“
点击蓝字 关注我们
顾月清
中国药科大学工学院创始院长，二级教授，博导，国务院政府特殊津贴专家，江苏省“333高层次人才培养工程”第一层次培养对象。国际光学工程协会会员 , 美国光学学会会员 , 中国光学学会高级会员，江苏省计量测试学会理事，江苏省生物医学工程生物光子学会理事。国家自然科学基金，教育部、科技部等基金通讯评议及会议评审专家，多种国际杂志的特约审稿人。获教育部自然科学二等奖、江苏省科学技术二等奖（第一），主持编写《诊断试剂设计原理与制备》规划教材。获得国家自然基金委重点、重大、科技部 973、重点研发计划等 10 余种项目支持；在国际权威杂志Nat Commun, Sci Adv, Angew Chem 等发表 SCI收录论文百余篇；已获得授权发明专利 37 项 ( 转让 6 项 )，软件著作权 4 项。目前，研发的体外 HPV 宫颈癌筛查诊断试剂盒、肺癌甲基化检测试剂盒、手术导航荧光探针等正进行临床转化。
成纤维细胞活化蛋白小分子抑制剂研究与应用进展 PPS
吴梓晗，罗阳，白学东，韩智豪，顾月清 *
（中国药科大学工学院，江苏 南京 210009）
[摘要] 近年来，用于肿瘤诊断和治疗的靶向成纤维细胞活化蛋白放射性核素标记的药物研发迅速发展。这一类药物普遍存在相对保守的结构，但是其结构即使发生细小的改动也会对其药代动力学性质以及生物学功能产生影响。小分子成纤维细胞活化蛋白抑制剂在设计开发过程中存在一定共性。通过对这些设计与开发思路进行总结，希望能够为后续放射性核素标记的成纤维细胞活化蛋白抑制剂以及其他相关核药的研发提供参考。
在过去的十几年中，癌症相关成纤维细胞（ cancer-associated fibroblast ，CAF） 已 经 成 为 一个热门的研究领域。CAF 是肿瘤微环境（ tumor microenvironment ，TME）中最重要的组成部分，能够招募其他成纤维细胞并参与有关免疫逃避、化疗耐药、构建细胞外基质（ extracellular matrix， ECM）以及影响 TME 等过程，是驱动肿瘤发生侵袭和转移的重要因素。在 CAF 参与病理过程时，成纤维细胞活化蛋白（ fibroblast activation protein， FAP）在其中发挥重要作用。FAP 是一种相对分子质量约为 170 000 的Ⅱ型跨膜丝氨酸蛋白酶，其能够特异性切割氨基末端 Gly-Pro 二肽序列， 同时具有 二肽基 肽酶（ dipeptidyl peptidase，DPP， 也称CD26）和内肽酶（ endopeptidase，EP）活性 [1]。
FAP 在多种类型的肿瘤组织中表达上调，但是在哺乳动物健康组织中几乎不表达 [2] 。由于 FAP 定位于细胞膜上，并且在许多肿瘤以及病变组织（纤维化、瘢痕组织等）中表达上调，在多种疾病的影像学诊断及治疗中都展现出良好前景，尤其是在肿瘤领域。因此，鉴于 FAP 在 TME 中的特异性高表达，放射性核素标记的成纤维细胞活化蛋白抑制剂（ fibroblast activation protein inhibitor，FAPI）成为肿瘤诊断与治疗的一种有效手段。
1
成纤维细胞活化蛋白抑制剂研究现状
1.1 喹啉类成纤维细胞活化蛋白抑制剂
Jansen 等 [3] 通过优化筛选得到的化合物 N-（4-喹啉酰基）-甘氨酸-（2-氰基吡咯烷）（1） ，其对FAP 显示出低纳摩尔的亲和力和高选择性，此类抑制剂的出现为放射性核素标记的 FAPI 靶向示踪剂的问世奠定了基础。他们系统研究了不同芳香环骨架对其抑制剂效果和选择性的关系，发现基于喹啉骨架的化合物显示出较优的选择性和细胞活性，由此衍生而来的化合物 UAMC1110（2）被认为是有效的FAPI 之一，并且在诸多放射性偶联 FAPI（例如， FAPI-04、FAPI-21、FAPI-46 等）的设计中得到应用。
1.1.1 FAPI-02 2018 年 9 月， 德 国 海 德 堡 大 学Haberkorn 课 题 组在 N-（ 4-喹 啉 酰基）-甘 氨 酸-（ 2-氰基吡咯烷）的结构基础上，分别设计了 FAPI 放射性示踪剂 125I-FAPI-01（3）和 68Ga/177Lu-FAPI-02用于正电子发射计算机断层显像（ positron emission tomography，PET）或单光子发射计算机断层扫描（ single photon emission computed tomography， SPECT）显像 [4]。其中 125I-FAPI-01 是通过钯催化的溴/锡交换反应，然后在过氧乙酸条件下用 125I 取代锡，最后将反应液通过高效液相色谱纯化，实现热标记。
相 比 于 125I-FAPI-01 ，68Ga-FAPI-02 能 够 实 现更长时间的细胞摄取，表现出更好的药代动力学和生物学特性。体外以及体内试验中， 68Ga-FAPI-02能够快速内化入 FAP 表达细胞，并在荷瘤鼠和转移性上皮癌患者中显示出较高的肿瘤摄取率。相比 于 18F- 氟 代 脱 氧 葡 萄 糖（ 18F-Fludeoxyglucose， 18F-FDG ），68Ga-FAPI-02 在所有正常器官（尤其是脑和肝） 中不摄取或摄取极低，是一种具有前景的肿瘤示踪剂。
1.1.2 FAPI-04 随后，Haberkorn 课题组设计了 13 个FAPI 化合物（FAPI-03 ~ 15） ，试图从延长体内保留时间的角度出发，探究更适用于临床肿瘤治疗的 FAP靶向药物 [5] 。在这 13 个化合物中，主要区别在于：吡咯烷氢原子与氟原子的替换；喹啉 6/7 位氧原子的取代；连接子的替换。其中， 68Ga-FAPI-04 相比于 68Ga-FAPI-02，在将氢原子通过生物电子等排替换成氟原子后，具有更慢的排泄速度和更长的半衰期，在人血清中表现出优异的稳定性。在 HT-1080- FAP 荷瘤鼠 PET 成像实验中，注射 68Ga-FAPI-04 后，肿瘤部位达到了更高的标准摄取值（ standard uptake value ，SUV） ，拥有更长的体内保留时间，非靶组织摄取更低。并且 68Ga-FAPI-04 以及 90Y-FAPI-04 在一名转移性乳腺癌患者中实现了初步的显影效果。 Aso 等 [6] 设计了 一 系列 α 核素 211At 标记的 FAPI （ 211At-FAPI ）。加热条件下，211At 取代前体的硼酸基团即可得到标记产物。
