瘤中幾乎未見攝取。在注射 1 h 時，PIP 腫瘤攝取率達到最高值，為（8.16 ± 2.55）%ID/g。5 例轉移性前列腺癌患者 PET/CT 中發現有 21 處可疑轉移病灶符合 PET 常規顯像（見圖 4），與轉移性病灶相一致[22]，另外 11 處病灶多數位于骨內，可被認為對早期骨轉移有一定的提示作用[23]。另外對 26 例轉移性前列腺癌患者進行基線評估[24]，發現 18F-NaF 檢測到的骨損害明顯多于 18F-DCFBC（P < 0.001）。同時作者認為 18F-DCFBC 在轉移性前列腺癌中的應用可能跟患者的病程和治療狀況有關，在早期或轉移去勢前列腺癌治療中發現的骨病變明顯減少，而在晚期轉移去勢耐藥前列腺癌中，18F-DCFBC PET/CT 與 18F-NaF PET/CT 顯示出良好的一致性。
圖4
代表性的含脲基的 PSMA 小分子抑制劑標記物的 PET/CT 顯像
Figure4.
PET/CT images of the urea-based PSMA tracers
為了改善 18F-DCFBC 的藥代動力學，Pomer 課題組[25]開發了第二代 18F 標記的 PSMA 靶向配體——18F-DCFPyL（見圖 3），其具有 Lys-urea-Glu 類似的藥效母核結構。該示蹤劑以 6-[18F]氟代煙酸四氟苯基酯（18F-Py-TFP）為原料，經縮合和脫保護基兩步反應得到，放射化學收率為 36%～53%。與 18F-DCFBC 相比，18F-DCFPyL 對 PSMA 表達的腫瘤細胞親和力高 5 倍[Ki =（1.1 ± 0.1）nmol/L]，在注射 2 h 后體內腫瘤攝取率提高了 8 倍。18F-DCFPyL 在前列腺癌病灶中的積聚速度快且高，部分病灶 SUVmax 大于 100（見圖 4）[26]。與第一代放射性示蹤劑相比，18F-DCFPyL 具有更快的血漿清除率、較低的肝和肌肉聚集率，以及較高的腫瘤與血液和腫瘤與肌肉的比值，這大大提高了懷疑轉移性前列腺癌成像的視覺清晰度。同時，8 例轉移性前列腺癌患者 PEC/CT 的 139 處陽性病灶中，18F-DCFPyL 攝取有 138 個明確病灶和 1 個模糊病灶，而常規顯像中僅發現 45 個病灶（30 例明確，15 例不明）[27]。
為了簡化標記合成的步驟和提高放射化學產率，同時改善 PET 顯像中的腫瘤本底比，Pomer 課題組[28]開發了第三代 18F 標記的 PSMA 靶向配體——18F-YC-88（見圖 3）。以 2-[18F]氟乙基疊氮和含炔基的尿素衍生物為標記前體，通過 Click 化學合成反應，放射化學產率為 14% ± 1%（n = 5）。其 PSMA 的腫瘤細胞親和力 Ki 為 12.9 nmol/L，在腎臟低攝取，具有非靶器官的快速清除率，制備采用相對簡單的一鍋兩步放射合成法，目前該示蹤劑的研究仍在進行中[28]。
2017 年，Kopka 課題組[29]報道了一個新的 18F 標記的 PSMA 小分子抑制劑——18F-PSMA-1007（見圖 3）。該示蹤劑用 18F-Py-TFP 和氨基脲類衍生物通過縮合和水解兩步反應得到，放射化學產率為 5%～10%。在現有報道基于 Glu-脲基結構的 PSMA 靶向示蹤劑中（如 18F-DCFPyL、68Ga-PSMA-HBED-11），18F-PSMA-1007 也同樣具有藥代動力學好、親和力高、特異性強等優點。