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CN115260155B - 一种含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物及其应用 - Google Patents

一种含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物及其应用 Download PDF

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CN115260155B CN202210946490.9A CN202210946490A CN115260155B CN 115260155 B CN115260155 B CN 115260155B CN 202210946490 A CN202210946490 A CN 202210946490A CN 115260155 B CN115260155 B CN 115260155B
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Abstract

本发明涉及放射性药物化学和临床核医学技术领域，具体涉及一种含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸‑脲衍生物及其应用。将所述含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸‑脲衍生物用放射性核素标记得到的放射性制剂，在肿瘤中具有高摄取，同时肿瘤/非靶比值好，与前列腺特异性膜抗原特异性结合，可用作前列腺癌诊断的有推广应用价值的新型肿瘤放射性药物。

Description

一种含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物及其 应用
技术领域
本发明涉及放射性药物和核医学领域，具体涉及含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物及其应用。
背景技术
前列腺癌是最常见的男性恶性肿瘤之一，全球范围内男性癌症中位居第二。随着人口老龄化和生活习惯的改变，近年来国内前列腺癌患病率呈不断上升趋势。转移、复发和去势抵抗是导致前列腺癌患者死亡的主要原因。预后效果与肿瘤的分期息息相关，因此前列腺癌的早期诊断和复发病灶探测对优化治疗至关重要。前列腺特异性膜抗原(prostate-specific membrane antigen，PSMA)在前列腺癌细胞中高度特异性表达，且与肿瘤的恶化程度和癌症分期呈正相关，使其在前列腺癌分子影像诊断及靶向治疗领域具有重要的研究价值。尤其是放射性核素标记的 PSMA小分子抑制剂作为靶向分子，已在前列腺癌的诊疗方面展现出明显优势和广阔的临床前景。
近年来研究表明，基于谷氨酸-脲(Glu-urea)骨架小分子化合物表现出与前列腺癌细胞表面的PSMA的高亲和力以及特异性。放射性核素标记含谷氨酸-脲骨架分子的PSMA抑制剂可准确定位前列腺癌病灶区，并辨别癌症恶化程度，成为国际放射性药物的研究热点。但由于PSMA 在肾脏中高表达，大多数的放射性核素标记含谷氨酸-脲骨架分子的PSMA抑制剂的肾脏摄取高，对病人肾脏带来的辐射损伤不可忽视。99mTc作为临床应用最广泛的SPECT显像核素，具有合适的核素性质，可由99Mo/99mTc发生器淋洗获得，而且99mTc标记的药物便于药盒化生产，易于临床推广使用，因此研制靶向PSMA的用于前列腺癌特异性诊断的新型99mTc放射性药物具有重要的现实意义。
有研究报道三唑环的引入可降低该类抑制剂肾脏的摄取，从而降低对患者肾脏的辐射损伤 (Ying Chen,Ala Lisok,Samit Chatterjee,et al.[18F]Fluoroethyl triazolesubstituted PSMA inhibitor exhibiting rapid normal organclearance.Bioconjugate Chem.2016,27,1655-1662.)。肼基尼古酰胺 (HYNIC)是99mTc标记的放射性药物研究中常用的一种双功能连接剂。基于以上背景，本发明通过合成含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物，在其他共配体的参与下，将其进行99mTc标记来探求新型特异性靶向PSMA的肿瘤放射性药物，具有重要的科学意义和广阔的临床应用前景。
发明内容
本发明提供了一种含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物，该衍生物稳定性好，制备简便，进行放射性标记后用于前列腺肿瘤诊疗，肿瘤摄取高且靶/非靶比值好，在肿瘤诊疗领域具有重要的科学意义和应用前景。
具体地，本发明提供以下技术方案：
一种含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物，所述的结构式为(I)：
式中m表示1或1以上的整数，n表示1或1以上的整数。