1.1.3 FAPI-21/46 为了进一步增加肿瘤对 FAPI 的摄取和保留，以增强治疗效果，Haberkorn 课题组又设计了一系列新型 FAPI 化合物 [7] 。相比于 FAPI-04，这些化合物主要将杂环段的哌嗪环替换成其他氮杂环（FAPI-20/21/22/23/31/35/36/37/53） ，目的是改变化合物脂水分布系数；或者将喹啉 6 位氧原子进行替换成其他原子（FAPI-39/40/41/46/53/55），从而对喹啉的电子云密度进行微调，改善靶点结合能力以及物理化学性质。在转移性黏液表皮样癌、口咽癌、卵巢癌和结直肠癌患者的临床试验中， 68Ga- FAPI-21/46 在正常组织摄取低，从血液中稳定清除，在肿瘤部位形成高对比度的图像。与先导化合物68Ga-FAPI-04 相 比，68Ga-FAPI-21 和 68Ga-FAPI-46 2种化合物能够起到更好的成像效果。Liu 等 [8] 使用β 核素 177Lu 和 α 核素 225Ac 标记 FAPI-46。在胰腺癌模型鼠中，177Lu-FAPI-46 和 225Ac-FAPI-46 显示出肿瘤抑制作用。
1.1.4 FAPI-34 相比于 PET ，SPECT 是一种成本更低、使用更广的成像方式，因此 99mTc 标记药物是一类十分具有吸引力的示踪剂。Haberkorn 课题组设计了一系列三羰基 99mTc 标记的 FAPI 前体（ FAPI- 19/28/29/33/34/43）[9] 。从 99mTc-FAPI-19 衍生而来的99mTc-FAPI-33 和 99mTc-FAPI-34 具有较高的细胞摄取值。在活体成像中， 99mTc-FAPI-34 相比其他化合物在肝、胆和肠道的摄取较低，在小鼠的肿瘤病灶中摄取显著上升，展现出良好的药代动力学性质。
1.1.5 FAPI-42/74 Haberkorn 课题组设计了 6 种 Al18F标 记 的 FAPI 化 合 物（FAPI-52/72/73/74/75/76），其中包括了 1，4，7-三氮杂环壬烷-三乙酸（ 1，4，7- trizacyclononane-1，4，7-triacetic acid，NOTA）以及6-氟烟酰胺 2 种 18F 的标记方法 [10-11]。在之前的基础上，通过改变喹啉 6 位氧/氮原子、氰基吡咯烷上氢/氟原子以及通过不同的 18F 标记基团，从而调整化合物脂水分配系数，达到最佳的体内代谢效果。除了 FAPI-74 和 FAPI-75 以外，其余候选 FAPI 通过Al18F 标记之后，普遍出现肝肠代谢增加的现象，这可能与脂溶性增加相关。因此，为了加快非靶组织的清除，Zhou 等 [12] 在 FAPI-74 的基础上，通过赖氨酸、天冬氨酸以及聚乙二醇链连接 NOTA 环，得到了 Al18F 标记前体 NOTA-DD/PD-FAPI。相比于临床上使用的 Al18F-FAPI-42，这种新型 18F 标 FAP 示踪剂在体外表现出特异性摄取、高内化率和低外排率，在成像实验中通过肾脏快速清除，表现出高肿瘤/非靶组织信号比。
1.1.6 OncoFAPI 喹啉类 FAPI 通常以氰基脯氨酸为母核，通过酰胺键连接 1 个喹啉环，并在喹啉环的6 位与连接子相连。Millul 等 [13] 从 FAPI 的喹啉环的8 位引出氨基，与连接子相连，得到了一类高亲和力 FAP 小分子配体 OncoFAPI（4） ，实现靶向递送荧光团、核素以及药物。OncoFAPI 喹啉-8-氨基衍生物相比于传统喹啉类 FAPI 喹啉-6-羟基衍生物具有更大的修饰潜力，反应条件更加温和。
为了进一步优化 FAPI 的药代动力学和生物学特性，并增强与受体的亲和能力。 Wang 等 [14] 通过连接子修饰和改变电子云密度的修饰策略构建了一系列新型喹啉 FAPI 的化合物。尝试在喹啉基团附近引入了带有共轭 π 电子云的芳香大分子基团，以改变喹啉基团的电子云密度和空间位阻。此外，还在OncoFAPI 的基础上，在喹啉的 8 位引出氨基，连接包括了聚乙二醇链以及脂肪链在内的连接子。将连接子修饰与引入芳香基团 2 种改造策略相结合，得到了具有良好的肿瘤/器官比率和药代动力学特性的诊断恶性肿瘤示踪剂 DOTA-3-3（5）和 DOTA-8-1（6）。
为了提高肿瘤摄取、获得更好的成像对比度以促进基于 CAF 的临床诊断以及治疗。Du 等 [15] 从喹啉的 8 位引出 2 ~ 3 个甘氨酸连接 DOTAGA（ DOTA- Glu）得到 DOTAGA-FAPI-FUSCC-Ⅰ/Ⅱ。与临床上使用的 68Ga-FAPI-04 相 比，68Ga-FAPI-FUSCC-Ⅱ表现出更高的 FAP 亲和力和肿瘤摄取，具有强大的临床应用潜力。
1.2 硼酸类成纤维细胞活化蛋白抑制剂