荷瘤鼠體內外實驗和 PET/CT 顯像結果顯示[29]，18F-PSMA-1007 對 PSMA 的腫瘤細胞親和力 Ki 為（6.7 ± 1.7）nmol/L，且能與 LNCaP 細胞特異性結合，其內化率為 67% ± 6.13%（內化/總結合活性）。在給藥 1 h 后腫瘤攝取率為（8.06 ± 2.4）%ID/g，除腎臟外，所有非靶器官的攝取隨著時間的推移而下降。初步數據表明，尿清除率降低和腫瘤與背景的比率不斷提高有助于在微小腫瘤中的沉積。在 12 例前列腺癌患者中，18F-DCFPyL 和 18F-PSMA-1007 均檢測到相同的 PSMA 陽性病灶，兩者對局部腫瘤、淋巴結轉移和骨轉移的 SUVmax 之差異未見統計學意義（見圖 4）[30]。進一步的臨床研究表明，18F-PSMA-1007 PET/CT 與 68Ga-PSMA-11 相比，對前列腺癌根治術后生化復發（biochemical recurrence，BCR）有更高的檢出率[31]。
盡管對 11C、18F 標記的 PSMA 小分子抑制劑的示蹤劑已有了較系統的研究，但是 68Ga 標記的 PSMA 小分子探針仍有廣泛的研究空間。2012 年，Afsher-Oromieh 課題組[15]報道了 68Ga 標記的 PSMA 小分子抑制劑——68Ga-PSMA-HBED-11（見圖 3），該示蹤劑表現出血液和器官清除率快、肝臟蓄積量低和 PSMA 表達的腫瘤中特異性攝取率高等特點。PET/CT 顯像研究表明（見圖 4）[32]，對伴隨有 PSA 升高的 37 例前列腺癌生化復發和轉移的患者，當 PSA > 2.2 ng/mL 時，該示蹤劑可以得到 100% 的陽性率，而 PSA < 2.2 ng/mL 時，陽性率降至 60%。Pfister 課題組[33]也獲得了相同的實驗結果，68Ga-PSMA-HBED-11 在識別局部復發和轉移性病變方面表現出良好的敏感性、特異性和準確率。此外 Afsher-Oromieh 課題組[34]對 2014 年 1 月至 2017 年 1 月中的 1 007 名生化復發或轉移的前列腺癌患者進行了回顧性分析，68Ga-PSMA-HBED-11 PET/CT 顯像的陽性檢出率為 79.5%，其陽性檢出率與 PSA 水平及持續雄激素剝奪治療有關，而與 Gleason 評分、注射活度、患者年齡和 PSA 倍增時間無關。
綜上所述，含磷類化合物因其較低的腫瘤攝取率和相對緩慢的動力學，目前主要處于臨床前研究階段；含脲基類化合物具有結構易修飾、藥物易開發和腫瘤細胞高攝取等特點而成為研究的熱點，其中 18F-DCFPyL 和 68Ga-PSMA-HBED-11 被認為是前列腺癌 PET/CT 顯像較為理想的示蹤劑。在前列腺癌 PET/CT 顯像中，18F-DCFPyL 不僅血漿清除率高，可以增加信噪比，而且陽性檢出率和病灶 SUVmax 高，在轉移性前列腺癌患者中更具應用價值。68Ga-PSMA-11 制備簡便，且對前列腺癌根治術后生化復發有更高的檢出率，因此在臨床上也表出現良好的應用前景。最終結論還需科學家們進一步的論證。
3 結語與展望
