天然肽完全由天然成分构成，已知其在体内的半衰期相对较短，并且容易被内肽酶和外肽酶代谢。幸运的是，利用本综述中介绍的成熟方法，可以轻松地对肽进行改造，以提高其在体内的稳定性、膜通透性和靶向特异性。这些方法已应用于许多天然肽，以靶向其内源性受体用于诊断和治疗应用。为了从外部检测这些天然肽，必须用与单光子发射计算机断层扫描（SPECT）或正电子发射断层扫描（PET）兼容的放射性核素对其进行修饰。本综述介绍了将 SPECT 和 PET 放射性核素整合到天然肽中的常用方法，以及为改善其体内药代动力学而对这些肽进行修饰的多种方法。

 生成放射性标记肽的方法

1 适合分子成像的同位素

基于肽的靶向实体是一类用途广泛的放射性药物，能够选择性地靶向人体内的受体，从而实现疾病的检测、分期或治疗。通过核医学中目前使用的分子成像模式——单光子发射计算机断层扫描（SPECT）和正电子发射断层扫描（PET），可以对外部标记的靶向实体进行监测。自 20 世纪 60 年代被发现以来，SPECT 和 PET 逐渐受到欢迎，并已获得临床认可。这两种模式都需要放射性核素以辐射形式发射光子，然后通过外部检测并处理成图像。SPECT 成像需要直接发射伽马射线的放射性核素，这些伽马射线随后由闪烁探测器检测（表 1），而 PET 则需要通过正电子发射衰变的放射性核素（表 2）。一旦正电子从原子核中被释放出来，它会移动一小段距离，然后与一个电子碰撞。湮灭事件会产生两个 511 千电子伏特的伽马射线，以 180°的符合角发射，并同时被两个闪烁探测器检测到（图 1）。单光子发射计算机断层扫描（SPECT）放射性核素通常具有更长的半衰期，这使其更适合用于长时间的合成，而正电子发射断层扫描（PET）放射性药物往往合成难度较大，因为它们需要现场的回旋加速器以及短时间高效合成。

图 1 为 PET 扫描仪内一次湮灭事件的示意图。一种发射正电子的放射性同位素从其原子核中射出一个正电子，该正电子与一个电子相遇。接触后，正电子和电子发生湮灭事件，产生两个大约相隔 180°的 511 千电子伏特的伽马射线。发射出的伽马射线被一圈闪烁探测器检测到，并进一步处理成 PET 图像。

目前有多种单光子发射计算机断层扫描（SPECT）放射性核素可供使用。其中最常用的 SPECT 放射性核素是锝-99m（99mTc）。99mTc 是钼-99（99Mo）的亚稳态子体同位素，99Mo 的半衰期为 66 小时。通过使用 99Mo/99mTc 发生器，99mTc 可以在现场制备，并用于市售的“合成套件”，从而能够快速提供给患者。99mTc 的半衰期约为 6 小时，应用范围广泛，可用于标记神经降压素、生长抑素、葡萄糖、蛙皮素和其他生物分子等化合物。其较短的半衰期使其成为诊断应用的理想选择，因为这些应用需要低辐射暴露，但这也限制了其在治疗方面的应用。另一种常见的 SPECT 放射性同位素是铟-111（111In）。111In 是通过质子轰击富集的镉-112（112Cd）靶而产生的回旋加速器制备的放射性金属。其 2.83 天的较长半衰期允许在异地进行回旋加速器生产并进行分发。111In 既可用于诊断，也可用于治疗。与锝 - 99m 类似，铟 - 111 已被整合到常见的生物分子中，如 RGD 和蛙皮素，以及脂质体和胶束。3 - 5 碘 - 123（123I）是一种通过质子轰击氙 - 124（124Xe）获得的回旋加速器产生的 SPECT 同位素，它失去一个中子生成氙 - 123（123Xe），然后进一步衰变为碘 - 123。碘 - 123 的半衰期为 13.2 小时，允许在异地生产并运送到使用场所。碘具有多种同位素，包括碘 - 125 和碘 - 131，可用于临床前开发，以及在不改变靶向剂的情况下进行放射治疗。

与单光子发射计算机断层扫描（SPECT）放射性核素一样，正电子发射断层扫描（PET）成像中也有多种放射性同位素可用。其中最常见且在放射性药物行业中最重要的同位素是氟-18（18F），这得益于 2-脱氧-2′-氟-d-葡萄糖（FDG）。氟-18 是一种由富氧-18（18O）靶材在回旋加速器中生成的放射性同位素。其 110 分钟的半衰期使得该同位素可以在异地生产并运送到各使用单位。通常，这种放射性同位素以合成的[18F]-FDG 形式运输。[18F]-FDG 用于监测葡萄糖代谢，在肿瘤学领域因其在大多数恶性肿瘤中观察到的高代谢活性而广受欢迎。[18F]-FDG 还可用于监测治疗方案。遗憾的是，[18F]-FDG 的摄取并非仅限于肿瘤，它也会被大脑和肾脏等自然高葡萄糖代谢区域摄取。因此，人们对于开发一种带有氟-18 的肽基靶向剂以实现更高靶向性产生了兴趣。由于氟原子半径小，它可以整合到许多生物分子中而不对结合区域产生太大影响。氟-18 已被整合到大多数天然肽中，如生长抑素、α-黑素细胞刺激素（MSH）、神经降压素、RGD 和蛙皮素。除了氟，碳因其能形成大量化合物而闻名，也有放射性同位素碳-11（11C）。碳-11 半衰期短，为 20.4 分钟，可整合到许多分子中，产生的同位素效应可忽略不计。由于其半衰期，它最适合在配备有内部回旋加速器的设施中用于短寿命放射性药物。镓-68（68Ga）是一种半衰期为 68 分钟的放射性金属，作为 PET 同位素越来越受欢迎。其母同位素锗-68（68Ge）半衰期为 271 天，可封装成 68Ge/68Ga 发生器，其工作原理类似于 99Mo/99mTc 发生器。由于锗-68 半衰期长，这些发生器在更换前可持续使用一年多。镓 - 68 最常见的用途是 DOTA - TOC，这是一种基于肽的成像剂，用于靶向神经内分泌肿瘤中的生长抑素受体。

