Lutetium-177 DOTA girentuximab

题名：Astatine-211-Towards In Vivo Stable Astatine-211 Labeled Radiopharmaceuticals and Their (Pre)Clinical Applications  作者：Marius Müller 1 2, Nadia Bom Pedersen 1 2 3, Vladimir Shalgunov 2, 等  出处：Review Med Res Rev. 2026 Jan;46(1):203-237.  DOI: 10.1002/med.70008  7 碳-砹211 键的稳定性 形成碳-砹键的合成方法有多种。然而，使用 211At标记的放射性药物的一个主要限制在于体内脱卤。当211At从放射性标记化合物中释放出来时，会在健康组织中积累，尤其是甲状腺和胃部，从而导致脱靶毒性。这一挑战在苯基和烷基卤素键的 BDE 中有所体现（表 4）[18]。砹键主要局限于sp2‐hybridized 碳而非 sp3‐hybridized 一次碳，因为sp3‐hybridized 中砹-碳键的 BDE 对于生物医学应用来说太低了 [27, 115]。此外，值得注意的是，砹是最大的卤素，其原子半径与苯环相当（表 4）[20]。这种较大的原子尺寸可能会影响 211At在放射性药物中的掺入，并可能影响其靶向特性。 在甲状腺和胃中，游离砹的摄取量与游离碘相当[27, 155]。然而，与碘不同的是，游离砹还会在脾脏和肺部蓄积。这可能是因为在体内，砹离子（At−）会被氧化成砹（At），从而促进其向这些额外器官的分布[27]。为了说明碳-砹键在体内稳定性低于碳-碘键所带来的挑战，已对碘化和砹化苯甲酸衍生物的体内稳定性进行了评估。虽然碘化衍生物表现出良好的体内稳定性，但其砹化对应物则会发生显著的脱砹现象[90, 148]。为了减少未结合砹的蓄积，可在使用砹化药物前给予阻断剂，如碘化钾或左旋甲状腺素钠，以预先饱和甲状腺。这种碘阻断策略在使用用于神经母细胞瘤治疗的放射性药物间碘苄胍（meta-[123I]碘苄胍，MIBG）和诊断治疗性放射性药物之前，已在临床实践中得到广泛应用[156]。在一项临床前研究中，Watabe 等人研究表明，在正常雄性 ICR 小鼠中预先给予碘化钠可使甲状腺对游离 211At 的摄取减少 81%（这可能是由于示踪剂的去稳定化所致）[157]。尽管使用阻断剂有助于减少脱靶蓄积，但该方法无法解决核心挑战 —— 即阻止体内的脱砹反应。 表 4 卤素的原子半径、与苯环的大小比较以及苯基卤素键和烷基卤素键的键解离能 [20, 27] 。 图 15 （A）去放射性碘化机制的假说。砹的氧化态从 211At 升至 +III 价，使碳-砹键易于发生均裂 [19, 148]。（B）假定预氧化化合物对体内进一步氧化具有更强的抗性 [149]。 砹的去放射性标记的化学和生物学机制尚不清楚。提出的解释包括砹碳键的解离能低于碘碳键（表 4），以及可能存在未被识别的酶的作用[148]。鉴于砹是自然界中最稀有的元素，存在特异性砹酶的可能性不大。然而，参与碘代谢的酶也可能对相应的砹衍生物具有亲和力。例如，钠碘同向转运体已知既能识别碘又能识别砹[148, 158, 159]。此外，细胞色素 P-450（CYPs）已被证明能催化碘苯氧化为碘苯二氧化物。由于较重的卤素更易被氧化，这些 CYPs 可能也会促进标记有砹的放射性药物的氧化[148, 160]。 砹苯和碘苯的建议键解离能（BDE）分别为 44.9 ± 5.1 和 61.1 ± 4.7 千卡/摩尔，这表明其稳定性存在显著差异[148]。然而，这些数值并不能解释为何 [211At]astatobenzoate‐labeled 蛋白质在血液中相对稳定，而在基于细胞的检测中却并非如此[148]。例如，模型化合物 3-[ 211At] - 乙基砹苯甲酸酯在类似芬顿反应的氧化条件下，即三价铁离子催化过氧化氢反应时，会显著释放出游离的 211At。这些条件模拟了溶酶体内的氧化环境[148]。相反，在相同条件下，3-乙基碘苯甲酸酯未观察到明显的脱碘现象。这表明氧化在脱砹过程中起着关键作用，可能通过图 15A 所示的机制进行。在这个提出的路径中，苯基结合的 211At 首先被氧化至 +III 氧化态，随后碳-卤素键发生均裂。碳-砹键（28.2 千卡/摩尔）的键解离能低于碳-碘键（37.8 千卡/摩尔），这有利于该键的断裂[19, 148]。实际上，在 37°C 时，砹化合物的解离速率要高出 6×10⁶ 倍[148]。这支持了观察到的趋势：虽然碳碘键更稳定，但碳砹键更容易断裂，这或许可以解释为何在存在活性氧物质的溶酶体中会有砹的释放[148]。 如前所述，体内 211At-astatoarene 化合物的氧化可能会导致 211At 去放射性。为了进一步探究这一现象，Li等人[149]比较了 211At-astatoxyarenes 与其相应的 125I-iodoxy 衍生物在体内的稳定性。其中放射性卤素预先被氧化至+V氧化态[149]。其中，¹²⁵I 标记的碘氧基衍生物在体内可抵抗脱碘反应并保持稳定，而 ²¹¹At 标记的砹氧基衍生物则出现了显著的分解现象。值得注意的是，该砹化衍生物的体内生物分布特征与 [²¹¹At] 高砹酸钠（[²¹¹At] NaAtO₃）极为相似。这一结果表明，该化合物在体内会转化为高砹酸根离子（AtO₃⁻），即其在体内同时发生了氧化反应与脱砹反应 [149]。 