优选的，上述含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物中，当m＝2，n＝3时，所述含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物的结构式为下面一种(II)，由该衍生物制备得到的相应99mTc配合物与PSMA特异性结合，在非靶器官中有很低的摄取，有高的肿瘤摄取值、肿瘤/ 血和肿瘤/肌肉比值，能够针对前列腺肿瘤诊疗取得很好的效果。
本发明还提供一种放射性制剂，所述放射性制剂包含用放射性核素标记的上述含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物。
优选的，上述放射性制剂中，所述放射性核素部分为金属放射性核素。
优选的，上述放射性制剂中，所述金属放射性核素为99mTc、99Tc、94mTc、94Tc、52Mn、186Re或188Re。
最优选的，上述放射性制剂中，所述放射性核素为99mTc，所述放射性制剂的结构式为(III)：
式中：m表示1或1以上的整数，n表示1或1以上的整数，L为99mTc形成稳定99mTc 配合物时的共配体组分，为N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和乙二胺-N,N'-二乙酸(EDDA)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和三苯基膦三间磺酸钠(TPPTS)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸 (Tricine)和二苯基膦苯-3-磺酸钠(TPPMS)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和2-(吡啶-4-基)乙酸(PA)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和烟酸(NIC)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和异烟酸(ISONIC)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和3,5-吡啶二羧酸(PDA)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和3-吡啶磺酸(PSA)。
本发明还提供上述放射性制剂在前列腺肿瘤诊断领域和/或前列腺肿瘤治疗领域中的应用。本发明的有益效果在于：本发明提供一种含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物，将其用放射性核素标记得到的放射性制剂，在前列腺肿瘤中具有高摄取，同时肿瘤/非靶比值好，是一种有推广意义的新型肿瘤放射性药物。
具体实施方式
本发明提供了一种含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物及其应用，在一种优选的实施方式中，本发明提供结构通式为99mTc-GTH-L的放射性制剂：
式中：m表示2，n表示3，L为99mTc形成稳定99mTc配合物时的共配体组分，为N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和乙二胺-N,N'-二乙酸(EDDA)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和三苯基膦三间磺酸钠(TPPTS)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和二苯基膦苯-3-磺酸钠 (TPPMS)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和2-(吡啶-4-基)乙酸(PA)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和烟酸(NIC)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和异烟酸(ISONIC)、N-三(羟甲基) 甲基甘氨酸(Tricine)和3,5-吡啶二羧酸(PDA)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和3-吡啶磺酸 (PSA)。
其制备步骤如下：
a.配体GTH的合成
取25mL三口圆底瓶，在N2保护下加入适量CuSO4·5H2O和L-抗坏血酸钠的水溶液，搅拌均匀后，加入化合物1和化合物2的DMF溶液，室温反应24h后，旋转蒸发除去溶剂，粗产物经柱层析纯化得到化合物3。将化合物3溶于二氯甲烷和三氟乙酸的混合溶液(体积比为3:1)，室温搅拌5h，旋转蒸发除去溶剂，即得到配体GTH。
具体合成路线为：
b.99mTc-GTH-L配合物的制备
将GTH和Tricine溶于生理盐水中，加入EDDA或TPPTS或TPPMS或PA或NIC或 ISONIC或PDA或PSA，加入SnCl2·2H2O，调节溶液pH值约5.0-7.0，然后向其中加入新鲜淋洗的Na99mTcO4溶液，100℃下反应20-30min后即得到所述的99mTc-GTH-L配合物。