PSMA 是目前前列腺癌診斷和治療較為理想的作用靶標。H2CBT2G、DCFPyL、YC-88、PSMA-1007 和 PSMA-HBED-11 等一系列被 64Cu、18F、68Ga 標記的正電子核素的靶向 PSMA 小分子抑制劑，因具有較高的親和力、內化效率和特異性，在前列腺癌的診斷和治療中已有成功的臨床病例，但其臨床應用還未得到充分的驗證，仍需要大樣本、多中心的臨床研究來提供支撐。由于大部分小分子抑制劑通過泌尿系統排出體外，PSMA 核素顯像將受到來自泌尿系統代謝的核素標記探針的本底信號的影響。因此，開發具有更高選擇性以及更快體內清除速率的正電子核素探針可能是未來發展的方向。同時，由于癌癥的發生和發展是一個多因素、多步驟和多階段的過程，單一的腫瘤診斷標志物具有一定的局限性。當然，前列腺癌 PET/CT 的顯像技術和放射性藥物的研究具有非常廣闊的應用前景，需要化學、藥學和臨床等多學科研究者共同努力，期望得到臨床效果更優的顯像劑和多模式的 PET/CT 顯像，為前列腺癌的診斷提供更多和更有效的信息，提高診斷和治療的準確性，從而提高前列腺癌患者生存質量和降低其病死率。
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
引言
前列腺癌（prostate cancer，PCa）是男性泌尿生殖系統中最為常見的腫瘤，其病死率僅次于肺癌[1]。在我國，雖然前列腺癌的發病率較歐美國家低，但是隨著我國人口老齡化程度日益加深和生活飲食習慣的逐漸改變，前列腺癌的發病率也呈明顯上升趨勢[2-3]。目前，臨床上對前列腺癌患者的綜合評估主要以血清前列腺特異性抗原（prostate-specific antigen，PSA）水平、Gleason 評分及 TNM 分期等作為依據[4]。PSA 檢查雖已廣泛應用于前列腺癌的篩查，但是其不具備前列腺癌的特異性，且患者確診時多處于中晚期。因此，前列腺癌的早期診斷和復發病灶的檢測已成為臨床治療的迫切需求。前列腺特異性膜抗原（prostate-specific membrane antigen，PSMA）由于特異且高效表達于前列腺癌細胞表面，因而成為前列腺癌診斷和治療中較為理想的作用靶標，并在臨床上得到迅速的應用[5]。近年來，隨著放射性藥物化學和正電子發射斷層掃描/計算機斷層掃描（positron emission tomography/computed tomography，PET/CT）技術的快速發展，越來越多具有放射性核素標記的靶向 PSMA 小分子抑制劑的示蹤劑已廣泛應用于前列腺癌的早期診斷、術前分期、療效評估、復發和轉移探測的臨床工作中。
PSMA 又稱谷氨酸羧肽酶Ⅱ（GCP Ⅱ）、N-乙酰-1-天冬氨酸肽酶Ⅰ（NAALA Dase Ⅰ）或葉酸水解酶，是一種Ⅱ型跨膜蛋白質，能促進谷氨酸的神經傳遞和葉酸的吸收。PSMA 基因位于由葉酸水解酶 1（FOLH 1）基因編碼的 11 號染色體的短臂[6]。盡管單體 PSMA 可以存在于膜表面，但只有同源二聚體形式具有酶活性[7]。該蛋白能夠催化神經肽 N-醋酸-L-天冬氨酸-L-谷氨酸（NAAg）水解為 N-醋酸天冬氨酸（NAA）和谷氨酸[8-9]，作為谷氨酸鹽基肽酶，并從聚甲-谷氨酸鹽水解成交聯的谷胱甘肽，從而產生葉酸。PSMA 在前列腺癌細胞表面及其轉移灶上過度表達，但在唾液、淚腺、腎臟、神經系統、十二指腸和結腸中表達卻非常低[10]。有研究報道，PSMA 的表達水平隨著前列腺癌的進展和 Gleason 評分的升高而增加[11]。此外，當腫瘤發生轉移或者成為去勢抵抗前列腺癌（castration-resistant PCa，CRPC）時，PSMA 的表達水平仍很高，而 PSA 水平卻較低[12]。因此，PSMA 可能作為前列腺癌診斷和治療的一個更理想的靶標，極具科學研究和臨床應用價值