Poplawski 等 [16] 发 现 了 化 合 物 Val-boroPro （7） ，其特点是具有 1 个硼脯氨酸的结构。 Trujillo-Benítez 等 [17] 设 计 了 一 种 用 SPECT 显 像的新型 FAPI 示踪剂（ iFAP ，8） ，拓展了硼酸类FAPI 在肿瘤成像中的应用。将丙氨酸-硼脯氨酸的氨基与 HYNIC（hydrazinonicotinamide）缩合即可得到 iFAP 标记前体， 然后通过乙二胺-N，N'-二乙酸（ethylenediamine-N，N'-diacetic acid，EDDA）和Tricine 与 99mTcO4Na 反应，即可得到 99mTc-iFAP。这种方法十分方便快捷，并且能够得到较高的放射化学纯度（98%）。99mTc-iFAP 体内分布代谢过程与已报 道 的 18F-FAPI-46 、68Ga-FAPI-02 和 99mTc-FAPI-34相 当，肿瘤摄取值 分别 为 7.05 % ID · g-1（注射30 min 后） 和 5.18 %ID · g-1 （注射 2 h 后） ，主要通过肾脏快速消除。
为了改善当前 FAPI 示踪剂存在保留时间短而导致治疗效果普遍偏差的问题，Poplawski 等 [18] 设计了一系列硼酸类 FAPI，其中包括了 PNT6555（9）、 PNT6952 和 PNT6522。这类化合物通过 68Ga 标记实现肿瘤诊断，以及通过 177Lu 、225Ac 以及 161Tb 标记进行肿瘤的治疗。这类硼酸类 FAPI 对 FAP 具有较好的亲和力，以及对脯氨酸内肽酶和二肽基肽酶具有较好的选择性。相比与传统喹啉类 FAPI，硼酸类FAPI 在肾脏中能够快速清除，并且在肿瘤组织中具有超长的保留时间，在治疗组中， 225Ac-PNT6555以及 161Tb-PNT6555 有效地延长了荷瘤鼠的生存曲线。目前， 177Lu-PNT6555 已经进入Ⅰ期临床试验（ NCT05432193，POINT Biopharma）。
1.3 多聚化修饰
放射性标记的喹啉类 FAPI 在正常组织中生理摄取低，在肿瘤组织中快速且充分地积累。但是， FAPI 在肿瘤部位清除也很快。靶向放射配体治疗（ targeted radioligand therapy ，TRT）的疗效与药物在肿瘤中的停留时间密切相关。因此，FAPI 在体内快速清除的问题是 FAPI 向肿瘤临床治疗方向转化的主要障碍。通过多聚化的方法得到的核素配体具有更强的靶点亲和能力，增强多价效应，从而增强肿瘤滞留时间，创造更适于治疗的条件，能够提升TRT 疗效。
方酰胺（ squaramide ，SA）是一种平面芳香性结构，可与生物靶标形成多个氢键相互作用，可以作为氨基酸的非经典电子等排体，并且能够增强化合物的溶解性，因此常用于药物设计、改造。 Martin 等 [19] 将 2 个 SA-FAPI 分别连接在 DOTA 环的 2 个羧基上实现了同源二聚化、通过谷氨酸将2 个喹啉 FAPI 连接在 DOTA 环的一个羧基上，实现更高的标记产率和稳定性以及更好的成像效果。
同源二聚化能够延长治疗性核素的肿瘤滞留时间并最大限度地增加癌细胞对辐射的暴露，从而提高治疗效果。2 个 FAPI-04 、FAPI-46 或者 OncoFAPI分子通过赖氨酸与 DOTA 、DOTAGA 或者 NOTA 相连得到了 FAPI 二聚体，例如 FAPI(ND-bisFAP)[20] 、 DOTA-2P-(FAPI-46)2[21] 、BiOncoFAP[22] 、DOTA-2P- (FAPI-04)2[23] 和 HF2[24] 。这些 FAPI 二聚体相比于FAPI 单体具有更高的亲和力、更长的体内循环时间、更高的肿瘤摄取和更长的肿瘤滞留时间。在细胞和动物实验中，展示出明显的抑制肿瘤生长能力，具有更强的临床治疗潜力。
多聚化修饰产生的多价效应能够有效增强肿瘤摄取和保留，Pang 等 [25] 将 4 个 FAPI-46 分子分别通过三聚乙二醇连接 DOTA 或 NOTA，分别以 68Ga 、 64Cu 和 177Lu 标记。在注射 4 h 后，68Ga-(FAPI-46)4肿瘤摄取值显著高于 68Ga-FAPI-46 二聚体和单体。 68Ga-FAPI-46 四聚体具有较大尺寸， 因此拥有更长的循环时间和更强肿瘤富集。
为了探究含哌嗪环连接子的长度以及类型的影响，Tan 等 [26] 设计并合成了 3 种 FAPI-04 二聚体（ FAPI-2 、FAPI-3 、FAPI-5）。它们区别在于分别含有 2 个哌嗪环、含有 1 个哌嗪环和不含哌嗪环。当这一类二聚 FAPI-04 不含哌嗪环时（LNC1013），显示出较高的肿瘤摄取和更好的药代动力学特性。在与 18F-FDG 的头对头比较中，68Ga-LNC1013 在检测原发肿瘤和转移肿瘤方面均有成效，并且可以克服 18F-FDG 存在的一些局限性。与 68Ga-FAPI-46 相比，两者均能检测原发以及转移病灶，并且 68Ga- LNC1013 在肿瘤中摄取更加持久。
1.4 双靶向设计
由于 TME 中存在异质性，并且单靶点放射性示踪剂的应用受到肿瘤受体表达丰度影响，双靶向的设计思路能够更好地提升临床样本中阳性的检出率。此外，多种配体结合的方式能够更好提升示踪剂的亲和力，提高肿瘤组织摄取，提升显像效果。
1.4.1 PSMA-FAP 前列腺特异性膜抗原（ prostate- specific membrane antigen，PSMA）是 一 种在前列腺癌上皮细胞中过表达的Ⅱ型跨膜糖蛋白，同时也在人类实体瘤新生血管内皮上高表达。Hu 等 [27] 将FAPI-42 和 PSMA-BCH 与 NOTA 连接，通过 Al18F标 记 得 到 Al18F-PSMA-FAPI-01/02。 其 能 够 解 决Al18F-FAPI 普遍存在胆肠摄取的问题，通过肾脏快速清除。随后，多种 PSMA 配体与 FAPI偶联的双靶向示踪剂被用于检测 FAP 和 PSMA 高表达的肿瘤[28-30]。