通过上述方法制备的99mTc-GTH-L配合物的放射化学纯度大于90％，为亲水性物质，体外稳定性良好。99mTc-GTH-L配合物在肾脏中有特异性摄取且能被抑制剂显著抑制，在荷瘤小鼠肿瘤部位摄取和肿瘤/非靶比值较好，肿瘤摄取也能被抑制剂显著抑制，作为新型靶向PSMA 肿瘤显像剂值得推广应用。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
下面通过实施例详述本发明：一种99mTc标记含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物，可用于靶向PSMA的SPECT/CT显像，其结构通式为99mTc-GTH-L。
其中m表示2，n表示3。L为99mTc形成稳定99mTc配合物时的共配体组分，为N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和乙二胺-N,N'-二乙酸(EDDA)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和三苯基膦三间磺酸钠(TPPTS)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和二苯基膦苯-3-磺酸钠 (TPPMS)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和2-(吡啶-4-基)乙酸(PA)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和烟酸(NIC)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和异烟酸(ISONIC)、N-三(羟甲基) 甲基甘氨酸(Tricine)和3,5-吡啶二羧酸(PDA)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和3-吡啶磺酸 (PSA)等。
99mTc-GTH-L的制备方法如下，但是并不仅限制于举例说明的配合物：
a.配体GTH的合成
取25mL三口圆底瓶，在N2保护下加入7.4mg(0.030mmol)CuSO4·5H2O和17.7mg(0.089 mmol)L-抗坏血酸钠的水溶液。搅拌均匀后，加入203.0mg(0.358mmol)化合物1和99.9mg (0.298mmol)化合物2的DMF溶液，室温反应24h后，旋转蒸发除去溶剂，粗产物经柱层析纯化(二氯甲烷/甲醇＝10:1，Rf＝0.4)得到化合物3，产率为93.6％。将化合物3溶于二氯甲烷和三氟乙酸的混合溶液(体积比为3:1)，室温搅拌5h，旋转蒸发除去溶剂，即为配体GTH。1H-NMR(400MHz,CD3OD)δ(ppm):8.52(d,J＝2.2Hz,1H),8.22–8.08(m,1H),7.79(d,J＝11.9Hz,1H),6.96–6.88(m,1H),4.52–4.44(m,2H),4.30(dt,J＝11.0,5.5Hz,1H),4.24(dd,J＝ 8.4,4.9Hz,1H),3.41(t,J＝6.7Hz,2H),3.19–3.10(m,2H),2.97(t,J＝7.3Hz,2H),2.54(q,J＝ 7.5Hz,2H),2.42(ddd,J＝9.5,8.3,5.8Hz,2H),2.24–2.11(m,2H),1.95–1.85(m,1H),1.84– 1.76(m,1H),1.63(dt,J＝21.2,7.3Hz,1H),1.52–1.44(m,2H),1.37(d,J＝7.2Hz,3H).HR-MS (ESI)for C26H39N10O9[M+H]+:found 635.2906,calcd 635.2895.
b.99mTc-GTH-EDDA配合物的制备
取10μg配体GTH，250μL乙二胺-N,N'-二乙酸(EDDA,40mg/mL,0.2mol/L NaOH)，20mg N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)，100μg SnCl2·2H2O，20mg甘露醇和0.5mL PBS(0.2mol/L，pH＝6.0)，加入0.15ml无菌注射用水溶解，然后加入0.1mL Na99mTcO4淋洗液，沸水浴反应20min，即得目标配合物99mTc-GTH-EDDA。
c.99mTc-GTH-TPPTS配合物的制备
取10μg配体GTH，1mg N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)，2mg三苯基膦三间磺酸钠 (TPPTS)，100μg SnCl2·2H2O，20mg甘露醇和0.5mL琥珀酸盐缓冲液(0.5mol/L，pH＝5.0)，加入0.4mL无菌注射用水溶解，然后加入0.1mL Na99mTcO4淋洗液，沸水浴反应30min，即得目标配合物99mTc-GTH-TPPTS。
d.99mTc-GTH-TPPMS配合物的制备
