5-HT_1A腦受體顯像劑的研究進展

龐燕 王治民 王道英 張森品

摘 要：5-HT1A腦受體作為人體的內源性活性物質，與體內很多生理病理狀態密切相關?，F有研究發現 WAY-100635[N-（2-（1-（4-（2-甲氧基苯基）哌嗪）-乙基））-N-（2-吡啶基）環己基甲酰胺]是5-HT1A受體有效的拮抗劑，其分子結構中的1-（2-甲氧基苯基）哌嗪（MPP ）基團是活性基團，對5-HT1A受體有很好的親和力?，F有的5-HT1A腦受體顯像劑研究方向都是對含有 MPP 藥效團的分子進行結構修飾，然后用放射性核素進行標記。 目前已有多種核素用于標記5-HT1A受體，例如：11C，99mTc 及18F 等，本文主要對99mTc 和18F 標記的放射性藥物做一介紹。

關鍵詞：5-HT1A受體；99mTc；18F；顯像劑

中圖分類號：R913???????????????????????????? 文獻標志碼：A

5-羥色胺（5- hydroxytryptamine，5- HT ）又名血清素，最早是從血清中提取出來的。5-羥色胺受體有七種亞型。其中5-HT1A受體是最能代表5-羥色胺受體的亞型。

15-HT1A 受體顯影劑分類及作用

5-HT1A受體包括突觸前膜5-HT1A受體和突觸后膜5-HT1A受體。突觸前5-HT1A受體主要分布于中縫核5- HT 能神經元的胞體和軸突處，突觸后膜5-HT1A受體主要分布于海馬和其他邊緣葉區的錐體神經元，在小腦中分布較少。5-HT1A受體在腦內參與調節了很多生理病理狀態，如睡眠、攝食、體溫、精神情感性疾病。一些研究表明，5-HT1A受體還與許多疾病有關，包括精神分裂癥、恐慌焦慮、易餓等疾病。因此，準確測定腦內的5-HT1A，可以幫助我們探討神經系統多種生理病理機制。[1]

25-HT1A 受體顯像劑應用情況

文獻報道的用于標記5-HT1A受體放射性藥物的放射性核素有：11C，99mTc 及18F 等，文章主要對99mTc 和18F 標記的放射性藥物做一介紹。

2.199mTc 標記的顯像劑

2.1.1? 99mTc 標記的混配配合物

Papagianopoulou 等[2]人設計并合成了三種混配配合物，其結構如圖1所示。

如圖1所示，改變哌嗪連接的配體可以得到三種不同的配體。作者測定了三種配體的穩定常數并研究了配體99mTc 標記后在生物體內分布情況。結果顯示，三種配體的 IC50值（半抑制濃度）分別為31 nM、6 nM、10 nM，進行99mTc 標記后三種配合物在瑞士白化小鼠體內，初始腦攝取（1 min 時）分別為0.81%ID、1.15%ID 和0.49%ID，但是清除速度很快。

隨后 Papagianopoulou 等[5]人通過改變哌嗪與锝之間的碳鏈長度、R 基團，設計合成了一系列配體，結構如圖2所示、見表1所列。測定了它們的 IC50值并研究了其在 Wistar 雄性大鼠體內生物分布情況。

結果顯示11種配體與5-HT1A 受體有一定的親和力，IC50值為5.8-103 nM，其中配體3和配體4的 IC50值分別為6.0 nM 和5.8 nM，與5- HT1A 受體親和力較高。在 Wistar 雄性大鼠體內，配合物初始腦攝取較高（0.24-1.31%ID，2 min p.i），但是清除速度很快，其中配合物4、6、8、9的腦滯留相對較好。

2.1.2? 99mTcO （MPMED） （BMPDEEDA） 和 99mTcO （MPMED）（BMPBA）

劉飛等[8]人合成了單齒配體 MDMEP，三齒配體 BMPDEEDA 和 BMPBA，結構如圖3所示。并用99mTc 標記得到99mTcO （ MPMED ）（ BMPDEEDA ）和 99mTcO （ MPMED ）（ BMPBA ）。

從昆明小鼠體內分布實驗結果可以[13]看出，99mTcO （ MPMED ）（ BMPDEEDA ）和99mTcO（MPMED ）（ BMPBA ）在小鼠腦內初始攝取較高，注射后2 min 分別為（1.63±0.27）%ID/g 和（1.77±0.16）%ID/g 。但是清除速度較快，60 min 時腦內的攝取降到（0.87±0.05）% ID/g 和（0.46±0.15）%ID/g 。由于血液中放射性本底很高，導致腦/血比值較低（60 min 分別為0.19和0.32）。