相比于單克隆抗體，PSMA 小分子抑制劑因具有低分子質量、良好的組織穿透性、較快的血液清除率和易于合成等優點，已成為前列腺癌分子影像探針的首選。在過去的幾十年中，藥學和臨床科學家已經開發并系統地評估了用于前列腺癌診斷和治療的 PSMA 小分子抑制劑，按照結構特征主要分為以下三大類（見圖 1）：① 含磷的系列化合物，如磷酸鹽、磷酰胺、磷酸酯等類似物；② 含硫的系列化合物，如巰基、硫醇、磺胺類等衍生物；③ 含脲基的系列化合物，如尿素類衍生物等[13]。由于磷酸鹽等含磷的化合物（如 2-PMPA）具有較高的極性和相對緩慢的動力學，目前主要處于臨床前研究階段[14]。在對含磷化合物構效關系的研究中，研究者發現一種含硫醇基的谷氨酸羧肽酶Ⅱ抑制劑（如 2-MPPA）。盡管含硫類衍生物表現出良好的口服生物利用度和膜滲透性，但這類化合物的穩定性較差且無法特異性結合 PSMA，使得它們的臨床應用受到限制[14]。另一類為類似于 N-乙酰-1-天冬氨酸肽酶Ⅰ的衍生物，由兩種氨基酸通過脲基結合而成（如 Cys-urea-Glu 和 Lys-urea-Glu），該類化合物對 PSMA 親和力和特異性高，且結合活性位點后，可快速內化到細胞中[15]。目前，小分子 PSMA 抑制劑的研究主要集中在含磷和脲基的系列化合物上。
圖1
PSMA 小分子抑制劑的三種典型結構分類
Figure1.
Three typical structural categories of PSMA inhibitors
由于靶向 PSMA 的小分子抑制劑往往具有較好的體內外靶向性，對其進行正電子核素標記并通過 PET/CT 顯像即可無創地檢測患者體內的 PSMA 表達水平和分布特征，為臨床的診斷和治療提供關鍵信息。因此，該類顯像劑的研究是正電子分子探針領域的研究熱點，高靶向性的分子探針正不斷地被研究和報道。
1 含磷的系列衍生物
2009 年，Jones 課題組[16]用 N-琥珀酰-4-18F-氟苯甲酸酯（18F-SFB）和氨基磷酸酯發生縮合反應，得到 18F 標記的 4-18F-氟苯甲酰胺-磷酸胺酯共軛物（見圖 2），放射化學產率（以 18F-SFB 為原料）能達到 90%。荷瘤鼠體內生物分布數據和 PET/CT 顯像結果顯示，注射后 2 h 腫瘤攝取率為（1.24 ± 0.17）%ID/g。盡管腫瘤攝取相對較低，但組織分布研究顯示注射 2 h 后腫瘤與組織和腫瘤與血液的比率高達 9∶1[17]。2015 年，Berkman 課題組[18]用 N-琥珀酰-4-18F-氟苯甲酸酯（18F-SFB）和更長脂肪鏈的氨基磷酸酯發生縮合反應，得到 18F 標記的化合物——18F-CTT-1298（見圖 2），具有更高的 PSMA 親和力和腫瘤攝取率。荷瘤鼠體內生物分布數據和 PET/CT 顯像結果顯示[18]，注射 1 h 后，腫瘤攝取率為（2.35 ± 0.91）%ID/g，腫瘤與血液的比值為 22∶1。注射后 4 h，腫瘤攝取率仍保持相同水平，為（2.33 ± 0.50）%ID/g，但血液清除率非常快，腫瘤與血液的比值為 265∶1。腎組織對示蹤劑的攝取率在 1 h 和 4 h 分別為（18.12 ± 2.21）%ID/g 和（17.17 ± 4.13）%ID/g，而骨骼攝取率保持最小，在 1 h 和 4 h 分別為（0.193 ± 0.080）%ID/g 和（0.050 ± 0.008）%ID/g。
圖2
代表性的含磷的 PSMA 小分子抑制劑配體和標記物
Figure2.