取10μg配体GTH，1mg N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)，2mg二苯基膦苯-3-磺酸钠 (TPPMS)，30μg SnCl2·2H2O，0.4mL琥珀酸盐缓冲液(0.5mol/L，pH＝5.0)，加入0.5mL无菌注射用水溶解，然后加入0.1mL Na99mTcO4淋洗液，沸水浴反应30min，即得目标配合物99mTc-GTH-TPPMS。
e.99mTc-GTH-PA配合物的制备
取10μg配体GTH，5mg N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)，4mg 2-(吡啶-4-基)乙酸(PA)， 30μg SnCl2·2H2O，0.4mL PBS(0.2mol/L，pH＝6.5)，加入0.5mL无菌注射用水溶解，然后加入0.1mL Na99mTcO4淋洗液，沸水浴反应20min，即得目标配合物99mTc-GTH-PA。
f.99mTc-GTH-NIC配合物的制备
取10μg配体GTH，5mg N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)，2mg烟酸(NIC)，30μgSnCl2·2H2O，0.4mL琥珀酸盐缓冲液(0.5mol/L，pH＝5.0)，加入0.5mL无菌注射用水溶解，然后加入0.1mL Na99mTcO4淋洗液，沸水浴反应20min，即得目标配合物99mTc-GTH-NIC。
g.99mTc-GTH-ISONIC配合物的制备
取10μg配体GTH，5mg N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)，4mg异烟酸(ISONIC)，30μg SnCl2·2H2O，0.4mL琥珀酸盐缓冲液(0.5mol/L，pH＝5.0)，加入0.5mL无菌注射用水溶解，然后加入0.1mL Na99mTcO4淋洗液，沸水浴反应20min，即得目标配合物99mTc-GTH-ISONIC。
h.99mTc-GTH-PDA配合物的制备
取10μg配体GTH，5mg N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)，4mg 3,5-吡啶二羧酸(PDA)， 30μg SnCl2·2H2O，0.4mL琥珀酸盐缓冲液(0.5mol/L，pH＝5.0)，加入0.5mL无菌注射用水溶解，然后加入0.1mL Na99mTcO4淋洗液，沸水浴反应20min，即得目标配合物99mTc-GTH-PDA。
i.99mTc-GTH-PSA配合物的制备
取10μg配体GTH，5mg N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)，4mg 3-吡啶磺酸(PSA)，30μg SnCl2·2H2O，0.4mL琥珀酸盐缓冲液(0.5mol/L，pH＝5.0)，加入0.5mL无菌注射用水溶解，然后加入0.1mL Na99mTcO4淋洗液，沸水浴反应20min，即得目标配合物99mTc-GTH-PSA。
实验表明，配合物99mTc-GTH-L的性能如下：
1.配合物的鉴定
a.薄层层析色谱(TLC)鉴定
展开体系为：聚酰胺薄膜作为支持体，醋酸铵(1mol/L)/甲醇＝2：1(V/V)作为展开剂，在该体系下，各放射性组分的Rf值如下表所示。
表1配合物各组分的层析结果(Rf值)
由上述层析鉴定所测得的标记物的放射化学纯度大于90％。
2.配合物的脂水分配系数的测定
取0.8mL正辛醇和0.7mL pH＝7.4(0.025mol/L)的磷酸盐缓冲液于2mL离心试管中，在离心试管中加入0.1mL配合物溶液，盖上塞子，涡旋充分混匀，离心5min(3000r/min)。分别从有机相和水相中取出0.1mL，测定两相的放射性计数，并计算log P值(P＝有机相的放射性活度/水相的放射性活度)。配合物的脂水分配系数结果如下表所示：
表2配合物的脂水分配系数结果
脂水分配系数结果表明，配合物均为水溶性物质。
3.配合物的体外稳定性测定
将标记好的配合物分别在室温下和在37℃小鼠血清中放置6小时后测定其放射化学纯度，实验结果表明配合物在室温下和在37℃小鼠血清中放置6小时后放射化学纯度均大于 90％，说明其体外稳定性好。
4.配合物在小鼠生物分布实验
为了验证配合物是特异性靶向PSMA的肿瘤显像剂，用PSMA抑制剂ZJ-43进行了抑制实验。提前30min给每只正常昆明雄性小鼠的尾静脉注射500μg ZJ-43，然后再注射0.10mL配合物溶液(0.185MBq，15pmol)。给药2h后处死小鼠，取其肾、血液和肌肉，擦净后称重并利用γ-Counter计数器测其放射性计数，计算各脏器的每克百分注射剂量(％ID/g)。生物分布结果见表3-10。
表3 99mTc-GTH-EDDA在正常昆明雄性小鼠中生物分布结果(2h p.i.，n＝5，％ID/g)
表4 99mTc-GTH-TPPTS在正常昆明雄性小鼠中生物分布结果(2h p.i.，n＝5，％ID/g)
表5 99mTc-GTH-TPPMS在正常昆明雄性小鼠中生物分布结果(2h p.i.，n＝5，％ID/g)
表6 99mTc-GTH-PA在正常昆明雄性小鼠中生物分布结果(2h p.i.，n＝5，％ID/g)