1.4.2 αvβ3-FAP 基于精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD ）序列的整合素 αvβ3 结合显像剂已被开发用于乳腺癌、胶质瘤和肺癌的诊断、分期和疗效评估。Zang等 [31] 通过谷氨酸连接环状 RGD 序列以及FAPI-02骨架，通过氨基与 NOTA-NHS 酯反应，最终得到具有 FAP 和整合素 αvβ3 双重靶向能力的示踪剂 68Ga- NOTA-FAPI-RGD。 与 68Ga-RGDfK 和 68Ga-FAPI-02相比，其肿瘤摄取、肿瘤滞留、靶向效率和药代动力学均显著提高。
1.4.3 SSTR2-FAP 生 长 抑 素 受 体 2（ somatostatin receptor 2 ，SSTR2）是一种存在于大多数癌症（如鼻咽癌、甲状腺癌、乳腺癌）中，定位于细胞膜表面的蛋白，是一种有潜力的成像、治疗靶标。Zhao等 [32] 将 LM3 环肽与喹啉类 FAPI 和 DOTA 共价连接，得到针对 SSTR2 和 FAP 的双靶向示踪剂。同时结合了 LM3 结合片段和 FAP 结合片段后，68Ga- FAPI-LM3 对 SSTR2 蛋白和 FAP 都能实现较强的结合，相比于 68Ga-FAPI-46 和 68Ga-DOTA-LM3 能够实现更高的肿瘤摄取值（14 %ID ·g-1 ）。在鼻咽癌（ nasopharyngeal carcinoma，NPC）患者病理样本中， 13.76% 样本 SSTR2 阳性而 FAP 阴性，5.5% 样本 SSTR2 阴性而 FAP 阳性，因此 SSTR2 和 FAP 双靶向示踪剂能够提供更好的鼻咽癌原发灶和转移灶的检出率。
1.5 白蛋白修饰
白蛋白修饰的方法已经被认为是增加放射性药物肿瘤摄取的可靠策略。为提高肿瘤摄取和体内保留时间，Meng 等 [33] 设计了 3 种 FAPI（ FSDD0I、FSDD1I 和 FSDD3I）。它们分别在 FAPI-04 的基础上，分别通过 0 个、1 个、3 个谷氨酸连接 4-碘苯丁酸。在这 3 个化合物中，68Ga-FSDD0I 比 68Ga-FAPI-04 、 68Ga-FSDD1I 和 68Ga-FSDD3I 表现出更长的体内保留时间和更好的肿瘤摄取，68Ga-FSDD3I 拥有最佳的肿瘤/正常组织比值，在 PET 显像中表现出色。
Wen 等 [34] 设计了几种伊文思蓝修饰的 FAPI- 02 ，它们通过不同的聚乙二醇链连接放射性螯合剂 DOTA（ 177Lu-EB-FAPI-B1/2/3/4 ）。177Lu-EB- FAPI-B1 具有高肿瘤摄取和低正常组织摄取，是一种能够提高治疗效果并减少癌症治疗的副作用的治疗 FAPI 。Xu 等 [35] 设计了 2 种经白蛋白结合剂修饰的 FAPI，它们以 FAPI-04 为基础，并分别通过结合 4-碘苯丁酸（TEFAPI-06）和伊文思蓝（TEFAPI-07）进行优化。其注射 6 d 后，仍然存在肿瘤摄取。相比 177Lu-FAPI-04 在注射 24 h 后摄取即消失。
脂肪酸也是一类经典的白蛋白结合剂，通过改变脂肪酸的长度以及结构，能够有效调节药物的体内循环特性。Zhang 等 [36] 在 FAPI-04 的基础上分别连接了月桂酸（FAPI-C12）和棕榈酸（FAPI-C16 ），通过 68Ga 、86Y 以及 177Lu 标记。与 68Ga-FAPI-04 相比，68Ga-FAPI-C12 和 68Ga-FAPI-C16 的循环时间明显更长，肿瘤摄取显著增强。其中， 177Lu-FAPI-C16相比 177Lu-FAPI-C12 拥有更长的肿瘤滞留时间和更好的疗效，但是存在更强的潜在毒性。
1.6 连接子修饰
2023 年，Wang 等 [14] 通过连接子替换得到了新型 OncoFAPI ， 同 年，Ruan 等 [37] 报 道 了 2 种 99mTc标记 FAPI 衍生配体 L1 和 L2。它们分别在原有喹啉类 FAPI 的结构基础之上，连接了不同长度的（ DPro-Gly）n 连接子，用以提高肿瘤特异性摄取并减少背景摄取。由于 18F-FAPI-42 存在胆囊和胆道摄取的问题，Fu 等 [38] 试图通过引入 2 个天冬氨酸、 1 个谷氨酸和 1 个氨基葡萄糖基团得到 NOTA- FAPTG。Al18F-NOTA-FAPTG 胆囊的摄取明显降低，在肿瘤中的摄取明显升高，在肿瘤中的滞留时间明显延长，在大部分器官中具有良好的肿瘤 / 本底比值。最重要的是对胆囊和胆管系统癌症的 PET 显像更有优势。
1.7 成纤维细胞活化蛋白抑制剂的新型标记方式
1.7.1 六氰基 99mTc 配位 Ruan 等 [39] 通过六氰基 99mTc配位的方法，得到了一种亲水的、高产率、高亲和力的靶向 FAP 肿瘤显像剂。这种六氰基配位的 FAPI通过 6 个含氰基的相同结构，标记 1 个 99mTc 原子，实现了肿瘤部位与非靶部位高对比度成像。
1.7.2 68Ga-HBED-CC 标记 Hong 等 [40] 使用 HBED-CC螯合基团替代 DOTA，得到 HBED-CC-FAPI，实现68Ga 的标记。通过这种标记方式，能够实现稳定、快速和高产率的标记，标记产物具有较高的稳定性。与 DOTA-FAPI 相 比，HBED-CC-FAPI 能够实现更高的肿瘤摄取和体内滞留。
1.7.3 99mTc-HYNIC 标记 HYNIC 作为 一 种常用的99mTc 标记配体，具有标记产率高、制备和标记简单的特点。除了前述的 99mTc-HYNIC-iFAP[17] 以及北京师范大学张俊波课题组设计的 HYNIC-FAPI[37, 41-42]，还有多项关于 HYNIC-FAPI 的研究。