7.1 减少体内药物失活的策略 多年来，研究人员已开发出多种策略以减轻或阻止脱砹反应的发生。其中一种策略是利用带电物种的特性，减少放射性标记代谢产物的胞吐作用 [130]。具体而言，Vaidyanathan 等人证实，胍基甲基官能团化修饰可提升砹化化合物的稳定性 [161,162]。另一种策略则是引入新戊二醇骨架，该策略凸显了羟基在增强化合物抗细胞色素 P450（CYP）介导代谢稳定性方面的关键作用 [90]。此外，稳定的硼笼衍生物也已被研发成功，这类衍生物以键能更强的硼 - 砹键取代了原有的碳 - 砹键 [163]。下文将详细探讨这些策略，同时阐述其旨在进一步降低脱砹反应发生率的核心作用机制。 7.1.1 胍基甲基官能团化修饰 依托美国食品药品监督管理局（FDA）已批准的治疗神经母细胞瘤的放射性药物 [¹³¹I] 碘苄胍（[¹³¹I] MIBG）的成功研发经验，Vaidyanathan 等人 [141] 开发出一种砹化衍生物 —— 间位 -[²¹¹At] 砹代苄基胍（[²¹¹At] MABG）。其初始合成采用两步法工艺：首先对 3-（三正丁基锡烷基）苄胺进行砹化，随后构建胍基官能团（见图 16）[141,151]。为便于从有机锡前体中分离纯化产物，研究团队采用了试剂盒化制备策略，将锡前体固定于固相载体上。该方法的放射化学收率（RCY）可达 63±9%[164]。后续研究对合成工艺进行了简化，以 1-[3-（三甲基硅基）] 苄基胍为前体实现了一步法合成。在优化后的反应条件（以三氟乙酸（TFA）为反应体系、N - 氯代琥珀酰亚胺（NCS）为氧化剂、70℃下进行标记）下，该方法的放射化学纯度（RCC）达到 88±4%（见图 16）[141]。 引入胍甲基假连接基的最初理由是减少细胞内化后溶酶体内的氧化分解。带电的分解产物，如质子化的胍（pKa ≈ 13），在酸性溶酶体环境中不太可能通过胞吐作用排出，因为它们无法有效地穿过溶酶体膜[165, 166]。因此，在 211At 标记的放射性药物中引入胍甲基官能团，可能在载体降解后将 211At 捕获在细胞内，从而减少脱靶积累[129]。然而，这种机制需要放射性标记化合物先被内化。此外，胍甲基基团可能通过提供空间位阻来增强稳定性，从而防止去稳定化[66]。 Yssartier 等人[89]最近提出了一种胍基稳定作用的替代机制，其灵感来源于脱碘酶对碘代芳烃底物的脱碘作用。具体而言，1 型和 3 型碘甲状腺原氨酸脱碘酶催化甲状腺激素中苯环结合的碘原子的还原消除（图 17A）[167]。在此机制中，酶催化位点中的硒代半胱氨酸残基通过卤素键与碘原子相互作用。这种相互作用通过诱导 Umpolung 效应削弱并拉长碳碘键，使碳原子具有亲核性。结果，与周围的质子发生亲电芳香取代反应，形成共价硒碘键和脱碘芳烃[89]。在此模型的基础上，作者证明硒代半胱氨酸同样介导了 [211At]astatobenzene 的脱氮化作用（图 17B）[89]。 图16 以（A）有机锡前体或（B）硅基前体合成 [²¹¹At] MABG 的路线 密度泛函理论（DFT）计算结果显示，[²¹¹At] 砹代苯与1-（邻-[²¹¹At] 砹代苄基）胍的碳- 砹键解离焓均为 47 千卡 / 摩尔，这表明胍基并未对碳 - 砹键的键能产生显著影响。然而，胍基甲基的引入使得“与1-（邻-[²¹¹At] 砹代苄基）胍络合的硒代半胱氨酸” 和 [²¹¹At] 砹代苯之间的相互作用能差值达到约 81 千卡 / 摩尔[89]。1-（邻-[²¹¹At] 砹代苄基）胍稳定性的提升，归因于带正电的胍基与带负电的硒代半胱氨酸之间存在的强静电相互作用。如图 17C 所示，胍基官能团上的氢原子与带负电硒原子之间的氢键作用，主要由电荷 - 电荷相互作用主导。这类相互作用可有效阻止砹原子与硒代半胱氨酸发生进一步的相互作用 [89]。该机制阐释了胍基如何通过减少脱砹反应来实现放射性药物的稳定性提升。 胍基甲基官能团化修饰已被证实可提升多种²¹¹At 标记化合物的稳定性，这类化合物包括前列腺特异性膜抗原（PSMA）抑制剂 [162]、抗人表皮生长因子受体 2（HER2）纳米抗体 [137] 以及抗 HER2 5F7 单域抗体片段 [161]。Vaidyanathan 等人开展的一项研究 [162] 聚焦于改善 PSMA 靶向配体 [²¹¹At] DCABzL 的体内稳定性（见图 18A）[126,162]。其先导候选药物 —— 经胍基甲基官能团化修饰的 [²¹¹At] GV-620（见图 18B），展现出非靶组织蓄积减少的特性。尽管 [²¹¹At] DCABzL 与 [²¹¹At] GV-620 在甲状腺的摄取量相近（注射后 2 小时的摄取值分别为 0.62±0.23 % ID/g 与 0.77±0.25 % ID/g），但二者在胃部的蓄积量存在显著差异：[²¹¹At] GV-620 的胃部蓄积量（2.55±0.69 % ID/g）远低于 [²¹¹At] DCABzL（10.09±1.66 % ID/g）[126,168]。与 [¹³¹I] GV-620 相比，[²¹¹At] GV-620 在甲状腺、胃、肺、心脏及肠道中的摄取量更高，这提示该化合物存在部分脱砹现象 [162]。上述研究结果表明，胍基甲基官能团化修饰有助于降低 ²¹¹At 标记化合物在非靶组织的蓄积，并可提升其体内稳定性。 抗 HER2 的 5F7 单域抗体片段经过修饰，产生了 [211At]SAGMB‐5F7 和同位素标记的 [ 211At]SAGMB-5F7（图 19A）。生物分布研究表明显著 图 17 （A）脱碘酶对碘芳基底物脱碘的机制。