2.1.3? [99mTc]Tc1

Heimbold 等[4]人報道了一種新型的99mTc 標記的 N2S2類配合物[99mTc ] Tc1，結構如圖4所示。它是通過一個烷基碳鏈將 MPP 與 N2S2相連，再與锝進行配位。該配體表現出對5-HT1A 受體較好的親和力，實驗測定其 IC50為1.29 nM（與5-HT1A 受體的激動劑[3H ]8-OH- DPAT 競爭），同時該配體也表現出對α1-腎上腺受體較高的親和性（IC50為8.12 nM），與5-HT2A 受體和 D2受體的親和力較低。該配合物在大鼠腦內有較高的初始腦攝取[（0.56±0.07）%ID，2.5 min p.i]，且血清除速度很快，腦/血比值較為理想。體外放射性自顯影顯示其在5- HT1A 受體高表達的海馬和頂葉皮層特異性攝取較高。體外代謝實驗顯示，120 min 時配合物在大鼠腦和肝臟勻漿中穩定存在，在肺臟勻漿中發現大約有10%的親水性代謝產物。

2.1.4? 99mTc（CO）3-MPPDTF

2007年張現忠等[6]人標記得到三羰基鍀配合物99mTc （CO）3-MPPDTF，結構如圖5所示。

99mTc （CO）3- MPPDTF 是一種脂溶性的中性配合物。昆明小鼠體內分布實驗結果顯示，此配合物在小鼠腦內初始攝取較高[（0.53±0.10）%ID/g，5 min p.i]，并且滯留很好[（0.42±0.02）%ID/g，120 min p.i]，2 h 時仍有約80%的放射性滯留于腦內。腦區域分布實驗表明，5-HT1A 受體高表達的海馬部位相比受體低表達的皮質和小腦部位，放射性攝取更高[（0.60±0.02）%ID/g，5 min p.i]，并且在注射5- HT1A 受體的激動劑8- OH-DPAT 后，海馬區域的攝取顯著降低[（0.23±0.03）%ID/g，5 min p.i]，而小腦部位的攝取無明顯變化，進一步證明了99mTc（CO）3-MPPDTF 與5-HT1A受體是特異性結合。

2.1.5? 99mTc- Bicine/HYNIC- MPP2和99mTc- HEDT? A/ HYNIC-MPP4

2009年，張現忠等[9]人將與5-HT1A 受體有高親和力的藥效團1-（2-甲氧基苯基）哌嗪與雙功能連接劑 HYNIC（6-肼基尼古丁酸）用不同長度的碳鏈相連接，再在共配體 Bicine 和 HEDTA 的存在下進行99mTc 標記得到兩種配合物99mTc- Bicine/HYNIC- MPP2和99mTc- HEDTA/HYNIC- MPP4，其中 HYNIC- MPP2（n=1）和 HYNIC-MPP4（n=2）結構如圖6所示。

兩種配合物都是水溶性和電中性的。昆明小鼠體內分布實驗結果[14]顯示，99mTc-Bicine/HYNIC-MPP2和99mTc- HEDTA/HYNIC- MPP4有較高的初始腦攝取，2 min 分別為（0.31±0.07）%ID/g 和（0.60±0.07）%ID/g。并且兩種配合物在腦內的滯留較好，60 min 時分別有77%和63%滯留于腦內。盡管血液中的放射性攝取很高，但是兩者在血液中清除速度較快，其中99mTc- HEDTA/HYNIC- MPP42 h 后已有70%的從血液中清除。小鼠腦區域分布實驗中，兩種配合物在海馬區域的放射性濃集高于小腦和皮層區，與5-HT1A 在腦內的分布一致，其中60 min 時海馬/小腦比值最高分別為1.98和4.4。注射5- HT1A 受體的激動劑8- OH- DPAT 后，海馬區域的放射性攝取明顯降低，99mTc- Bicine/ HYNIC- MPP2由未抑制時的1.00%ID/g 降低到0.42% ID/g，99mTc- HEDTA/HYNIC- MPP4由1.84% ID/g 降到0.53%ID/g，其他區域放射性攝取沒有顯著變化，進一步證實了兩種配合物與5-HT1A受體是特異性結合。