2023 年，Jiang 等 [43] 通 过 HYNIC 基 团 替换 FAPI-04 分子中的 DOTA 得到了 99mTc 标前体HYNIC-FAPI，实现了 SPECT/CT 的成像。同年， Yang 等 [44] 采用与 18F-FAPTG[38] 相同的修饰策略，连接 3 个极性氨基酸以及 1 个葡萄糖分子，得到 99mTc-HYNIC 标记的 FAPI（ 99mTc-HYNIC-Glc-FAPT ）。此外，研究人员还分别比较了两分子 Tricine 配位以及 EDDA/Tricine 配位的标记方式。结果得出 99mTc- Tricine/EDDA-HYNIC-Glc-FAPT 能够实现长时间的高肿瘤摄取 [ 肿瘤摄取值为（ 10.41±1.46）%ID · g-1， 6 h] ，并且在非靶器官快速清除。Ma 等 [45] 基于FAPI-04 设计了 99mTc 标记的 SPECT 显像示踪剂HFAPi。与 18F-FDG 相比，99mTc-HFAPi 对乳腺癌患者淋巴结转移灶的检出更具优势。
1.7.4 亲核取代标记 Zhang 等 [46] 通过 18F 亲核取代反应一步得到新型 FAP 靶向示踪剂（ 18F-3）。其过程是将硼酸酯前体通过铜介导的 SNAr 反应一步得到。相比于其他连接螯合基团的 FAPI，这种方法缺少了水溶性的片段，使其具有中度的亲脂性，因此研究者尝试利用其穿透血脑屏障的能力应用于 FAP阳性脑肿瘤显像。
1.7.5 多核素标记 由于目前的大部分治疗性核素难以通过 PET 进行监测体内分布，并且治疗性核素螯合后可能对诊断性核素的药代动力学产生不可忽视的影响，因此目前难以有效地监测治疗性核素的体内分布。通过诊断性核素和治疗性核素结合的方式，能够更好地评估放射性药物的体内药效学和药代动力学，为临床治疗提供更好的指导。
Yang 等 [47] 设 计 了 1 种 含 有 有 机 硅- 氟 受体（ organosilicon-based fluoride acceptor ，SiFA）和DOTAGA 螯合剂的 FAP 靶向配体 LuFL，能够实现18F 和 177Lu 的标记。其中 SiFA 基团能够实现高效、稳定的 18F 标记。这种结合 2 种标记基团的设计，能够分别地用于诊断或者治疗，并且在体内呈现相同的生物分布。
由于 α 核素中多数不能发射正电子，并且注射剂量远小于 β 核素，因此难以通过 PET 或者 SPECT成像。Liu 等 [48] 设计了 FT-FAPI，即通过引入 18F 标记的有机三氟硼酸盐基团，通过 PET 成像追踪 α 放射性核素，监测药物分布，以开发最佳靶向 α 治疗药物。相比于 FAPI-04，FT-FAPI 引入了氨甲基三氟硼酸盐（AMBF3 ），能够实现一步法 18F 的快速标记，在原有的 DOTA螯合剂的基础上，实现治疗性核素 213Bi 的标记。引入了 AMBF3 基团后，能够显著降低胃肠道的摄取，并且提高肿瘤组织的摄取。这种AMBF3 的标记方法通过点击化学的方法与配体一步相连，标记上 18F 后，无需高效液相色谱纯化，即可得到高收率、高比活度和高纯度的示踪剂。
1.7.6 硫 [18F] 氟化物交换反应标记 Craig 等 [49] 将FAPI-04 的 DOTA 环替换为芳基氟硫酸盐基团，通过硫 [18F] 氟化物交换反应（ sulfur 18F-fluoride exchange ，18F-SuFEx） 实 现 前 体 分 子 中 18F-19F 的同位素交换。这个标记方法具有反应时间短、标记产率高、反应条件温和的特点，能够实现模块化标记。
1.7.7 点击化学标记 Poulie 等 [50] 设计了包含反式环 辛 烯（ trans-cyclooctene ，TCO） 的 前 体 FAPI- TCO，通过点击化学的方法标记含有 18F 的四嗪化合物。这种标记方法通过第尔斯-阿尔德反应（ Diels- Alder reaction）连接前体分子以及核素基团，具有反应条件温和、反应时间短、反应特异性强的特点。通过这种模块化标记方法，可以通过更换不同四嗪分子，轻易实现不同卤素核素（ 18F 、131I 、211At 等）的标记。
1.7.8 双模态设计 Zhang 等 [51] 设计了 PET/ 荧光双模态示踪剂 FAPI-FAM。他们在 FAPI-04 的基础上通过赖氨酸连接 DOTA 以及近红外染料羧基荧光素（ carboxyfluorescein，FAM） ，实现了术前 PET 检测以及术中荧光定位。这两种成像方式的体内分布效果具有高度一致性，其出色的靶向能力能够实现较高的肿瘤 / 背景对比度。FAPI-FAM 能够使术前使用 PET 成像检测到的病灶在手术中可以清晰地可视化，有利于精准诊断和切除。
2
结语与展望
从最初的 FAP 与 CD26 的选择性小分子抑制剂，到靶向 FAP 示踪剂，到最后各种方式修饰的靶向 FAP 放射性治疗药物，FAP 已经成为近年来核素诊疗的热点。不同 FAPI 的研发过程能为后续FAPI 的设计改造以及其他核素诊疗靶点的开发提供思路。
目前靶向 FAP 的配体的研究，除了小分子抑制剂以外，还有蛋白、多肽等配体。131I-Sibrotuzumab （ NCT02209727 ）、89Zr-F19 等 抗 体 偶 联 核 素 诊疗方法陆续被开发。而靶向 FAP 的多肽配体在核素诊疗方面受到更广泛的关注。其中，由 3B Pharmaceuticals 公司研发的环肽 177Lu-FAP-2286 在临床试验中展示出出色的治疗效果。由于喹啉类 FAPI小分子示踪剂在肿瘤中的停留时间短，并不适用于半衰期大于 24 h 的放射性核素。因此，环肽具有更长的肿瘤滞留时间，对肿瘤产生更强的抑制作用，在 FAP 阳性肿瘤治疗方面具有更高的临床价值。
FAP 表达于 90% 上皮癌的 CAF 中，因此 FAP是一种泛肿瘤靶点，FAPI 核药具有广泛的肿瘤适应证。 其 中，18F-FAPI-74 和 68Ga-FAPI-46 已经处于Ⅱ期临床研究阶段。诺华以 60 亿美元收购 Endocyte （ 177Lu-PSMA-617），3B Pharmaceuticals 公司以 1 200 万美元的价格将 FAP-2286 授权给 Clovis Oncology 公司等，证明了放射性示踪剂和放射性治疗药物是一个巨大的市场。随着基础研究的深入以及临床研究的推进，靶向 FAP 的放射性药物在未来核素诊疗领域将扮演重要角色。