（B）同样的硒代半胱氨酸介导机制也适用于砹苯。（C）密度泛函理论和分子建模展示了胍甲基官能化如何通过酶活性位点中的硒代半胱氨酸与胍基之间的电荷 - 电荷相互作用阻碍脱砹。颜色代码：白色 = 氢，灰色 = 碳，蓝色 = 氮，橙色 = 硒，紫色 = 砹。该图经 Yssartier 等人许可转载自 RSC Med Chem. 2024, 15, 223。版权（2024）归英国皇家化学会所有。  图18 基于 PSMA 配体的碘化砹基 Glu-urea。（A）未修饰的碘化砹芳烃和（B）胍甲基功能化的碘化砹芳烃[162]。 图 19 （A）胍甲基功能化基团与抗 HER2 5F7 单域抗体片段共轭，胍基团位于 211At 的邻位或间位。（B）在携带皮下 BT474M1 乳腺癌异种移植瘤的 SCID 小鼠中注射后的甲状腺和胃部蓄积情况。时间点包括注射后 1、2、4 和 21 小时。%ID = 注射剂量百分比 [161]。 研究人员对抗人表皮生长因子受体 2（HER2）5F7 单域抗体片段进行修饰，得到了 [²¹¹At] SAGMB-5F7 与异 -[²¹¹At] SAGMB-5F7 两种标记物（见图 19A）。生物分布研究显示，异 -[²¹¹At] SAGMB-5F7 在肿瘤组织中的摄取量（23.4±2.2 % ID/g）显著高于 [²¹¹At] SAGMB-5F7（15.7±1.7 % ID/g）[161]。同时，异 -[²¹¹At] SAGMB-5F7 在甲状腺与胃部的摄取量相对更低，进而实现了肿瘤组织与正常器官摄取比值的提升（见图 19B）。上述结果证实其具备成为治疗用候选药物的潜力 [161]。异 -[²¹¹At] SAGMB-5F7 的性能优势，可归因于其中间位取代异构体的胍基甲基取代基与 ²¹¹At 标记基团之间，存在比邻位区域异构体更大的空间位距。值得注意的是，在人乳腺癌 BT474M1 细胞中，异 -[²¹¹At] SAGMB-5F7 展现出更强的 HER2 结合亲和力，这进一步佐证了其治疗潜力 [161]。另一实例为单域抗体片段 NB7，该抗体可高亲和力结合前列腺特异性膜抗原（PSMA）上的特定表位。研究人员以组氨酸六聚体（His₆）标记的 NB7 为原料，成功合成了 [²¹¹At] SAGMB-NB7H6 [169]。其在甲状腺与胃部的蓄积水平与异 -[²¹¹At] SAGMB-5F7 相当。有趣的是，该研究中碘标记类似物 [¹²⁵I] SGMIB-NB7H6 的表现优于异 -[¹²⁵I] SGMIB-NB7H6，这提示胍基甲基的最优取向具有化合物特异性 [169]。 7.1.2 新戊二醇骨架 新戊二醇支架已成为稳定脂肪族 211At 衍生物的一种很有前景的策略。受 2,2-二羟甲基-3-[ 18F] -氟丙基-2-硝基咪唑在体内具有高稳定性的启发 [170]，Suzuki等人研究了 125I- 和 211At- 衍生物是否也会表现出更高的体内稳定性 [171]。观察到羟基的存在和数量与相应的 125I- 新戊二醇衍生物对亲核取代和 CYP 介导的代谢的稳定性之间存在显著的相关性（图 20A）。放射-HPLC 和 -TLC 分析显示，衍生物 [125I]11、[125I]12 和 [125I]13 在小鼠肝微粒体中 30 分钟后的稳定性分别为 2.2%、72.0% 和 > 99.8% [90]。作者得出结论，新戊二醇支架中的羟基可能通过空间位阻或增加亲水性来防止 CYP 介导的脱卤，从而阻碍 CYP 的识别 [90, 172]。在体内，标记的 125I- 和 211At- 衍生物的主要代谢产物是葡萄糖醛酸结合物，这表明支架中的羟基能够增强放射性药物从血液中的清除 [173]。与苯甲酸酯衍生物（图 20B）相比，新戊二醇类似物表现出相似的化学和生物特性，但在胃和颈部的游离 211At 积累显著减少，表明其去酯化程度较低（图 20C）[90]。 为了扩大新戊二醇支架的范围，Kaizuka 等人[172]开发了 [211At]15，一种新戊二醇的 L‐tyrosine 衍生物，旨在靶向 L‐type 氨基酸转运蛋白（图 20D）。该化合物在 PBS 和胎牛血清中 3 小时内表现出高稳定性，并且在 C6 胶质瘤荷瘤免疫缺陷裸鼠中显示出高肿瘤摄取，但仅具有中等的滞留。值得注意的是， [211At]15 似乎主要通过氨基酸转运蛋白排泄，而不是被整合到蛋白质合成中，在肾脏和胰腺中浓度较高，随后迅速排泄。在肝脏和肠道中观察到积累，这可能是由于化合物的亲脂性，可能会影响其药代动力学特征[172, 174]。 211At 标记的新型戊二醇支架也被整合到 PSMA 靶向载体中以增强体内稳定性。它与肽偶联条件的兼容性以及能够裂解酸敏感保护基团的能力，使其易于整合到肽中。在 Suzuki 等人的一项研究 [91] 中， 211At 标记的 PSMA 衍生物 ([211At]16) 在荷瘤小鼠注射 3 小时后，胃（1.74 ±0.39 %ID/g）和甲状腺（0.55 ±0.33 %ID/g）的积累量较低。值得注意的是，其肿瘤积累量较高（16.9 ±8.45 %ID/g），表明其具有有效的肿瘤靶向性和体内稳定性。Yaginuma 等人 [175] 的研究也证实了这一点，他们观察到在 BALB/c nu/nu 小鼠皮下移植 PSMA 阳性的 PC-3 PIP 细胞 3 小时后，肿瘤摄取量为 42.0 ±13.1 %ID/g，而甲状腺、胃和唾液腺的摄取量极低（分别为 0.28 ±0.20 %ID/g、0.71 ±0.12 %ID/g 和 0.88 ±0.10 %ID/g）。