2.218F標記的顯像劑

2.2.1? p-[18F]-MPPF

1994年 Zhuang Z[3]報道合成了 p-[18F ]- MPPF，結構如圖7所示。

放射性標記過程中采用的是傳統加熱方法（140℃，20 min），整個制備過程需要90 min，放射化學產率為10%。配體 p-MPPF 在大鼠海馬膜勻漿中表現出對5-HT1A 受體很高的親和力（Ki=3.3±0.8 nM）。 SD 大鼠體內分布實驗結果顯示，p-[18F ]-MPPF 在腦內的初始攝取較高[（0.67±0.11）%ID/g，2 min p.i]，但是清除速度很快30 min 和60 min 只有大約10%和6%的放射性攝取滯留于腦內。除了肝、肺和腎中放射性初始攝取略高外[肝中最高2 min 時為（2.39±0.71）%ID/g]，其他組織的攝取都很低，并且非靶組織的清除速度也很快，60 min 時除了肝臟外，其他組織中均降到0.1% ID/g 以下。隨著時間的增長，股骨中的放射性攝取并沒有增加，說明碳-氟鍵是穩定的，脫氟并不是 p-[18F ]-MPPF 的主要代謝方式。腦區域分布實驗顯示，海馬、皮質和下丘腦中的攝取較高，2 min 時海馬中攝取為（1.136±0.142）%ID/g，小腦中的攝取較低[（0.366±0.038）%ID/g，2 min p.i]，這與5-HT1A受體在腦內分布情況一致。腦內區域的放射性攝取清除速度很快，但是受體高表達部位的清除速度明顯低于受體低表達的區域，30 min 時海馬/小腦比值最高為5.6。提前注射受體激動劑（±）8-OH-DPAT 或者拮抗劑 WAY100635后，高表達區域的放射性攝取顯著降低，說明 p-[18F ]-MP? PF 對受體的結合是特異的和可逆的。作者同時做了 p-[18F ]-MPPF 在恒河猴腦內 PET-CT 顯像，結果顯示， p-[18F]-MPPF 在腦內海馬中有很好的攝取和滯留，30 min 時海馬/小腦比值為3，提前注射（±）8-OH-DPAT 后，此比值降至1。動脈血漿代謝實驗結果顯示，30 min 時大約有20%是以母體配合物形式存在。

D.LeBars 等[7]人對標記方法進行改進，用微波加熱的方法代替了傳統的加熱方法（3 min，500 W），并采用固相萃取技術，縮短了反應時間（70 min），提高了放射化學產率（25%）。作者做了中等大小動物貓的腦內 PET 顯像，結果與 Zhuang Z 報道的一致：受體高表達的海馬和大腦皮質顯像明顯，受體低表達的小腦中攝取較低。30 min 時海馬/小腦比值和大腦皮質/小腦比值分別為5和3.8，WAY100635抑制實驗同樣證明了配合物的特異性結合。

文獻報道的 p-[18F ]- MPPF 在大鼠體外放射性自顯影和 Micro- PET 實驗[15]，與體內分布實驗結果一致。在小鼠體內以0.23 mg/kg 的劑量注射 p-[18F ]-MP?PF，并飼養15 d，未有小鼠出現明顯的臨床癥狀、死亡或者明顯體重改變。細菌逆變突變實驗表明 p-[18F ]- MPPF 不具有誘變活性。

文獻報道 p-[18F ]-MPPF 已經進入臨床研究，成功在人體腦內 PET- CT 顯像[16]，結果顯示海馬、額葉、皮質、扁桃體等受體密集的部位顯像明顯，在小腦中攝取幾乎為零，與受體分布一致。

2.2.2? 18F-Mefway

2006年 Neil Saigal 等[10]人以 WAY-100634為起始原料得到18F-Mefway，結構如圖8所示。

實驗測得18F- Mefway 為脂溶性物質[logP 為（2.62±0.06）]，IC50值為（25.7±2.4） nmol/L 。作者做了一系列嚙齒類動物體內體外生物性能研究（包括大鼠放射性自顯影、大鼠 PET/CT、大鼠 MicroPET、小鼠 PET/CT），所得結果與受體在腦內的分布情況一致。抑制實驗表明18F-Mefway 對受體的結合是特異性的[17]。雄性恒河猴 PET 顯像結果顯示，18F-Mefway 在腦內的攝取速度很快，在受體高表達的區域攝取高滯留好，受體低表達的區域攝取很低，并且清除速度很快，3 h 后海馬區域仍有初始攝取的60%滯留，而小腦區域只有6%滯留。18F-Mefway 在腦內的攝取有四種水平，攝取最高的為海馬區和島葉皮層，第二位為顳葉皮層、扣帶回、額葉皮層和枕葉視皮層。第三位為紋狀體、丘腦和中縫，攝取最低的為小腦區域。80 min 海馬/小腦比值最高為9.7。代謝實驗表明18F-Mefway 注射后3 h，血漿中30%是以母體形式存在，說明18F-Mefway 比以往報道的5- HT1A 受體顯像劑在體內更加穩定。有文獻報道[18F ] trans- Mefway 對5- HT1A 受體的親和力比[18F ]cis- Mef? way 強。2013年 Neil Saigal 將[18F ]trans-Mefway 分離出來進行研究。實驗測得 trans-Mefway 的抑制常數Ki 為0.84 nM，與 WAY-100635接近（Ki=1.07 nM）。

