二聚体或多聚体肽系统的引入有望增强受体靶向性。尽管每个单独肽的特异性靶向能力较弱，但通过协同作用，多聚体系统的整体结合亲和力预计会得到显著增强提升。詹森等人证明， 99mTc修饰的 RGDfK 二聚体 (99mTc-HYNIC-E-[c(RGDfK)]2) 的结合亲和力比 99mTc修饰的 RGDfK 单体 (99mTc-HYNIC-c(RGDfK)) 高 10 倍。吴等人进一步证明，RGDfK 四聚体的结合亲和力是 RGDfK 二聚体的两倍。 64铜标记的四聚体 RGD 肽似乎是体内整合素靶向的优良配体，在 30 分钟时，U87MG 肿瘤的快速且高积累率约为 9.93±1.05%ID/g。
为了优化多聚体肽的多价效应，在肽与成像部分之间引入了多种连接子，其长度、柔韧性和亲水性都需要加以考虑。郭等人合成了三种 18F 标记的二聚体 RGD 肽：一个是未进行聚乙二醇化处理的；一个是放射性螯合剂 NOTA（1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸）与 RGD 二聚体之间带有聚乙二醇连接子的；还有一个是在两个 RGDfK 之间带有聚乙二醇连接子的。可以理解的是，放射性螯合剂在一定程度上降低了 RGDfK 的受体结合能力，而聚乙二醇化处理则在一定程度上恢复了结合亲和力。两个聚乙二醇连接子的存在进一步为两个 RGDfK 提供了合适的距离，使其能够以二价方式同时结合。因此，这些肽的结合亲和力顺序为：NOTA-E[PEG4-c(RGDfk)]2 > NOTA-PEG4-E[c(RGDfK)]2 > NOTA-E[c(RGDfK)]2。结果显示，这种肽在体内整合素成像方面表现出色，肝脏蓄积相对较低，肿瘤摄取较高。刘等人发现，通过增加两个环状 RGD 基序之间的连接子长度，RGD 二聚体的结合亲和力得到了显著提高。他们在每个 RGD 之间插入了甘氨酸连接子或聚乙二醇连接子。在 NOTA-E[c(RGDfK)]2 中，两个环状 RGD 基序之间的距离为 6 个键长，在 NOTA-E[Gly3-c(RGDfK)2] 中为 26 个键长，在NOTA-E[PEG4-c(RGDfK)2] 中为 38 个键长。
尽管没有直接证据表明插入连接子后两个 RGD 基序会同时结合，但 NOTA-E[Gly3-c(RGDfK)2] 和 NOTA-E[PEG4-c(RGDfK)2] 的结合亲和力与 NOTA-E[c(RGDfK)]2 相比显著提高。在体内肿瘤摄取实验中，整合素 αvβ3-positive U87MG 肿瘤模型在注射后 30 分钟时，分别对 68Ga-NOTA-E[Gly3-c(RGDfK)2]、68Ga-NOTA-E[PEG4-c(RGDfK)2] 和 68Ga-NOTA-E[c(RGDfK)]2 的肿瘤摄取量约为 9.04±2.05%ID/g、10.13±1.81%ID/g 和 5.28±1.03%ID/g，进一步证实了结合亲和力的提高。
除了使用相同类型的肽配体构建同源二聚体或多聚体外，还可以将不同类型的肽配体通过合适的连接子连接起来形成异源二聚体，以靶向多受体过表达的肿瘤细胞。了解细胞上受体的表达模式对于设计具有高亲和力和特异性的异源二聚体至关重要。由于雄激素非依赖性前列腺癌细胞同时过表达胃泌素释放肽受体（GRPR）和整合素 αvβ3，已开发出带有 BBN 基序用于 GRPR 靶向和 RGD 基序用于整合素靶向的放射性标记 BBN-RGD 肽异源二聚体，以改善放射性标记的 BBN 和 RGD 单肽的成像结果。Liu 等人通过谷氨酸连接子将蛙皮素和 RGD 相连，并进一步连接 NOTA 用于 64Cu 放射性标记。由于协同效应， 64Cu-NOTA-RGD-BBN 在 PC-3 肿瘤注射后 4 小时的肿瘤摄取量远高于 64Cu-NOTA-RGD、 64Cu-NOTA-BBN，甚至高于 64Cu-NOTA-RGD 加上 64Cu-NOTA-BBN。体内阻断实验进一步证明了其体内整合素和 GRPR 双受体结合能力。这些探针在肿瘤中的摄取可被 RGD 和蛙皮素完全阻断。单独使用 RGD 或蛙皮素仅能部分抑制肿瘤摄取。在后续的一项研究中，他们通过在谷氨酸基团上插入聚乙二醇（PEG）间隔物——11-氨基-3,6,9-三氧代十一烷酸——对异二聚体进行了修饰。将其标记为 18F-FB (18F-fluorobenzoyl) 假体标记组。聚乙二醇（PEG）极大地提高了异二聚体的亲水性，从而加快了肾清除率，并表现出更理想的药代动力学特性。其他异二聚体也有报道，包括但不限于 MSH/CCK 、RGD/奥曲肽 和 RGD/ATWLPPR。
图 1 RGD 肽的化学修饰实例。RGD 序列的环化可提高其生物稳定性和对整合素的结合选择性。糖基化和聚乙二醇化可延长 RGD 在血液中的半衰期。形成同二聚体或异二聚体肽可增强受体靶向能力。引入同时含有荧光和放射性标记的杂交衍生物可实现双模态成像。
对于异二聚体而言，连接两种不同肽段的连接子（无论是刚性的还是柔性的）都至关重要，因为其必须以最低的熵和优化的构象同时向受体呈递配体。瓦格纳等人使用短的柔性乙二醇（PEG）间隔基以及半刚性的脯氨酸-甘氨酸（PG）重复序列作为连接子，将促黑素细胞激素（MSH）和δ-阿片受体激动剂（Deltorphin-II）的结合部分连接起来。在 8 种不同长度的连接子中，包括 -PG n-（n = 3, 6, 9, 12, 15）和 -PEG-[PG] m-PEG-（m = 6, 12, 18），长度从 13 到 96 埃不等，细胞结合实验表明，能够同时跨越两种受体（MSH 的黑皮质素 4 受体和 Deltorphin-II 的δ-阿片受体）的最佳连接子长度约为 20 至 50 埃。该结果与建模研究结果一致。
值得一提的是，化学修饰也能提高肽的结合选择性。例如，环化能够将线性肽的几何结构限制在某些异构体上，从而针对特定受体。Pfaff 等人发现，与线性 GRGDS 相比，环状五肽（RGDFV）对 αvβ3 的活性要强 10 倍，而对 α5β1 的活性则相同。
参考文献：doi: 10.1016/j.addr.2016.06.007
