含Glypican3 單克隆抗體電子順磁共振成像診斷劑的合成與性能

孫 麗，沈艷春，彭宇霄，沈于堯，劉琪鈺，周子琪，劉 凡，鄢國平

材料科學與工程學院，化工與制藥學院，武漢工程大學，湖北 武漢 430205

肝癌是全世界四大癌癥致死疾病之一，其中90%的肝癌是肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC），且80%～90%的肝細胞癌都伴隨有肝硬化（liver cirrhosis，LC），由于早期HCC 臨床癥狀與LC難以區分，患者往往在癌癥晚期才會被確診［1-3］。目前常用的腫瘤標記物甲胎蛋白（α-fetoprotein，AFP）存在假陽性和假陰性等缺點，降低了其對腫瘤檢測的準確度。因此，對于肝癌細胞與肝良性病變鑒別的臨床研究具有極其深遠的意義［4-5］。

磷脂酰肌醇蛋白聚糖3（glypican-3，GPC3）是一種位于細胞膜上的腫瘤胚胎期蛋白多糖，在肝癌細胞中特異性高度表達，而在正常細胞中不表達，因此GPC3被廣泛用作為肝細胞癌的治療靶點［6］。Glypican3 單克隆抗體（glypican-3 monoclonal antibody，GPC3-mAb）可與GPC3 特異性結合，被廣泛用作肝癌識別基團［7］。

卟啉類衍生物是一類芳香類四吡咯化合物，存在于植物和動物體內，如葉綠素和血紅素，能與癌細胞特異性結合并富集在腫瘤組織中［8］。卟啉可以通過插入到DNA 的堿基中，導致其斷裂而阻止腫瘤的形成。同時，卟啉類分子具有平面大環π-π共軛結構，易于被化學修飾，且能吸收可見光并發射熒光，具有較高的發光量子產率［9-11］。

電子順磁共振（electron paramagnetic resonance，EPR）是由未配對電子的磁矩發展的一種磁共振技術，通過檢測未成對電子探索其周圍環境，具有靈敏度強、分辨率高的優點［12-18］。本文在催化劑的作用下，采用5-苯氧乙酸乙酯聯吡咯甲烷為原料通過Lindsedy 法成環法等一系列反應，將5-醛基異氮雜茚氮氧自由基（5-formyl-1，1，3，3-tetramethylisoindolin-2-yloxyl，FTMIO）和GPC3-mAb 引 入到卟啉環上，合成GPC3 單克隆抗體電子順磁共振成 像 診 斷 劑——5-（1'，1'，3'，3'-四 甲 基-異 氮 雜茚-2'-氧化氮自由基）-10，15，20-三（4"-氧乙酸基苯基）卟啉-GPC3 抗體［5-（1'，1'，3'，3'-tetramethylisoindolin-2'-yloxyl-5'-yl）-10，15，20-tris（4"-carboethoxymethyleneoxyphenyl）-porph-yrin glypican-3 monoclonal antibody，TmioTCPP-GPC3-mAb］，并對其結構進行表征，進一步測試其熒光、電化學與EPR性能。

1 實驗部分

1.1 化學試劑與材料

1.1.1 主要化學試劑 三氟化硼乙醚絡合物、2，3-二氯-5，6-二氰對苯醌、正己烷、三氟乙酸、無水硫酸鈉、乙醇胺、N-（對-馬來酰亞胺基苯基）異氰酸酯、二甲亞砜（dimethyl sulfoxide，DMSO）、氫氧化鉀、氫氧化鈉、對羥基苯甲醛、乙酸乙酯、甲醇、四丁基氟化銨、溴乙酸乙酯（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。GPC3-mAb（分子量為66 kD，華中科技大學協和醫院），-20 ℃下儲存。吡咯用前重蒸，二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺（N，N-dimethyl-formamide，DMF）、乙醚、DMSO 均除水重蒸后備用。FTMIO，實驗室自制。

1.1.2 實驗設備 傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectrum，FT-IR）用Thermo 公司Nicolet Impact 420 型傅里葉變換紅外分析儀測定；質譜（mass spectrum，MS）用美國應用生物系統公司的Voyager-DE-STR 激光時間質譜計測定；熒光激發光譜和熒光發射光譜用Varian Eclipse 熒光分光光度計測定；EPR 譜采用BRUKER A300 電子順磁共振波譜儀測定；電化學性能在CHI660D 電化學工作站上測試。