两种成像方式都有许多放射性核素选择。放射性核素的选择取决于半衰期、可用性、掺入方法和放射性衰变方法。半衰期必须足够长，以承受探针的合成、管理和分布，同时保持足够的放射性，以便通过成像方式检测到。回旋加速器的可用性和邻近性限制了放射性核素的选择，只能由可在现场生产的发生器产生的同位素。合并放射性同位素有不同的方法，稍后将提到。最佳SPECT放射性核素主要通过伽马发射衰变，几乎没有残余的α和β衰变，因为这些形式的衰变对细胞过程有害。正电子发射能量是PET成像的一个重要方面。具有较低正电子发射能量的同位素，通常以电子伏特（eV）测量，产生的图像分辨率高于具有较高正电子发射能量的同位素。

图 2 向肽序列中引入放射性同位素的各种方法：侧链标记、辅基标记、直接标记和整合标记。

2 向多肽中添加放射性核素的方法

在理想情况下，放射性核素应添加到天然肽序列中而不改变肽的生物学行为，例如与蛋白质受体的结合。但实际情况并非如此，不同的掺入方法对结合亲和力的影响程度各不相同。放射性核素的添加通常有四种方式：侧链标记、整合标记、辅基团掺入或直接标记（图 2）。最常见的是通过侧链标记将放射性金属连接到肽上。这种方法需要在肽序列上附加一个双功能金属螯合剂；双功能是指螯合剂既能连接到肽上，又能与金属配位。环状螯合剂，4,7,10-四氮杂环十二4,7,10-四乙酸（DOTA）和 1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸（NOTA），用于包括 67Ga、68Ga、64Cu 和 111In 在内的放射性金属。非环状多齿螯合剂，如二乙三胺五乙酸（DTPA）和 6-肼基烟酸（HYNIC）类似物，也可以使用（图 3）。

图 3 常见的能够螯合各种放射性金属的环状和非环状螯合剂：（A）1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA），（B）1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸（NOTA），（C）二乙烯三胺-N,N,N0,N0,N000-五乙酸（DTPA），（D）6-肼基烟酸（HYNIC）。

将这些螯合剂整合到肽中而不损害肽靶向蛋白质受体的能力颇具挑战性。由于螯合部分的大小，它必须位于序列中的结合区域之外，以避免与受体发生空间位阻相互作用或其他不良的非共价相互作用。为了实现这种距离，螯合剂通常被置于肽的 N 端或 C 端、赖氨酸等氨基酸侧链上，或者在脂肪族间隔基之后。这种额外的连接会增加肽的分子量，因此不是对小靶向肽进行放射性标记的理想方式。另一方面，整合标记旨在将放射性金属隐藏在靶向肽中，使金属成为肽的关键结构成分。实现这一目标的一种方法是让金属诱导肽的二级结构形成，例如在锝螯合过程中使促性腺激素释放激素和生长抑素等天然肽发生环化。这种将同位素隐藏在肽内的模式理想情况下对靶向实体的结合亲和力影响甚微。对肽进行放射性标记的第三种方法是辅基标记法，这种方法对于原子质量较低的放射性核素（如 18F 和 11C）来说是理想的。开发一种小分子作为放射性标记的前体，它可以通过一到两个合成步骤轻松地整合到氨基酸侧链中。这种方法通常包括纯化和脱保护步骤，以获得最终纯的放射性标记肽。为了保持放射化学产率，每个合成步骤都必须使用高效且高产率的反应，尤其是在使用短寿命放射性核素时。将氟-18 引入辅基的最常见合成方法是亲核酰基取代和亲核芳香取代。生物正交化学的发展带来了高产率、高特异性的反应，能够将放射性标记的辅基整合到天然肽序列中。这些反应包括施陶丁格偶联反应、叠氮化物 - 炔烃休斯根环加成反应以及逆需求狄尔斯 - 阿尔德环加成反应。辅基标记法提高了反应速率和产率；然而，所需的众多合成和纯化步骤对整体放射化学产率不利。为了进一步提高放射化学产率，直接标记法变得越来越受欢迎。这种方法通过简单的一步反应将放射性核素置于修饰的氨基酸侧链上。然而，这种方法的主要挑战在于实现位点特异性放射标记，同时不破坏侧链的功能性，因为大多数肽序列中的侧链可能包含胺、羧酸或酰胺。直接标记法在放射化学产率方面取得了不同程度的成功，已描述了多种方法，包括：二叔丁基硅烷基功能化的蛙皮素类似物、一步亲核芳香取代反应（离去基团为三甲基铵）、与[18F]氟化铝的螯合以及在芳香环上进行亲核芳香取代反应（离去基团为含邻位和对位吸电子基团的硝基）。

参考文献：doi.org/10.1039/C5NP00083A