参考文献：
[1] Šimková A, Bušek P, Šedo A, et al. Molecular recognition of fibroblast activation protein for diagnostic and therapeutic applications[J]. Biochim Biophys Acta Proteins Proteom, 2020, 1868(7): 140409.
[2] Busek P, Mateu R, Zubal M, et al. Targeting fibroblast activation protein in cancer-prospects and caveats[J]. Front Biosci (Landmark Ed), 2018, 23(10): 1933-1968.
[3] Jansen K, Heirbaut L, Cheng J D, et al. Selective inhibitors of fibroblast activation protein (FAP) with a (4-quinolinoyl)-glycyl-2- cyanopyrrolidine scaffold[J]. ACS Med Chem Lett, 2013, 4(5): 491-
496.
[4] Loktev A, Lindner T, Mier W, et al. A tumor-imaging method targeting cancer-associated fibroblasts[J]. J Nucl Med, 2018, 59(9): 1423-1429.
[5] Lindner T, Loktev A, Altmann A, et al. Development of quinoline based theranostic ligands for the targeting of fibroblast activation protein[J]. J Nucl Med, 2018, 59(9): 1415-1422.
[6] Aso A, Nabetani H, Matsuura Y, et al. Evaluation of astatine-211- labeled fibroblast activation protein inhibitor (FAPI): comparison of different linkers with polyethylene glycol and piperazine[J]. Int J Mol Sci, 2023, 24(10): 8701.
[7] Loktev A, Lindner T, Burger E M, et al. Development of fibroblast activation protein-targeted radiotracers with improved tumor retention[J]. J Nucl Med, 2019, 60(10): 1421-1429.
[8] Liu Y, Watabe T, Kaneda-Nakashima K, et al. Fibroblast activation protein targeted therapy using [177Lu] FAPI-46 compared with [225Ac]
FAPI-46 in a pancreatic cancer model[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2022, 49(3): 871-880.
[9] Lindner T, Altmann A, Krämer S, et al. Design and development of99m Tc-labeled FAPI tracers for SPECT imaging and 188Re therapy[J]. J Nucl Med, 2020, 61(10): 1507-1513.
[10] Lindner T, Altmann A, Giesel F, et al. 18F-labeled tracers targeting fibroblast activation protein[J]. EJNMMI Radiopharm Chem, 2021, 6(1): 26.
[11] Giesel F L, Adeberg S, Syed M, et al. FAPI-74 PET/CT using either 18 F-AlF or cold-kit 68Ga labeling: biodistribution, radiation dosimetry, and tumor delineation in lung cancer patients[J]. J Nucl Med, 2021, 62(2): 201-207.
[12] Zhou H, Zhong J, Peng S, et al. Synthesis and preclinical evaluation of novel 18F-labeled fibroblast activation protein tracers for positron emission tomography imaging of cancer-associated fibroblasts[J]. Eur J Med Chem, 2024, 264: 115993.