1.2 實驗方法

1.2.1 5-苯氧乙酸乙酯雙吡咯的合成 稱取6.5 g對羥基苯甲醛和9.78 g 溴乙酸乙酯溶解于干燥丙酮（100 mL）中，并加入適量的K2CO3回流反應12 h，加水稀釋到200 mL，用乙醚萃取3 遍，取有機層用氫氧化鉀洗滌3 次，無水硫酸鈉干燥過夜，真空干燥得對醛基苯氧乙酸乙酯（8.2 g，77.2%）。

避光氮氣保護，將1.0 g 對醛基苯氧乙酸乙酯和40 mL 吡咯加入到三口瓶中，溶解完全后滴加0.05 mL 三氟乙酸到反應液中，常溫反應1.5 h，加入0.6 g 氫氧化鈉終止反應，攪拌30 min 后過濾，減壓干燥，用硅膠層析柱分離提純，真空干燥得到5-苯氧乙酸乙酯雙吡咯（0.80 g，51%）。

1.2.2 5-（1'，1'，3'，3'-四甲基-異氮雜茚-2'-氧化氮自由基）-10，15，20-三（4"-氧乙酸基苯基）卟啉［5-（1'，1'，3'，3'-tetramethylisoindolin-2'-yloxyl-5'-yl）-10，15，20-tris（4"- carboethoxymethyleneoxyphenyl）-porphyrin，TmioTCPP］的合成 在避光氮氣保護下，將0.74 g 5-苯氧乙酸乙酯雙吡咯和0.5 g FTMIO 溶解在230 mL 二氯甲烷中，在攪拌下將0.301 mL 三氟化硼乙醚絡合物加入到反應瓶中，反應1 h。再加入0.401 g 2，3-二氯-5，6-二氰對苯醌，攪拌反應12 h。減壓干燥，柱層析分離提純后真空干燥得到中間體5，10，15-三（4"-氧乙酸乙酯基苯基）-20-（1'，1'，3'，3'-四甲基-異氮雜茚-2'-氧化氮自由基）卟啉［5，10，15-tris（4"-aceticoxyphenyl）20-（1'，1'，3'，3'-tetramethylisoindolin-2'-yloxyl-5'-yl）-porphyrin，TmioTECPP］（0.11 g，4.7%）。

在氮氣保護下，將0.3 g TmioTECPP 加到甲醇/氫氧化鈉水溶液（體積比為1∶1）混合液中，在50 ℃下反應5 h，用甲醇萃取3 遍，減壓干燥得到產品TmioTCPP（0.2 g，72.7%）。

1.2.3 TmioTCPP-GPC3-mAb 的合成 精確稱量10 mg TmioTCPP 和0.6 μL 乙醇胺溶于2 mL DMF中，再加入2.17 mg 二環己基碳二亞胺（dicyclohexylcarbodiimide，DCC），常溫下持續反應2 d，反應液真空旋干，用硅膠層析柱分離提純，真空干燥得到中間體（5.2 mg，48.2%）。在避光氮氣保護下再將其和1.3 mg N-（對-馬來酰亞胺基苯基）異氰酸酯溶于DMSO 中，常溫反應2 h，真空除去溶劑，用硅膠層析柱分離提純得到活化的TmioTCPP（紫紅色，1.4 mg，56.4%），備用。

量取10 μL 磷 酸三（2-氯乙基）酯 加入到GPC3-mAb 的磷酸鹽緩沖液（1.515×10-5mmol/mL，10 μL）中，室溫攪拌30 min，將活化的TmioTCPP的磷酸鹽緩沖液（15.15 μL，1×10-4mmol/mL）滴加至反應液中，室溫反應2 h，透析12 h，冷凍干燥得到產品TmioTCPP-GPC3-mAb。合成線路如圖1所示。

1.2.4 結構表征與性能測試 配制TmioTCPPGPC3-mAb、TmioTCPP 和FTMIO 二氯甲烷溶液，以四丁基氟化銨（0.1 mol/L）為電解質，掃描速率為0.1 V/s，參比電極為Ag/AgCl，在CHI660D 電化學工作站上三電極系統上測定其循環伏安性能。

配制TmioTCPP-GPC3-mAb 和TmioTCPP 的磷酸鹽緩沖液，在熒光分光光度計上測定其激發波長與發射波長。

在氮氣保護下，配制TmioTCPP-GPC3-mAb（1.5×10-10mol/L）水溶液，在室溫下用電子順磁共振波譜儀測試EPR 性能。

圖1 TmioTCPP-GPC3-mAb 的合成路線Fig.1 Synthetic route of TmioTCPP-GPC3-mAb

2 結果與討論

2.1 TmioTCPP 及其中間產物的表征

TmioTECPP 按照文獻［19］報道的方法合成，對應質譜圖譜中的分子離子峰1 034.48（M+）［圖2（a）］，與目標產物（C62H58N5H10，Mr=1 034）結果一致。

