背景：目前用于治疗骨转移的骨靶向药物，尤其是双膦酸盐，其疗效仍受限于系统性毒性和过长的半衰期。该研究旨在开发受参与骨矿化过程的成骨肽启发而设计的骨靶向剂，以期为精准骨靶向提供一种创新的双膦酸盐替代方案。

 结果：通过固相合成获得骨靶向肽和磷酸化肽，并将其与DOTA偶联。这些肽被标记上镓-68或镥-177，随后在体内检测其对骨骼的结合亲和力。由骨桥蛋白和基质细胞外磷酸糖蛋白（MEPE）衍生的肽未表现出较强的骨骼结合能力。通过对寡谷氨酸链长度以及磷酸化丝氨酸残基位置和聚集方式的系统性优化，成功鉴定出一种性能最佳的磷酸化肽。将磷酸化位点在肽序列中集中排列，相比分散分布的磷酸化基团具有显著优势。其中DOTA-pS4E8对骨骼的亲和力最强，可与临床上常用的骨靶向剂甲基二膦酸盐（MBP）相媲美。

结论：这些新型磷酸化肽具有与双膦酸盐相当的优异骨靶向能力，并表现出相似的药代动力学特性。该研究证实，将磷酸基团引入骨靶向肽的序列中可显著增强其亲和力。这类新型示踪剂的合理设计，使其化合物在骨靶向特异性方面可与金标准双膦酸盐相媲美。

放射性标记的双膦酸盐已被开发用于骨病的成像及其相应的治疗目的。根据用途不同，[68Ga]和[99mTc]是诊断应用的首选核素，而[177Lu]和[90Y]则用于治疗应用。如MBP（亚甲基双膦酸盐）和EDTMP（乙二胺四(甲基膦）等双膦酸盐属于非环状膦酸化合物，具有双重功能：既能与放射性核素形成络合物，又能吸附于羟基磷灰石上，从而实现诊断和治疗作用。此外，添加了螯合剂的双膦酸盐，如[177Lu]Lu-BPAMD、[177Lu]Lu-DOTAZOL、[177Lu]Lu-DOTA-IBA、[68Ga]Ga-THP-Pam以及[68Ga]Ga/[177Lu]Lu-P15-041等也得到广泛应用，并在提高靶向准确性方面展现出良好前景。

DOTA-pS4E8的化学结构——最有效的肽类骨靶向肽，以及(A) DOTA-MEPE-pASARM、(B) DOTA-OPN-pASARM、(C) DOTA-E8、(D) DOTA-pS4、(E) DOTA-p(SE2)4和(F) DOTA-pS4E8的肽序列

该研究设计、合成并评估了一系列基于磷酸肽的骨靶向剂，以替代常用的双膦酸盐。结果表明，将磷酸丝氨酸结构引入肽序列，并结合负电荷残基（如天冬氨酸和谷氨酸重复序列）的战略性聚集，显著增强了其在体内对骨矿物质羟基磷灰石的亲和力。磷酸化对于结合羟基磷灰石至关重要

未修饰的天冬氨酸/谷氨酸寡聚物（DOTA-D8、DOTA-E8）表现出中等程度的骨组织积聚，而DSS重复序列（DOTA-(DSS)6）的表现则明显较差.Ogawa等人此前已证实，68Ga标记的寡聚天冬氨酸/谷氨酸化合物在小鼠体内具有良好的骨靶向性，表现为高骨摄取和优异的血液-骨比值，文章的生物分布研究也纳入了DOTA-D8/E8用于比较（补充表1）。磷酸化肽段显著优于非磷酸化类似物，同时避免了后者较高的肾脏摄取问题，而Ogawa等人曾通过谷氨酸立体异构体修饰来解决这一问题[41]。丝氨酸残基的磷酸化显著增强了所有测试肽段的结合能力。尽管DOTA-pS4D8和DOTA-pS2(ESS)4的结合活性与MEPE-pASARM相当，但将DSS/ESS重复序列替换为谷氨酸链（DOTA-pS2E8、DOTA-pS4E8）后，其对羟基磷灰石的亲和力进一步提高（图5）。与这些结果一致，富含谷氨酸的磷酸化肽段表现出最高的骨-血比值（10.00–64.67），证实了其高度的骨选择性和快速的血液清除特性。八个谷氨酸重复序列似乎在显著增强对羟基磷灰石的亲和力方面起着重要作用。总体而言，这些结果表明，尽管所有磷酸肽都含有许多带负电的基团，但肽之间的结构差异会显著影响其与骨的结合能力。除了负责磷酸肽对羟基磷灰石普遍高亲和性和选择性的磷酸基团外，这些磷酸肽还含有羟基和羧基，通过增加局部负电荷密度并促进额外的配位相互作用，进一步增强了矿物结合能力。

肽链长度优化结果显示，在E序列中四个磷酸丝氨酸残基时达到明显最佳效果。从DOTA-E到DOTA-pS-E，随着磷酸丝氨酸数量的增加，骨摄取量上升，但在DOTA-pS-E（含四个磷酸丝氨酸）时又出现下降.

该研究确立了磷酸化肽作为一类具有前景且可调控的骨靶向剂，显著拓展了此前领先的肽序列（如天冬氨酸/谷氨酸寡聚物和ASARM）在靶向骨肿瘤方面的应用潜力。文章的数据表明，有效的羟基磷灰石结合需要磷酸化修饰，并且受序列结构的强烈影响。与其它带负电荷的修饰相比，磷酸丝氨酸表现出更优异的矿物亲和力。通过优化磷酸基团的数量和位置，文章鉴定出一种具有高骨摄取率和良好药代动力学特性的候选分子。该先导肽DOTA-pS4E8在骨骼中的累积程度可与临床使用的双膦酸盐（MBP）相媲美，并接近[177Lu]Lu-DOTAZOL的性能，同时表现出快速清除和极低的脱靶滞留。这些特性使磷酸化肽区别于传统的骨靶向剂，包括天冬氨酸或谷氨酸寡聚物以及ASARM肽。它们将磷酸肽与双膦酸盐相提并论，由于预期具有生物降解性而可能带来安全方面的优势，但这一特性还需在该研究提供的药代动力学之外进一步探讨。这些物质是用于靶向递送诊断和治疗用放射性核素以治疗转移性骨病及其他骨相关病理的有前景的候选药物，尤其适用于传统双膦酸盐类载体疗效有限、药代动力学不佳或对特定骨微环境选择性不足的情况。

参考文献：doi.org/10.1186/s13550-026-01437-5