在第 15 天，肿瘤体积在 0.32、1.00 和 1.93 MBq 剂量下分别增加了 161.0%、-76.4% 和 -59.5%，而生理盐水处理的对照组肿瘤体积增加了 796.0%，表明 [211At]16 的抗肿瘤效果具有剂量依赖性。在 1.00 MBq 剂量下观察到轻度但可逆的肾损伤，而在给予 1.93 MBq 剂量时则出现不可逆的肾损伤[175]。最近，铜催化的叠氮化物 - 炔烃环加成反应被用于将新戊二醇支架与α-黑素细胞刺激素肽类似物连接[176]。引入亲水性 D‐Glu‐ D‐Arg 连接子后，在 B16F10 肿瘤荷瘤小鼠体内表现出良好的生物分布，甲状腺摄取量较小。此外，给予 0.4 和 1 MBq 剂量后均显示出抑制肿瘤生长的高治疗效果[176]。 211At 通常可在室温条件下，经 5 分钟反应，通过对磺酰酯衍生物的亲核取代反应引入缩醛保护的新戊二醇骨架中。随后缩醛保护基发生水解反应，可定量生成脱保护的 211At 标记新戊二醇产物（见图 20E）[90]。尽管该标记反应条件尚未完全优化，但已成功合成 [211At] 15，其放射化学收率（RCY）达 44%[172]。近期研究中，科研人员将活性酯衍生物 [211At] 17 与西妥昔单抗进行偶联，在 200 千贝克勒尔（kBq）的反应规模下，获得了 27±1% 的放射化学收率（见图 20D）[171]。未参与反应的活性酯会水解为相应的羧酸。上述研究结果表明，新戊二醇骨架在放射性药物领域具有良好应用潜力，尤其适用于涉及小分子与抗体的靶向治疗。 图 20 | （A）为评估新戊二醇支架中羟基的稳定特性而合成的化合物，以及（B）苯甲酸酯参考化合物。（C）125I 和 211At 在胃和颈部的累积情况。经 Suzuki 等人许可，从《药物化学杂志》，2021 年，64 卷，15846 - 15857 页转载。版权 2014 年美国化学学会所有。（D）新戊二醇支架的其他应用，包括 L - 酪氨酸衍生物（15）、PSMA 靶向衍生物（16）以及用于生物分子偶联的活性酯（17）。（E）新戊二醇前体的合成、砹化和脱保护。三氟甲磺酸酯前体由相应的醇在二氯甲烷中与三氟甲磺酸酐（Tf2O）和 2，5 - 吡啶甲基苯胺制备。在乙腈中用砹化物进行砹化。脱保护使用对甲苯磺酸（TsOH）在甲醇中实现。 7.1.3 硼笼 科研人员提高砹化物稳定性的努力越来越多地集中在探索更强的键上，特别是含硼的化学键。这种转变的驱动力在于由硼 - 砹键的键解离能（约 79 千卡/摩尔）显著高于碳- 砹键（约 43 千卡/摩尔）[31] 。这一规律也符合“硼- 卤素键键能高于对应碳- 卤素键” 的普遍趋势，例如硼- 碘键（91 千卡 / 摩尔）的键能就高于碳- 碘键（53 千卡 / 摩尔）[27]。 这类化学键独特的极化特性，进一步凸显了碳 - 砹作用与硼 - 砹作用的差异。在硼 - 砹键中，由于硼的电负性（χ=4.29 电子伏特，基于穆利肯标度）低于砹（χ=5.87 电子伏特），砹会呈现负极化特征 [31,33]；与之相反，在碳 - 砹键中，碳的电负性更高（χ=6.27 电子伏特），因此砹会呈现正极化特征。这种极化方向的反转，对化学键的化学反应活性及降解路径产生了深远影响：结合在硼上的砹因负极化特性更易遭受亲电攻击，而结合在碳上的砹则因正极化特性易受亲核攻击。 这种由极化作用主导的键脆弱性，还会影响化学键对还原或氧化裂解的抵抗能力，同时也会改变酶对脱砹反应的识别与催化方式 [31,33,163] 研究人员已对211At - 砹代巢式碳硼烷与211At - 砹代闭式十碳硼烷两种基团的体内稳定性展开研究（见图 21）。在磷酸盐缓冲液（PBS）体系中，以水溶液形式的氯胺 - T 作为氧化剂，将硼笼与 [211At] NaAt 进行反应，即可完成标记。该反应可在 30 秒至 2 分钟内完成，反应结束后加入焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）水溶液淬灭反应，随后采用 NAP-10 柱对反应混合物进行纯化 [163,177]。在非优化的反应条件下，抗体 Fab’片段偶联物的标记收率介于 28% 至 75% 之间，具体数值取决于所用的特定实验方案与反应参数 [163]。 对与抗 PSMA 抗体 Fab 片段（107-1A4）偶联的 125I- 和 211At- 标记的闭式去碳硼烷（2-）基团 [211At]18 的研究发现，在 BALB/c nu/nu 小鼠体内，其生物分布存在显著差异。与 211At 标记的类似物相比，颈部和胃部的 125I 摄取量更高，这表明其对脱碘作用的敏感性最高[24, 163]。在雄性无胸腺小鼠（nu/nu）中，将 [211At]18 与 astatoaryl 化合物 [211At]22 进行进一步比较，结果表明硼簇在甲状腺、胃和肺中的摄取量减少，但在血液和肝脏中的滞留时间延长且量增加[19, 163]。这些延长的滞留时间可能是由于硼笼结构的内在特性所致。 在针对211At - 砹代巢式羰基衍生物 [211At] 20 与 [211At] 21的研究中，Fab’片段在偶联后发生聚集，进而导致其体内行为发生改变，突出表现为血液与肝脏中的滞留量增加 [163]。在一项对比研究中，闭式十硼烷 (2-) 基团 [211At] 18的性能优于闭式十二硼烷 (2-) 基团 [211At] 19，前者展现出更快的组织清除速率与更低的肾脏摄取量 [178]。