表7 99mTc-GTH-NIC在正常昆明雄性小鼠中生物分布结果(2h p.i.，n＝5，％ID/g)
表8 99mTc-GTH-ISONIC在正常昆明雄性小鼠中生物分布结果(2h p.i.，n＝5，％ID/g)
表9 99mTc-GTH-PDA在正常昆明雄性小鼠中生物分布结果(2h p.i.，n＝5，％ID/g)
表10 99mTc-GTH-PSA在正常昆明雄性小鼠中生物分布结果(2h p.i.，n＝5，％ID/g)
从表3-10可以看出，在控制组中，肾脏作为PSMA较高表达的器官，配合物均在2h时表现出了高的肾脏摄取，而血液和肌肉的摄取都很低。提前30min注射抑制剂ZJ-43后，肾脏摄取明显降低，抑制效果显著，表明配合物与PSMA特异性结合。
在上述配合物中，选择99mTc-GTH-TPPTS和99mTc-GTH-PA进行荷22Rv1瘤BALB/c雄性裸鼠的生物评价。提前30min给荷22Rv1瘤BALB/c雄性裸鼠注射500μg ZJ-43，然后再注射0.10mL配合物溶液(0.185MBq，15pmol)。给药2h后处死小鼠，取其肾脏、心、肺、血、肌肉等组织和脏器，擦净后称重，并利用γ-Counter计数器测其放射性计数，计算各组织和脏器的每克百分注射剂量(％ID/g)。
表11 99mTc-GTH-TPPTS在荷22Rv1瘤BALB/c雄性裸鼠中生物分布结果 (2h p.i.，n＝4，％ID/g)
表12 99mTc-GTH-PA在荷22Rv1瘤BALB/c雄性裸鼠中生物分布结果 (2h p.i.，n＝4，％ID/g)
22Rv1肿瘤是PSMA中等程度表达的肿瘤模型，荷瘤动物实验结果表明，99mTc-GTH-TPPTS和99mTc-GTH-PA配合物在肿瘤中有较高的摄取、肿瘤/肌肉以及肿瘤/血比值，提前30min注射抑制剂ZJ-43后，肿瘤摄取明显降低，抑制效果明显，说明其与PSMA 是特异性靶向结合。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，除了本发明涉及到的含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物外，相应共配体L为N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和3,3'-(苯基膦二基) 二(苯-1-磺酸)二钠(TPPDS)、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和葡庚糖酸盐、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和葡糖胺、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和甘露糖醇、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(Tricine)和二苯基膦苯甲酸时，将含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物和共配体L进行放射性核素标记后得到的放射性制剂均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物，其特征在于，所述三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物的结构式为(I)：
式中m表示1或1以上的整数；
n表示1或1以上的整数。
2.一种放射性制剂，其特征在于，所述放射性制剂包含用放射性核素标记的权利要求1所述的含三唑环和肼基尼古酰胺基的谷氨酸-脲衍生物。
3.根据权利要求2所述的放射性制剂，其特征在于，所述放射性核素为99mTc、99Tc、94mTc、94Tc、52Mn、186Re或188Re。
4.根据权利要求3所述的放射性制剂，其特征在于，所述放射性制剂的结构式为(II)：
式中：m表示1或1以上的整数，n表示1或1以上的整数，L为N-三(羟甲基)甲基甘氨酸和乙二胺-N,N'-二乙酸、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸和三苯基膦三间磺酸钠、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸和二苯基膦苯-3-磺酸钠、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸和2-(吡啶-4-基)乙酸、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸和烟酸、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸和异烟酸、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸和3,5-吡啶二羧酸、N-三(羟甲基)甲基甘氨酸和3-吡啶磺酸。
5.权利要求2-4任一项所述的放射性制剂在前列腺癌诊断领域和/或肿瘤治疗领域制备肿瘤显像剂中的应用。
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