對TmioTECPP 進行脫酯基處理，得到中間體TmioTCPP，對應質譜圖的分子離子峰（M+H+）為949［圖2（b）］，與目標產物（C55H46N5O10，Mr=948）結果一致。

圖2 質譜圖：（a）TmioTECPP，（b）TmioTCPPFig.2 Mass spectra：（a）TmioTECPP，（b）TmioTCPP

2.2 TmioTCPP-GPC3-mAb 的FT-IR 表 征

對TmioTCPP-GPC3-mAb 進行FT-IR 表征以確定產物結構，如圖3 所示，3 115 cm-1為卟啉環上N－H 的伸縮振動吸收峰，在與GPC3-mAb 偶聯之后，被抗體的3 444 cm-1左右O－H 吸收峰所覆蓋，同時，2 900 cm-1左右出現明顯的直鏈飽和烷烴（－CH2－，－CH3）的吸收峰，1 635 cm-1為酰胺（－CO－NH－）的吸收峰，1 384 cm-1為C－N 面內彎曲振動吸收峰，1 200～900 cm-1出現明顯的C－O的伸縮振動吸收峰，750～600 cm-1為酰胺（－NH2）的吸收峰。

圖3 TmioTCPP-GPC3-mAb 的FT-IR 譜Fig.3 FT-IR spectra of TmioTCPP-GPC3-mAb

2.3 TmioTCPP-GPC3-mAb 的電化學性能

通過循環伏安法測定了TmioTCPP-GPC3-mAb的氧化還原性能，如圖4 所示。由圖4 中可以看出，TmioTCPP-GPC3-mAb 的陽極電勢在1.1 V 附近出現，根據文獻［20］計算，最高占有分子軌道能量EHOMO、最低占有分子軌道能量ELUMO、能隙Eg分別為-4.5 eV、-5.5 eV和1.1 eV。TmioTCPP-GPC3-mAb與TmioTCPP、FTMIO 的相似的可逆氧化還原峰，其陽極電勢稍有下降，可能是由于接上GPC3-mAb后，其位阻效應比較大，這進一步證明TmioTCPP成功與抗體GPC3-mAb 偶聯，結構穩定，并保持了良好的氧化還原性能。

圖4 TmioTCPP-GPC3-mAb：（a）循環伏安曲線，（b）局部放大圖Fig.4 TmioTCPP-GPC3-mAb：（a）cyclic voltammograms，（b）partial magnification

2.4 TmioTCPP-GPC3-mAb 的熒光性能

圖5 為TmioTCPP-GPC3-mAb 的熒光激發光譜和熒光發射光譜。由圖5可知，TmioTCPP-GPC3-mAb的最大激發波長和最大發射波長分別在416 nm 和651 nm 處，與TmioTCPP 相比，GPC3-mAb 的加入并未改變其激發強度，且具有相似的熒光性能，表明TmioTCPP 成功與抗體偶聯。

圖5 TmioTCPP-GPC3-mAb：（a）熒光激發光譜，（b）熒光發射光譜Fig.5 TmioTCPP-GPC3-mAb：（a）fluorescence excitation spectra，（b）fluorescence emission spectra

2.5 TmioTCPP-GPC3-mAb 的EPR 測 試

圖6 為 水 溶性TmioTCPP-GPC3-mAb 的EPR 測試圖譜，產物濃度約為1.5×10-10mol/L，EPR 信號較弱，這可能是由于產品的濃度過低。

圖6 TmioTCPP-GPC3-mAb 的EPR 譜 圖Fig.6 EPR profile of TmioTCPP-GPC3-mAb

3 結 論

本文采用Lindsedy 法成環法等一系列反應直接將FTMIO 引入卟啉環中，合成具有電子順磁性能的水溶性TmioTCPP，再將肝癌靶向基團GPC3-mAb 與TmioTCPP 進行偶聯，制備含GPC3 單克隆抗體電子順磁共振成像診斷劑。實驗結果表明，水溶性TmioTCPP-GPC3-mAb 具有與卟啉相似的熒光性能，并保持了FTMIO 的氧化還原性能。GPC3-mAb 是肝癌特征識別基團，且卟啉化合物能較好的富集在腫瘤組織部位，因此有望提高EPR診斷劑對肝癌的檢測靈敏度。