The phosphorous-based PSMA ligands and tracers
2013 年，Sun 課題組[19]通過在雙功能螯合物支架上引入兩分子的 2[（3-氨基-3-羥丙基）（羥基）（亞磷酸酯）-甲基]戊烷-1,5-二酸）（GPI），成功設計并合成了一種新型的 PSMA 靶向成像探針 64Cu-CBT2G（見圖 2），該示蹤劑能克服內源性磷酸鹽競爭，從而使得 GPI 絡合物能夠應用于 PSMA 的荷瘤鼠體內檢測和 PET/CT 顯像。在 LNCaP 細胞競爭結合性實驗中，二聚體（H2CBT2G）比單聚物（H2CBT1G）的 PSMA 結合親和力提高了 4 倍。荷瘤鼠 PET/CT 顯像研究結果表明，注射后 1、4、24 h，64Cu-CBT2G 對 LNCaP 腫瘤的攝取均明顯高于 64Cu-CBT1G（P < 0.05）。此外，64Cu-CBT2G 的腫瘤攝取在 24 h 內處于一個穩定狀態，1、4、24 h 的攝取率分別為（1.46 ± 0.54）、（1.12 ± 0.56）、（1.00 ± 0.50）%ID/g。
2 含脲基的系列衍生物
2002 年，Kozikowski 課題組[20]首次完成了谷氨酸羧肽酶Ⅱ的 11C 標記，通過對標記前體（S）-2-[3-（R）-1-碳氧基-2-甲硫基-2-甲硫基]-戊二酸中的硫醇基進行 11C-甲基化，得到放射標記示蹤劑 11C-MCG（見圖 3），平均放射化學收率為 16%。荷瘤鼠生物體內分布數據和 PET/CT 顯像研究表明，在注射后 30 min，小鼠腎臟（靶組織）、肌肉和血液的攝取率分別為（33.0 ± 5.1）、（0.4 ± 0.1）、（1.1 ± 0.2）%ID/g。
圖3
代表性的含脲基的 PSMA 小分子抑制劑標記物
Figure3.
The urea-based PSMA ligands and tracers
2008 年，Pomer 課題組[21]率先報道合成了 18F 標記的 PSMA 小分子抑制劑，用 18F 標記的 4-氟芐溴和（S）-2-[3-[（R）-1-碳氧基-（4-氟苯硫基）乙基]尿素]戊二酸進行親核加成反應，得到標記化合物 18F-DCFBC（見圖 3），放射化學收率為 16% ± 6%（n = 8）。SCID 小鼠經皮下接種 PSMA+ PC-3 PIP 腫瘤和 PSMA- PC-3 FLU 腫瘤，生物體內分布數據和 PET/CT 顯像結果顯示，18F-DCFBC 在 PIP 腫瘤中攝取率很高，而在 FLU 腫瘤中幾乎未見攝取。在注射 1 h 時，PIP 腫瘤攝取率達到最高值，為（8.16 ± 2.55）%ID/g。5 例轉移性前列腺癌患者 PET/CT 中發現有 21 處可疑轉移病灶符合 PET 常規顯像（見圖 4），與轉移性病灶相一致[22]，另外 11 處病灶多數位于骨內，可被認為對早期骨轉移有一定的提示作用[23]。另外對 26 例轉移性前列腺癌患者進行基線評估[24]，發現 18F-NaF 檢測到的骨損害明顯多于 18F-DCFBC（P < 0.001）。同時作者認為 18F-DCFBC 在轉移性前列腺癌中的應用可能跟患者的病程和治療狀況有關，在早期或轉移去勢前列腺癌治療中發現的骨病變明顯減少，而在晚期轉移去勢耐藥前列腺癌中，18F-DCFBC PET/CT 與 18F-NaF PET/CT 顯示出良好的一致性。
圖4
代表性的含脲基的 PSMA 小分子抑制劑標記物的 PET/CT 顯像
Figure4.