这些特性使 [211At] 18 成为更具潜力的放射性药物研发候选物。为降低肾脏滞留，研究人员在 18 个偶联物中，于硼笼与 Fab 片段之间引入了酸不稳定的腙键连接子 [177]。在 ¹²⁵I 标记的偶联物中，可观察到其从肾脏、肝脏及脾脏的清除过程；与之相反，在荷人 LNCaP 肿瘤异种移植物的裸鼠模型中，注射后 4 小时，211At 标记偶联物未出现肾脏清除现象，但其肿瘤摄取量（42.28±16.38 % ID/g）显著高于 ¹²⁵I 标记衍生物（13.14±2.03 % ID/g）[177]。 双内嵌碳硼烷衍生物 [211At]21 比单内嵌碳硼烷衍生物 [211At]20 更稳定。据推测，这种稳定性增强是由于砹原子与第二个带负电的内嵌碳硼烷基团之间存在卤素键相互作用，后者充当路易斯碱。这种相互作用通过 211At 有效地将两个内嵌碳硼烷基团连接起来 [89]。总体而言， 211At 标记的硼笼在体内表现出良好的抗 211At 去砹化特性。然而，它们不理想的生物分布特性表明，需要进一步优化药代动力学以提高其治疗潜力 [90]。  图21 用于提升砹 - 211 体内稳定性的硼笼相关研究。其中 R 可为连接靶向载体的连接子。 7.1.4 复合化 鉴于砹的类金属属性，科研人员已通过其与多种螯合剂的络合反应，对砹的金属特性展开研究。1988 年，Milesz等人 [179] 证实，亲电性的 [²¹¹At] At⁺可与乙二胺四乙酸（EDTA）发生络合反应 [179]。次年，该团队又报道了 [²¹¹At] At⁺与二乙烯三胺五乙酸（DTPA）的螯合反应，以及后续将所得螯合物与多克隆免疫球蛋白 G（IgG）抗体进行偶联的研究 [180]。然而，对 [²¹¹At]-DTPA - 抗体偶联物的生物分布研究显示，其在各器官的蓄积模式与游离态 [²¹¹At] At⁻的分布特征相近，这表明该络合物的稳定性较低 [181]。随后，Yordanov等人 [182] 报道了 [²¹¹At]- 杯 [4] 芳烃络合物的合成，并对其体内稳定性进行了评估。尽管该螯合剂的设计具有创新性，但该络合物在裸鼠体内的生物分布仍与游离态 [²¹¹At] At⁻相似，这也凸显了在放射性药物应用中，实现砹的高效稳定螯合仍面临诸多亟待解决的挑战 [182,183]。研究人员还对 [²¹¹At] At⁺与次氮基三乙酸（NTA）的络合反应展开了探究。所得络合物在 pH 4-8 的氧化环境中可保持稳定，但在碱性更强的溶液中会发生降解 [184]。另有研究尝试利用 1,4,7,10 - 四氮杂环十二烷 - 1,4,7,10 - 四乙酸（DOTA）、1,4,7 - 三氮杂环壬烷 - 1,4,7 - 三乙酸（NOTA）等大环螯合剂，实现对更高氧化态砹的螯合 [185]。尽管实验提示已形成络合物，但最终得到的 [²¹¹At]-DOTA 与 [²¹¹At]-NOTA 络合物均被证实稳定性不足，这也凸显了对螯合策略进行优化的必要性。近期研究报道了在硝酸根（NO₃⁻）存在的条件下，酮类化合物可与 AtO⁺发生螯合反应 [186]，同时证实该相互作用正是实现从 6mol/L 硝酸体系中将 ²¹¹At 液 液萃取至酮类溶剂的核心作用机制。 在简化形式下 ([211At]At−) ，砹表现为软路易斯碱。这促使人们研究与软路易斯酸形成稳定的配合物/键。类似策略已成功用于 [18F]AlF 的螯合，使用的是 NOTA [187]。Pruszyński 等人 [188] 首次报道了 [211At]At−with 与软路易斯酸形成配合物。他们的研究比较了 [131I]I−and [211At]At−with 氢氧化汞 (Hg(OH)2) 与之的络合情况，并通过电迁移实验发现，对 211At 的结合更强，这支持了其在该类方法中的应用潜力 [188]。 随后，同一研究小组研究了铑（III）和铱（III）与大环硫醚 1,5,9,13-四硫杂环十六烷-3,11-二醇（简称二醇）（图 22A）的螯合情况[189]。所得配合物 ([131I]23‐Rh‐ I、[131I]23‐Ir‐I、[211At]23‐Rh‐At、[211I]23‐Ir‐At) 的产率约为 80% - 90%。反应在 pH 值为 4、温度为 75°C - 85°C 的条件下进行，使用 62.5 纳摩尔的铑（III）或铱（III）源和 250 纳摩尔的 16aneS4-二醇，反应时间为 1 - 1.5 小时[189]。进一步的研究表明，络合物[211At]23‐Rh‐At 在磷酸盐缓冲液（PBS）和人血清中于25°C 和37°C 下均具有良好的稳定性[190]。该络合物随后被用于将 P 物质标记上²¹¹At，以开展胶质母细胞瘤的治疗研究（见图 22B）[191]。研究团队开发了两种标记方案：（1）先制备好络合物，再将其与 P 物质进行偶联；（2）先将 P 物质与 16aneS4 - 二醇预偶联，再直接对其进行砹化。后一种方法可在更短的反应时间内获得更高的放射化学收率（见图 22B）。所得的 ²¹¹At 标记 P 物质衍生物（[²¹¹At] 24-Rh-At）在磷酸盐缓冲液（PBS）与脑脊液中均具备稳定性；且在活性浓度低至 75 千贝克勒尔 / 毫升时，相较于游离态 [²¹¹At] At⁻，该衍生物对人胶质瘤 T98G 细胞展现出更优的治疗效果 [191]。目前该化合物的体内实验数据仍为空白。 尽管²¹¹At 的金属特性为其与各类螯合剂的络合反应提供了契机，但络合物有限的稳定性（尤其是体内稳定性），已阻碍了其在放射性药物研发领域的广泛应用。