[13] Millul J, Bassi G, Mock J, et al. An ultra-high-affinity small organic ligand of fibroblast activation protein for tumor targeting applications[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2021, 118(16): e2101852118.
[14] Wang Y, Yuan H, Liu N, et al. High affinity and FAP-targeted radiotracers: a potential design strategy to improve the pharmacokinetics and tumor uptake for FAP inhibitors[J]. J Med Chem, 2023, 66(13): 8614-8627.
[15] Du X, Gu B, Wang X, et al. Preclinical evaluation and a pilot clinical positron emission tomography imaging study of [68Ga] Ga-FAPI
FUSCC-II[J]. Mol Pharm, 2024, 21(2): 904-915.
[16] Poplawski S E, Lai J H, Li Y, et al. Identification of selective and potent inhibitors of fibroblast activation protein and prolyl oligopeptidase[J]. J Med Chem, 2013, 56(9):3467-77.
[17] Trujillo-Benítez D, Luna-Gutiérrez M, Ferro-Flores G, et al. Design, synthesis and preclinical assessment of 99mTc-iFAP for in vivo fibroblast activation protein (FAP) imaging[J]. Molecules, 2022, 27(1): 264.
[18] Poplawski S E, Hallett R M, Dornan M H, et al. Preclinical development of PNT6555, a boronic acid-based, fibroblast activation protein-α (FAP)-targeted radiotheranostic for imaging and treatment of FAP-positive tumors[J]. J Nucl Med, 2024, 65(1): 100-108.
[19] Martin M, Ballal S, Yadav M P, et al. Novel generation of FAP inhibitor-based homodimers for improved application in radiotheranostics[J]. Cancers (Basel), 2023, 15(6): 1889.
[20] Li H, Ye S, Li L, et al. 18F- or 177Lu-labeled bivalent ligand of blast activation protein with high tumor uptake and retention[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2022, 49(8): 2705-2715.
[21] Zhao L, Niu B, Fang J, et al. Synthesis, preclinical evaluation, and a pilot clinical PET imaging study of 68Ga-labeled FAPI dimer[J]. J
Nucl Med, 2022, 63(6): 862-868.
[22] Galbiati A, Zana A, Bocci M, et al. A dimeric FAP-targeting small molecule radioconjugate with high and prolonged tumor uptake[J]. J Nucl Med, 2022, 63(12): 1852-1858.
[23] Zhong X, Guo J, Han X, et al. Synthesis and preclinical evaluation of a novel FAPI-04 dimer for cancer theranostics[J]. Mol Pharm, 2023, 20(5): 2402-2414.
[24] Meng L, Fang J, Zhang J, et al. Rational design and comparison of novel 99mTc-labeled FAPI dimers for visualization of multiple tumor
types[J]. J Med Chem, 2024, 67(10): 8460-8472.
[25] Pang Y, Zhao L, Fang J, et al. Development of FAPI tetramers to improve tumor uptake and efficacy of FAPI radioligand therapy[J]. J Nucl Med, 2023, 64(9): 1449-1455.
[26] Tan Y, Li J, Zhao T, et al. Clinical translation of a novel FAPI dimer [68Ga] Ga-LNC1013[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2024, 51(9): 2761-2773.
[27] Hu K, Li L, Huang Y, et al. Radiosynthesis and preclinical evaluation of bispecific PSMA/FAP heterodimers for tumor imaging[J]. Pharmaceuticals (Basel), 2022, 15(3): 383.
[28] Wang P, Wang S, Liu F, et al. Preclinical evaluation of a fibroblast activation protein and a prostate-specific membrane antigen dual targeted probe for noninvasive prostate cancer imaging[J]. Mol Pharm, 2023, 20(2): 1415-1425.
[29] Boinapally S, Lisok A, Lofland G, et al. Hetero-bivalent agents targeting FAP and PSMA[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2022,
49(13): 4369-4381.
[30] Verena A, Zhang Z, Kuo H T, et al. Synthesis and preclinical evaluation of three novel 68Ga-labeled bispecific PSMA/FAP targeting tracers for prostate cancer imaging[J]. Molecules, 2023,
28(3): 1088.
[31] Zang J, Wen X, Lin R, et al. Synthesis, preclinical evaluation and radiation dosimetry of a dual targeting PET tracer [68Ga] Ga-FAPI RGD[J]. Theranostics, 2022, 12(16): 7180-7190.
[32] Zhao L, Pang Y, Fang J, et al. Design, preclinical evaluation, and clinical translation of 68Ga-FAPI-LM3, a heterobivalent molecule for
PET imaging of nasopharyngeal carcinoma[J]. J Nucl Med, 2024, 65(3): 394-401.
[33] Meng L, Fang J, Zhao L, et al. Rational design and pharma comodulation of protein-binding theranostic radioligands for targeting the fibroblast activation protein[J]. J Med Chem, 2022, 65(12): 8245-8257.
[34] Wen X, Xu P, Shi M, et al. Evans blue-modified radiolabeled fibroblast activation protein inhibitor as long-acting cancer therapeutics[J]. Theranostics, 2022, 12(1): 422-433.
[35] Xu M, Zhang P, Ding J, et al. Albumin binder-conjugated fibroblast activation protein inhibitor radiopharmaceuticals for cancer therapy[J]. J Nucl Med, 2022, 63(6): 952-958.
[36] Zhang P, Xu M, Ding J, et al. Fatty acid-conjugated radiopharmaceuticals for fibroblast activation protein-targeted radiotherapy[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2022, 49(6): 1985-1996.
[37] Ruan Q, Wang Q, Jiang Y, et al. Synthesis and evaluation of 99mTc labeled FAP inhibitors with different linkers for imaging of fibroblast activation proteins in tumors[J]. J Med Chem, 2023, 66(7): 4952-4960.