PET/CT images of the urea-based PSMA tracers
為了改善 18F-DCFBC 的藥代動力學，Pomer 課題組[25]開發了第二代 18F 標記的 PSMA 靶向配體——18F-DCFPyL（見圖 3），其具有 Lys-urea-Glu 類似的藥效母核結構。該示蹤劑以 6-[18F]氟代煙酸四氟苯基酯（18F-Py-TFP）為原料，經縮合和脫保護基兩步反應得到，放射化學收率為 36%～53%。與 18F-DCFBC 相比，18F-DCFPyL 對 PSMA 表達的腫瘤細胞親和力高 5 倍[Ki =（1.1 ± 0.1）nmol/L]，在注射 2 h 后體內腫瘤攝取率提高了 8 倍。18F-DCFPyL 在前列腺癌病灶中的積聚速度快且高，部分病灶 SUVmax 大于 100（見圖 4）[26]。與第一代放射性示蹤劑相比，18F-DCFPyL 具有更快的血漿清除率、較低的肝和肌肉聚集率，以及較高的腫瘤與血液和腫瘤與肌肉的比值，這大大提高了懷疑轉移性前列腺癌成像的視覺清晰度。同時，8 例轉移性前列腺癌患者 PEC/CT 的 139 處陽性病灶中，18F-DCFPyL 攝取有 138 個明確病灶和 1 個模糊病灶，而常規顯像中僅發現 45 個病灶（30 例明確，15 例不明）[27]。
為了簡化標記合成的步驟和提高放射化學產率，同時改善 PET 顯像中的腫瘤本底比，Pomer 課題組[28]開發了第三代 18F 標記的 PSMA 靶向配體——18F-YC-88（見圖 3）。以 2-[18F]氟乙基疊氮和含炔基的尿素衍生物為標記前體，通過 Click 化學合成反應，放射化學產率為 14% ± 1%（n = 5）。其 PSMA 的腫瘤細胞親和力 Ki 為 12.9 nmol/L，在腎臟低攝取，具有非靶器官的快速清除率，制備采用相對簡單的一鍋兩步放射合成法，目前該示蹤劑的研究仍在進行中[28]。
2017 年，Kopka 課題組[29]報道了一個新的 18F 標記的 PSMA 小分子抑制劑——18F-PSMA-1007（見圖 3）。該示蹤劑用 18F-Py-TFP 和氨基脲類衍生物通過縮合和水解兩步反應得到，放射化學產率為 5%～10%。在現有報道基于 Glu-脲基結構的 PSMA 靶向示蹤劑中（如 18F-DCFPyL、68Ga-PSMA-HBED-11），18F-PSMA-1007 也同樣具有藥代動力學好、親和力高、特異性強等優點。荷瘤鼠體內外實驗和 PET/CT 顯像結果顯示[29]，18F-PSMA-1007 對 PSMA 的腫瘤細胞親和力 Ki 為（6.7 ± 1.7）nmol/L，且能與 LNCaP 細胞特異性結合，其內化率為 67% ± 6.13%（內化/總結合活性）。在給藥 1 h 后腫瘤攝取率為（8.06 ± 2.4）%ID/g，除腎臟外，所有非靶器官的攝取隨著時間的推移而下降。初步數據表明，尿清除率降低和腫瘤與背景的比率不斷提高有助于在微小腫瘤中的沉積。在 12 例前列腺癌患者中，18F-DCFPyL 和 18F-PSMA-1007 均檢測到相同的 PSMA 陽性病灶，兩者對局部腫瘤、淋巴結轉移和骨轉移的 SUVmax 之差異未見統計學意義（見圖 4）[30]。進一步的臨床研究表明，18F-PSMA-1007 PET/CT 與 68Ga-PSMA-11 相比，對前列腺癌根治術后生化復發（biochemical recurrence，BCR）有更高的檢出率[31]。