不过，[²¹¹At] At⁻与软路易斯酸的络合反应，有望制备出稳定性更高、适用于体内场景的络合物。 图 22 | （A）使用螯合剂 16aneS4-二醇合成 M(III)-131I/211At 复合物（M = Rh(III) 和 Ir(III)）的放射性合成。（B）直接合成 131I 和 211At 标记的物质 P（5-11）（[131I]24-Rh-I，[211At]24-Rh-At）。 7.1.5 砹标记金纳米颗粒 金纳米颗粒（AuNPs）因其优异的化学稳定性和生物相容性，在生物医学领域具有极高的应用价值。该领域的技术进展已能制备出不同尺寸和形状的单分散纳米颗粒 [192]。一种广泛应用的合成策略是利用柠檬酸钠对四氯金酸（HAuCl₄）进行水相还原，柠檬酸钠在此过程中同时充当还原剂和封端剂。这种双重作用可实现对纳米颗粒尺寸的调控，即柠檬酸钠浓度越高，生成的纳米颗粒尺寸越小，反之则越大 [192,193]。 研发²¹¹At 标记的金纳米颗粒对于靶向放射治疗具有重要前景。在该方法中，砹可吸附于金表面，这一过程与（放射性）碘的吸附机制类似。砹和碘均倾向于吸附在金表面的面心立方（fcc）空心位点和边缘桥接位点。态密度分析表明，金的 5d 轨道会与²¹¹At 的6p 轨道和s 轨道发生杂化 [193]。该方法的优势之一是可在单个纳米颗粒上负载多个放射性核素原子，从而实现更高放射性剂量的递送 [193]。此外，金纳米颗粒还可通过偶联蛋白质或配体实现靶向递送功能 [193,194]。另一个显著优势是标记流程简便：通常在室温条件下，将 ²¹¹At 与金纳米颗粒的水溶液混合搅拌 5–20 分钟即可完成标记 [194,195]。 2017 年，Dziawer 等人 [196] 研发了基于 P 物质肽片段功能化的 ²¹¹At 标记金纳米颗粒，用于胶质瘤靶向治疗研究。实验采用 5 nm 和 15 nm 两种粒径的金纳米颗粒，结果显示该复合物在人血清和脑脊液中具有良好稳定性，且对胶质瘤细胞表现出体外细胞毒性，为该治疗方案提供了有力的概念验证 [196]。为提升生物相容性，Sporer 等人 [195] 提出将 ²¹¹At 吸附于聚乙二醇化（PEGylated）的金纳米颗粒（粒径 25–50 nm）表面，该复合物在血清中孵育 4 小时后稳定性仍＞95%。体内生物分布实验呈现出典型的纳米颗粒代谢特征，包括血液循环时间延长，以及肝脏和脾脏的显著摄取。值得注意的是，²¹¹At 在甲状腺和胃组织中的蓄积量较低，表明该颗粒具有良好的体内稳定性 [195]。Huang 等人进一步证实了 ²¹¹At 标记金纳米颗粒的肿瘤靶向潜力，且发现小粒径颗粒的肿瘤蓄积效果更优。具体而言，在胰腺癌 PANC-1 荷瘤裸鼠模型中，注射 3 小时后，5 nm²¹¹At - 金纳米颗粒的肿瘤摄取量（2.25±0.67 % ID/g）显著高于 30 nm 颗粒（1.29±0.17 % ID/g）。每只小鼠注射 0.5 MBq 剂量的 5 nm 颗粒即可有效抑制肿瘤生长。然而，采用靶向酸性肿瘤微环境的 H16 肽修饰金纳米颗粒后，不仅未提升肿瘤摄取量，反而增加了肝脏的药物蓄积 [197]。类似地，²¹¹At 标记的 “金纳米星” 也展现出良好的应用前景：在人胶质瘤 U87MG 荷瘤小鼠模型中，瘤内注射该复合物后，甲状腺和胃组织摄取量低，且肿瘤抑制效果显著；同时其体外稳定性优异，在 37℃人血清中孵育 24 小时后，复合物完整性仍＞99%[198]。尽管 ²¹¹At 在金纳米颗粒表面的吸附效果已得到充分验证，但关于 ²¹¹At 浓度变化对吸附强度及核素稳定性的影响数据仍较为匮乏，这也是临床优化过程中需重点关注的问题 [193]。 除金纳米颗粒外，银纳米颗粒和聚合物胶束也被尝试用作²¹¹At 的载体。但由于其体内外性能欠佳，均未进入后续的临床前开发阶段 [199,200]。Hou 等人 [201] 通过一步法将巯基 - 聚乙二醇 - 叶酸（SH-PEG-FA）组装到银纳米颗粒（粒径约 10 nm）表面，制备出叶酸功能化的砹标记银纳米颗粒，15 分钟内放射化学产率（RCY）即可＞95%。在 4T1 荷瘤小鼠模型中，瘤内注射 12 小时后，肿瘤摄取量为 2.8±0.8 % ID/g，而肝脏摄取量高达 20.8±13.7 % ID/g，这一现象可能与巨噬细胞介导的清除作用有关；甲状腺摄取量则维持在较低水平（1.5±1.3 % ID/g）[201]。上述结果表明，银纳米载体在实现临床转化前需进一步提升生物安全性。Denk 等人 [202] 提出了一种基于铜点击化学的模块化通用策略，用于合成多功能 ²¹¹At 标记试剂。该方法可实现快速放射性标记与交联，为制备空间位阻屏蔽型 ²¹¹At 化合物提供了技术平台。所得复合物稳定性良好，在人血浆中孵育 5 小时后，降解率和脱砹率均＜1%。这一策略为金纳米颗粒体系提供了可行的替代方案，可实现有机纳米材料的放射性标记及后续表面修饰 [202]。7.1.6 降低脱砹效应的其他策略 尽管脱砹效应带来的副作用已得到广泛认知，但近期研究表明，部分放射性药物即便未采用特定稳定化策略，也能实现较低的脱砹率。例如，Echigo 等人 [203] 研发了一种 ²¹¹At 标记的 SAB 衍生物，该衍生物偶联了兼具白蛋白结合基团和 RGD 肽的双功能靶向载体。此设计旨在通过延长血液循环时间优化药代动力学，进而提升肿瘤蓄积与滞留效果。实验证实，该 ²¹¹At 标记化合物在上述指标上优于其⁶⁷Ga 标记同类物。但血液中药物滞留时间过长会导致肺、心脏等器官的脱靶蓄积增加，因此该化合物被认为不适用于受体介导的靶向放射性治疗（RLT）。