[38] Fu L, Huang J, Liu Q, et al. Radiosynthesis, preclinical evaluation and pilot clinical PET imaging study of a 18F-labeled tracer targeting
fibroblast activation protein[J]. Bioorg Chem, 2023, 141: 106878.
[39] Ruan Q, Feng J, Jiang Y, et al. Preparation and bioevaluation of 99mTc labeled FAP inhibitors as tumor radiotracers to target the fibroblast activation protein[J]. Mol Pharm, 2022, 19(1): 160-171.
[40] Hong H, Zha Z, Zhao R, et al. [68Ga] Ga-HBED-CC-FAPI derivatives with improved radiolabeling and specific tumor uptake[J]. Mol
Pharm, 2023, 20(4): 2159-2169.
[41] Ruan Q, Zhou C, Wang Q, et al. A simple kit formulation for preparation and exploratory human studies of a novel 99mTc-labeled fibroblast activation protein inhibitor tracer for imaging of the fibroblast activation protein in cancers[J]. Mol Pharm, 2023, 20(6): 2942-2950.
[42] Ruan Q, Ding D, Diao L, et al. Synthesis and preclinical evaluation of novel 99mTc-labeled FAPI-46 derivatives with significant tumor uptake
and improved tumor-to-nontarget ratios[J]. J Med Chem, 2024, 67(4):3190-3202.
[43] Jiang Y, Tian Y, Feng B, et al. A novel molecular imaging probe [99mTc] Tc-HYNIC-FAPI targeting cancer-associated fibroblasts[J]. Sci Rep, 2023, 13(1): 3700.
[44] Yang X, Li G, Ruan C, et al. Formulation and preclinical testing of Tc-99m-labeled HYNIC-glc-FAPT as a FAP-targeting tumor radiotracer[J]. Bioconjug Chem, 2023, 34(11): 2133-2143.
[45] Ma M, Yang G, Zhao M, et al. Synthesis and preliminary study of 99m Tc-labeled HYNIC-FAPi for imaging of fibroblast activation proteins in tumors[J]. Mol Pharm, 2024, 21(2): 735-744.
[46] Zhang N, Pan F, Pan L, et al. Synthesis, radiolabeling, and evaluation of a (4-quinolinoyl)glycyl-2-cyanopyrrolidine analogue for fibroblast activation protein (FAP) PET imaging[J]. Front Bioeng Biotechnol, 2023, 11: 1167329.
[47] Yang T, Peng L, Qiu J, et al. A radiohybrid theranostics ligand labeled with fluorine-18 and lutetium-177 for fibroblast activation protein targeted imaging and radionuclide therapy[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2023, 50(8): 2331-2341.
[48] Liu Y, Tang H, Song T, et al. Organotrifluoroborate enhances tumor targeting of fibroblast activation protein inhibitors for targeted
radionuclide therapy[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2023, 50(9): 2636-2646.
[49] Craig A, Kogler J, Laube M, et al. Preparation of 18F-labeled tracers targeting fibroblast activation protein via sulfur [18F] fluoride exchange reaction[J]. Pharmaceutics, 2023, 15(12): 2749.
[50] Poulie C B M, Shalgunov V, Elvas F, et al. Next generation fibroblast activation protein (FAP) targeting PET tracers - The tetrazine ligation allows an easy and convenient way to 18F-labeled (4-quinolinoyl) glycyl-2-cyanopyrrolidines[J]. Eur J Med Chem, 2023, 262: 115862.
[51] Zhang X, Huang J, Gong F, et al. Synthesis and preclinical evaluation of a novel PET/fluorescence dual-modality probe targeting fibroblast activation protein[J]. Bioorg Chem, 2024, 146: 107275.
美编排版：王子怡
感谢您阅读《药学进展》微信平台原创好文，也欢迎各位读者转载、引用。本文选自《药学进展》2025年第 9 期。
《药学进展》杂志由教育部主管、中国药科大学主办，中国科技核心期刊（中国科技论文统计源期刊）。刊物以反映药学科研领域的新方法、新成果、新进展、新趋势为宗旨，以综述、评述、行业发展报告为特色，以药学学科进展、技术进展、新药研发各环节技术信息为重点，是一本专注于医药科技前沿与产业动态的专业媒体。
《药学进展》注重内容策划、加强组稿约稿、深度挖掘、分析药学信息资源、在药学学科进展、科研思路方法、靶点机制探讨、新药研发报告、临床用药分析、国际医药前沿等方面初具特色；特别是医药信息内容以科学前沿与国家战略需求相合，更加突出前瞻性、权威性、时效性、新颖性、系统性、实战性。根据最新统计数据，刊物篇均下载率连续三年蝉联我国医药期刊榜首，复合影响因子1.216，具有较高的影响力。
《药学进展》编委会由国家重大专项化学药总师陈凯先院士担任主编，编委由新药研发技术链政府监管部门、高校科研院所、制药企业、临床医院、CRO、金融资本及知识产权相关机构近两百位极具影响力的专家组成。
联系《药学进展》↓↓↓
编辑部官网：pps.cpu.edu.cn；
邮箱：yxjz@163.com；
电话：025-83271227。
欢迎投稿、订阅！
往期推荐
聚焦“第七届药学前沿学术论坛暨《药学进展》编委会会议”
聚力前沿赛道，共启学术新程：第七届药学前沿学术论坛在南京隆重启幕
承学术匠心，启时代新章：《药学进展》第七届编委会、第三届青年编委会成立大会在宁召开
聚焦“兴药为民·2023生物医药创新融合发展大会”“兴药为民·2023生物医药创新融合发展大会”盛大启幕！院士专家齐聚杭城，绘就生物医药前沿赛道新蓝图“兴药强刊”青年学者论坛暨《药学进展》第二届青年编委会议成功召开“兴药为民·2023生物医药创新融合发展大会”路演专场圆满收官！校企合作新旅程已启航
我知道你在看哟