2.2.3? p-[18F]-DMPPF

2006年，Alain Plenevaux 等[11]人設計合成了 p-[18F ]- DMPPF，結構如圖9所示。整個標記過程需要90 min，放射化學產率為10%。SD 大鼠體內分布實驗顯示，腦內攝取較高[（0.31±0.04）%ID/g，15min p.i]，60 min 降到（0.10±0.01）%ID/g，說明 p-[18F ]- DMPPF 能通過血腦屏障。p-[18F ]-DMPPF 在腦內分布與受體分布一致，海馬中攝取最高[（0.77±0.07）%ID/g ，15 min p.i]，但是清除速度較快60 min 只有38%滯留。額葉皮質和紋狀體中5-HT1A 受體密度較低，p-[18F ]- DMPPF 的攝取也較低，小腦中受體最少，p-[18F ]-DMP? PF 的攝取最低，并且清除速度很快，30 min 時海馬/小腦比值最高約為6。非靶組織攝取很低，除了肝臟外，其他組織攝取均在1.00%ID/g 以下，其中血液和骨中攝取很低[30 min 均為（0.07±0.02）%ID/g]，并且隨著時間的延長并沒有增加的趨勢，側面證明了氟-碳鍵很穩定，脫氟并不是 p-[18F ]-DMPPF 的主要代謝方式。作者將 p-[18F ]- MPPF 和 p-[18F ]- DMPPF 體外放射性自顯影的結果進行對比發現，雖然實驗中 p-[18F ]-DMP? PF 的注射劑量更小，但是顯像效果卻更好。軟件計算的 p-MPPF 和 p-DMPPF 的 LogP 值分別為3.49和2.80，顯然 p-DMPPF 的脂溶性更低，但是腦內攝取卻更好，作者認為這可能跟外排泵 P-糖蛋白有關。由此可見脂溶性并不是唯一影響腦攝取的因素。代謝實驗顯示，血漿中代謝物是比 p-[18F ]-DMPPF 極性更大的物質，60 min 時大概有39%是以母體形式存在的。小腦和海馬勻漿中大約90%以母體形式存在。只有小于2%的放射性物質結合到蛋白或者細胞殘留上。代謝結果證明了 p-[18F ]-DMPPF 在體內比 p-[18F ]-MPPF 更穩定。

2.2.4? [18F]FCWAY

LixinLang[12]設計合成[18F ]FCWAY，結構如圖10所示。實 驗測得 FCWAY 抑制常數 Ki 為0.515 nM，與 WAY100635接近（0.59 nM）。大鼠腦區域分布實驗結果顯示，30 min 時[18F ]FCWAY 在海馬中攝取很高[（1.298±0.068）% ID/g]，大腦皮質次之[（0.823±0.028）%ID/g]，小腦中攝取最低[（0.064±0.006）%ID/g]。從血液和腦勻漿代謝實驗得出，[18F ]FCWAY 在體內代謝速度很快，可能與其代謝物過快的脫氟有關。這樣會導致顱骨高攝取影響顯像效果。

D N.Tipre 等[17]人嘗試尋找降低[18F ]FCWAY 脫氟率的方法。作者首先做了大鼠 PET 顯像，結果顯示受體密集的額葉皮層，海馬區域攝取較高，并且清除速度較慢。小腦的初始攝取較高，但是清除速度很快。海馬/小腦比值最高達5.5。但是顱骨攝取很高，并且隨時間的增長持續增加，嚴重影響了顯像效果。在體外實驗中作者發現加入咪康唑能降低[18F ]FCWAY 的脫氟率。作者接著摸索了不同濃度的咪康唑對脫氟率的影響，發現濃度達到最高濃度60 mg/Kg 時，顱骨攝取最低，降低了約87%。提前注射咪康唑后，不僅降低了顱骨的攝取，并且增加了受體密集區的放射性攝取，海馬/小腦比值最高達到14。代謝實驗表明，咪康唑的使用同樣延長了[18F ]FCWAY 的血漿半衰期。已有文獻報道[18F ]FCWAY 用于臨床驚恐障礙和癲癇的研究。

35-HT1A 受體顯像劑臨床應用趨勢

理想的用于5-HT1A受體顯像的分子探針必須具備以下幾點：（1）對受體有高的親和力和選擇性，這樣可以降低非特異性攝取；（2）適當的脂溶性，可以穿透血腦屏障但是不會無選擇的結合在所有膜上；（3）較慢的清除速度，降低放射性配體代謝產物的干擾，進而降低由此引起的本底水平增加的影響。目前大多數5-HT1A 受體介導的放射性藥物的研究僅限于實驗階段，尋找更高效的標記方法，提高藥物的靶向性，增加藥物的穩定性是今后需要解決的主要問題。

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