不过研究人员提出，可通过修饰白蛋白结合基团以降低其亲和力，从而缩短血液循环时间。值得注意的是，该化合物在胃和甲状腺组织中的摄取量极低，表明其脱砹率较低 [203]，这可能是由于药物长期滞留于血液中，规避了溶酶体的氧化环境和酶促代谢作用。无独有偶，Mease 等人 [125] 报道了一种改良型 ²¹¹At 标记的 PSMA 衍生物（[²¹¹At] 7-Lu，图 12），在 PSMA 阳性 PC3 PIP 荷瘤 NSG 小鼠模型中展现出低脱砹特性。注射 1 小时后，胃和唾液腺的摄取量分别为 0.39±0.12 % ID/g 和 0.47±0.19 % ID/g；24 小时后，正常器官中已几乎检测不到该化合物。在 0.24–3.7 MBq 的测试剂量范围内，[²¹¹At] 7-Lu 均可显著延长小鼠中位生存期，这得益于其赖氨酰 - 谷氨酰 - 脲基骨架的稳定性，以及 DOTA 螯合 ¹⁷⁵Lu 带来的药代动力学优势 [125]。在此基础上，研究人员设计了 [²¹¹At] 8-Ga（图 13）[135]，通过将 ²¹¹At 置于配体的受体结合口袋内部，使其免受酶解或氧化降解，从而进一步降低脱砹率。这种合理化设计实现了几乎无检测到的脱砹现象，凸显了其治疗潜力。近期研究还表明，砹基团周围的特定取代基可增强碳 - 砹键的体内稳定性。Hirata 等人 [204] 引入邻羟甲基或二甲基氨甲酰基两种取代基，与未取代的对照物相比，二者均能降低甲状腺和胃组织的药物摄取。尽管羟甲基取代的砹标记化合物游离卤素水平高于其 ¹²⁵I 标记类似物，但邻位双二甲基氨甲酰基取代的化合物游离卤素水平与碘标记物相当。研究人员推测，二甲基氨甲酰基的吸电子效应可降低砹原子周围的电子云密度，提高其氧化电位，从而增强抗氧化分解能力；同时，邻位取代基产生的空间位阻可阻碍酶的接触 [204]。 量子力学计算为推进²¹¹At 放射性药物研发提供了有力工具。这类方法可有效估算键焓，并与候选药物的体内稳定性相关联。值得注意的是，研究发现脱砹效应主要受 ²¹¹At 结合位点的直接原子环境影响，而非分子整体结构 [31]。8 临床研发现状—— 我们处于哪个阶段？ 随着放射性标记技术的进步和对其体内行为认知的加深，²¹¹At 标记放射性药物的临床意义持续提升。尽管 ²¹¹At 的广泛化学特性尚未被完全阐明，但已有多个潜力候选药物进入临床试验阶段。本节将对部分代表性试验进行简要概述，如需更全面的探讨，可参考相关综述文献 [88,205]。一项颇具意义的试验是 [²¹¹At] At - 用于甲状腺癌治疗的研究 [206]。与碘类似，²¹¹At 可通过甲状腺癌细胞高表达的钠 - 碘同向转运体被主动摄取。一项纳入 11 例患者的 Ⅰ 期临床试验（NCT05275946）正在评估 [²¹¹At] NaAt 的最佳给药剂量，结果预计于 2025 年公布 [207-210]。另一项 Ⅰ 期试验（NCT04461457）则评估了腹腔内注射 ²¹¹At-MX35-F (ab’)₂（剂量 20–215 MBq/L）治疗复发上皮性卵巢癌的安全性，受试患者均接受过近乎完全的二线化疗。结果显示，该疗法仅引发轻微不良反应 [69]。计划于 2025 年初启动招募的一项 Ⅰ 期临床试验（NCT04579523），将探究砹标记鼠源 IgG1 抗 CD38 单克隆抗体（²¹¹At-OKT10-B10）治疗多发性骨髓瘤的安全性与给药剂量。该治疗方案将联合化疗药物与低剂量全身放疗，用于 30 例患者在供体干细胞移植前清除残留肿瘤细胞。此外，一项待启动的 Ⅰ 期试验将评估 [²¹¹At] MABG 治疗恶性嗜铬细胞瘤和副神经节瘤的安全性、药代动力学及最佳剂量。该化合物可模拟去甲肾上腺素，被表达去甲肾上腺素转运体的细胞（如神经母细胞瘤细胞）内化。研究将为患者提供 0.65、1.3 和 2.6 MBq/kg 的递增剂量，以确定最大耐受剂量和推荐剂量 [211]，试验结果预计于 2025 年发布 [211,212]。最后，一项 Ⅰ 期临床试验（NCT06441994）正在招募 15 例去势抵抗性前列腺癌患者，用于评估 [²¹¹At]-PSMA-5 的耐受性、安全性、药代动力学、吸收剂量及疗效 [213]。在正常雄性 ICR 小鼠和食蟹猴中的临床前研究显示，该药物无严重毒性且毒性具有可逆性 [214]，仅在猴体内观察到注射 24 小时后的轻度白细胞减少。尽管未发现组织学异常，但猴和小鼠的肾脏与甲状腺均出现较高药物蓄积（人体预估吸收剂量：肾脏 4.05 mGy/MBq，甲状腺 1.82 mGy/MBq）[214]，甲状腺的药物摄取提示存在脱砹现象。近期，首个 [²¹¹At] PSMA-5 在难治性前列腺癌患者体内的 SPECT/CT 影像已发表 [215]。通过靶向子核素 ²¹¹Po 释放的 79 keV X 射线，观察到前列腺和外周淋巴结转移灶的最大标准摄取值（SUVmax）分别为 4.9 和 17.6 [215]。尽管目前 ²¹¹At 放射性药物相关临床试验数量较少且完成度低，反映出对该核素体内行为的认知仍存在不足，但相关研究热度正持续上升，认知水平也在不断提升，未来数年有望开展更多临床试验。²¹¹At 标记放射性药物的脱砹效应是否可控？ 脱砹效应仍是²¹¹At 标记放射性药物研发的主要瓶颈。由于砹的稀缺性及缺乏稳定同位素，对其机制的理解和缓解策略的研究进展受限。尽管脱砹的具体化学和生物学机制尚未完全明确，但推测涉及多方面因素。