盡管對 11C、18F 標記的 PSMA 小分子抑制劑的示蹤劑已有了較系統的研究，但是 68Ga 標記的 PSMA 小分子探針仍有廣泛的研究空間。2012 年，Afsher-Oromieh 課題組[15]報道了 68Ga 標記的 PSMA 小分子抑制劑——68Ga-PSMA-HBED-11（見圖 3），該示蹤劑表現出血液和器官清除率快、肝臟蓄積量低和 PSMA 表達的腫瘤中特異性攝取率高等特點。PET/CT 顯像研究表明（見圖 4）[32]，對伴隨有 PSA 升高的 37 例前列腺癌生化復發和轉移的患者，當 PSA > 2.2 ng/mL 時，該示蹤劑可以得到 100% 的陽性率，而 PSA < 2.2 ng/mL 時，陽性率降至 60%。Pfister 課題組[33]也獲得了相同的實驗結果，68Ga-PSMA-HBED-11 在識別局部復發和轉移性病變方面表現出良好的敏感性、特異性和準確率。此外 Afsher-Oromieh 課題組[34]對 2014 年 1 月至 2017 年 1 月中的 1 007 名生化復發或轉移的前列腺癌患者進行了回顧性分析，68Ga-PSMA-HBED-11 PET/CT 顯像的陽性檢出率為 79.5%，其陽性檢出率與 PSA 水平及持續雄激素剝奪治療有關，而與 Gleason 評分、注射活度、患者年齡和 PSA 倍增時間無關。
綜上所述，含磷類化合物因其較低的腫瘤攝取率和相對緩慢的動力學，目前主要處于臨床前研究階段；含脲基類化合物具有結構易修飾、藥物易開發和腫瘤細胞高攝取等特點而成為研究的熱點，其中 18F-DCFPyL 和 68Ga-PSMA-HBED-11 被認為是前列腺癌 PET/CT 顯像較為理想的示蹤劑。在前列腺癌 PET/CT 顯像中，18F-DCFPyL 不僅血漿清除率高，可以增加信噪比，而且陽性檢出率和病灶 SUVmax 高，在轉移性前列腺癌患者中更具應用價值。68Ga-PSMA-11 制備簡便，且對前列腺癌根治術后生化復發有更高的檢出率，因此在臨床上也表出現良好的應用前景。最終結論還需科學家們進一步的論證。
3 結語與展望
PSMA 是目前前列腺癌診斷和治療較為理想的作用靶標。H2CBT2G、DCFPyL、YC-88、PSMA-1007 和 PSMA-HBED-11 等一系列被 64Cu、18F、68Ga 標記的正電子核素的靶向 PSMA 小分子抑制劑，因具有較高的親和力、內化效率和特異性，在前列腺癌的診斷和治療中已有成功的臨床病例，但其臨床應用還未得到充分的驗證，仍需要大樣本、多中心的臨床研究來提供支撐。由于大部分小分子抑制劑通過泌尿系統排出體外，PSMA 核素顯像將受到來自泌尿系統代謝的核素標記探針的本底信號的影響。因此，開發具有更高選擇性以及更快體內清除速率的正電子核素探針可能是未來發展的方向。同時，由于癌癥的發生和發展是一個多因素、多步驟和多階段的過程，單一的腫瘤診斷標志物具有一定的局限性。當然，前列腺癌 PET/CT 的顯像技術和放射性藥物的研究具有非常廣闊的應用前景，需要化學、藥學和臨床等多學科研究者共同努力，期望得到臨床效果更優的顯像劑和多模式的 PET/CT 顯像，為前列腺癌的診斷提供更多和更有效的信息，提高診斷和治療的準確性，從而提高前列腺癌患者生存質量和降低其病死率。
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