近年来，科研人员对砹的体内行为认知取得了诸多进展，包括实验测定砹的电子亲和能与电负性 [33]、阐明其电势 - pH 图（Pourbaix 图）[34,39]，以及改进计算模拟算法 [89,216,217]。基于溶酶体降解、氧化敏感性和酶促裂解等推测机制，研究人员设计出可显著降低甚至阻断脱砹的分子骨架。尽管这些进展颇具前景，但目前砹相关临床试验数量仍较少，表明其在实现广泛临床应用前需进一步优化。不过，胍基甲基功能化 [168,218]、新戊二醇骨架 [90,91] 和金纳米颗粒 [219,220] 等潜力策略，为 ²¹¹At 放射性药物的成功临床转化提供了良好前景。9 临床前研发布局 —— 未来发展方向 近年来，²¹¹At 标记放射性药物研发取得显著进展，尤其聚焦于提升已获 FDA 批准的放射性配体的治疗效能。其中，²¹¹At 标记的 PSMA 靶向载体设计成果突出。首个报道的候选药物 [²¹¹At] DCABzL（图 18A）在 PSMA 阳性 PC3 PIP 荷瘤裸鼠模型中展现出高肿瘤蓄积和中位生存期延长的效果，但因肾脏高滞留和脱卤效应限制了其临床潜力 [125]。为解决上述问题，研究人员开发了 [²¹¹At] 7-Lu（图 12），其性能得到显著提升，具备高肿瘤摄取和优化的肿瘤 - 背景比 [125]。在 3.7 MBq 剂量下，[²¹¹At] 7-Lu 可将 PSMA 阳性 PC3 PIP 荷瘤小鼠的中位生存期从 48 天（未治疗组）延长至 58.5 天 [125]。近期，更多 ²¹¹At 标记的 PSMA 抑制剂相继问世，如 [²¹¹At] 8-Ga（图 13），其体内生物分布表现优异，具有高肿瘤摄取、快速肾脏清除和低肾脏滞留的特点，且脱砹率极低，临床转化潜力显著 [87,135]。值得关注的是，首批 ²¹¹At 标记的 FAP 靶向药物已展现出肿瘤治疗潜力，尽管其并非直接靶向肿瘤细胞 [75,77]。[²¹¹At] FAPI1 和 [²¹¹At] FAPI-04（图 23）等化合物在动物模型中可显著抑制肿瘤生长，但其具体作用机制仍有待阐明 [75,77]，若能提升其肿瘤滞留能力，有望进一步增强治疗效果。此外，大量其他类型的 ²¹¹At 标记靶向药物正处于研究阶段。从产业管线来看，Telix 制药公司计划开展 [²¹¹At]-APA（TLX102）治疗胶质瘤的 Ⅰ 期临床试验，该化合物可通过 LAT1 转运体介导的内化作用实现肿瘤细胞蓄积；Minerva 影像公司与 Atonco 公司合作生产临床剂量的 ²¹¹At - 吉妥珠单抗（TLX-250），用于开展非肌层浸润性膀胱癌的 Ⅰ 期临床试验，吉妥珠单抗是一种靶向肿瘤细胞表面碳酸酐酶 IX 抗原的抗体；另外，Precision Molecular 公司于 2024 年启动了 ²¹¹At 标记 PSMA 靶向放射性药物（PMI21）的临床试验，结果预计于 2025 年公布 [221]。这些进展充分彰显了 ²¹¹At 疗法在临床肿瘤学领域的巨大潜力，如需深入了解，可查阅相关综述 [88,205]。 图 23   ²¹¹At 标记的FAP 靶向药物 10 ²¹¹At 的未来：科研与商业前景 在受体介导的靶向放射性治疗（RLT）用 α 发射体中，²¹¹At 具有独特地位。作为唯一可形成共价键的α 发射体，其可用于研发能穿透血脑屏障或进入细胞的放射性药物，这是放射性金属类α 发射体无法实现的，为多种癌症的治疗开辟了新途径。此外，²¹¹At 的衰变特性，每次衰变释放单个α 粒子、伴随可用于成像的 γ 射线、半衰期相对较短，使其成为精准肿瘤靶向、可控辐射递送及简化废物处理（包括减少患者放射性排泄物）的理想选择。这些优势推动了²¹¹At 在传统靶向细胞外蛋白的 RLT 方案中的应用探索。为充分发挥其潜力，需加大投入以扩大生产规模和完善基础设施。尽管规模化生产技术已具备，但仍需建设更多生产设施以提升可及性。2025 年即将公布的在研临床试验结果，将对激发产业兴趣、加速技术转化起到关键作用。然而，脱砹等挑战的解决是²¹¹At 实现全面临床应用的前提。胍基甲基功能化、新戊二醇骨架和金纳米颗粒等潜力稳定化策略已取得积极成果，但仍需进一步验证。未来，体内稳定的砹标记放射性药物研发可能需要持续改进，而计算模拟和人工智能辅助设计将成为核心驱动力。未来 10–15 年，研究重点或将集中于 ²¹¹At 与免疫治疗、化疗的联合应用以提升疗效，同时探索分次给药策略。针对胶质母细胞瘤、转移性去势抵抗性前列腺癌、甲状腺恶性肿瘤等侵袭性癌症的临床试验，将是推动药物获批与商业化的关键。为支撑上述进展，需实现²¹¹At 分离与合成模块的商业化普及和成本可控，从而打通从实验室到临床的转化壁垒。 预计到 2035 年，²¹¹At 将成为靶向 α 治疗的核心手段，推动癌症治疗的变革和放射性药物的创新发展。尽管在扩大生产规模和降低成本方面仍面临挑战，但持续的技术创新和全球投资将是释放 ²¹¹At 全部治疗潜力的关键。²¹¹At 在肿瘤学领域的未来前景广阔，是现代医学中极具活力的前沿方向。                                END                                 译文仅供参考，欢迎批评指正。 声明：① 本公众号旨在促进核药相关人士更全面的了解国内外核素诊疗相关信息，不对任何药品和诊疗项目作推荐，如需了解具体疾病诊疗信息，请咨询当地医生。 ②免责声明：因文中相关信息产生的任何直接或间接损失，核药文献公众号不承担任何责任。 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