新型双功能螯合剂HOPO-O8-甲基四嗪用于89Zr/161Tb/227Th放射性免疫偶联物的合成与评估：诊疗一体化新策略

　　本研究针对多价态放射性金属（89Zr4+、161Tb3+、227Th4+）缺乏通用型稳定螯合剂的问题，开发了新型甲基四嗪修饰的HOPO-O8双功能螯合剂。通过IEDDA点击化学与曲妥珠单抗高效偶联，实现在温和条件下快速放射性标记（30分钟，室温），体内外实验显示高肿瘤摄取（最高19.40 %ID/g）和极低骨滞留，首次系统性评估了227Thα治疗中223Ra子核再分布风险，为多核素诊疗一体化提供了创新平台。

　　

在核医学领域，放射性金属标记的抗体（放射性免疫偶联物）已成为癌症诊断和治疗的重要工具。然而，不同放射性金属离子（如三价的¹⁶¹Tb³⁺和四价的⁸⁹Zr⁴⁺、²²⁷Th⁴⁺）具有迥异的配位偏好和离子半径，使得开发能同时高效结合多种金属的“通用型”双功能螯合剂（Bifunctional Chelator, BFC）面临巨大挑战。传统螯合剂如DFO（去铁胺）和DOTA（四氮杂环十二烷四乙酸）虽各有所长，但存在标记条件苛刻（如DOTA需高温）、体内稳定性不足或合成复杂等问题。尤其对于α治疗核素²²⁷Th，其衰变产生的子核²²³Ra可能从靶部位逃逸，造成对健康组织（如骨骼）的辐射损伤，这进一步增加了研发安全高效螯合剂的紧迫性。

为解决上述问题，加拿大西蒙菲莎大学Caterina F. Ramogida教授团队设计并合成了一种新型双功能螯合剂HOPO-O₈-Me-Tz。该分子以八齿结构的1,2-羟基吡啶酮（1,2-HOPO）为螯合核心，对其具有强亲和力；通过引入甲基四嗪（Me-Tz）基团，使其可通过逆电子需求狄尔斯-阿尔德（IEDDA）点击反应与反式环辛烯（TCO）修饰的抗体（如靶向HER2的曲妥珠单抗，Tmab）实现高效、温和的偶联。研究人员系统评估了其对⁸⁹Zr（PET成像）、¹⁶¹Tb（治疗与成像）和²²⁷Th（α治疗）的标记性能、复合物稳定性及在荷瘤鼠体内的分布行为，旨在为开发“一步式”多核素诊疗平台提供关键实验依据。该研究发表于《Journal of Inorganic Biochemistry》。

本研究运用的关键技术方法包括：1) 多步有机合成法构建HOPO-O₈-Me-Tz螯合剂；2) 通过MALDI-ToF质谱测定抗体-螯合剂偶联效率；3) 放射性标记与纯度分析（iTLC、HPGe γ谱仪）；4) 体外血清稳定性实验；5) 基于SKOV-3肿瘤异种移植裸鼠模型的体内SPECT/PET成像及离体生物分布研究；6) 利用γ谱学技术定量分析²²⁷Th衰变子体²²³Ra的再分布。

2.1. HOPO-O₈-Me-Tz的合成

研究人员优化了合成路线，以精子胺为骨架，通过烷基化、酰胺缩合、脱保护等步骤，最终以4.5%的总产率得到目标化合物。关键改进在于将不稳定的四嗪基团在合成最后阶段引入，并使用甲基四嗪（而非未取代四嗪）以提高稳定性。

2.2. 抗体-螯合剂偶联

首先将TCO-PEG4-NHS与曲妥珠单抗（Tmab）的赖氨酸残基偶联，得到Tmab-PEG4-TCO（平均每个抗体连接4.6–6.2个TCO）。随后通过IEDDA反应与HOPO-O₈-Me-Tz点击，效率达65–84%，成功制备HOPO-O₈-Tmab偶联物。

2.3. ⁸⁹Zr、¹⁶¹Tb、²²⁷Th的放射性标记

在温和条件（0.5 M醋酸铵缓冲液，pH 6–7，25–37°C，30分钟）下，HOPO-O₈-Me-Tz对三种核素均实现高效标记（RCY >90%）。偶联至抗体后，放射性免疫偶联物的比活度可达0.4–0.6 MBq/μg（⁸⁹Zr、¹⁶¹Tb）和0.4 kBq/μg（²²⁷Th），满足动物实验需求。

2.4. 人血清稳定性与体外细胞结合

所有放射性复合物在37°C人血清中展现优异稳定性，7天后>99%的⁸⁹Zr、¹⁶¹Tb复合物和97.4%的²²⁷Th复合物保持完整。¹⁶¹Tb标记的偶联物在HER2阳性SKOV-3细胞上显示高特异性结合，表明偶联过程未影响抗体活性。

2.5. 体内成像与离体生物分布研究

在SKOV-3荷瘤鼠模型中，三种核素标记的偶联物均显示较高的肿瘤摄取（96小时时分别为9.87、11.29和19.40 %ID/g）。值得注意的是，¹⁶¹Tb和²²⁷Th偶联物的骨摄取极低（1.04和0.95 %ID/g），表明HOPO螯合剂在体内具有卓越稳定性，能有效防止放射性金属脱络。

然而，对²²⁷Th偶联物的深入分析揭示了一个重要问题：其衰变子体²²³Ra（半衰期11.42天）在体内发生再分布。通过γ谱学定量分析发现，骨骼和关节中测得的²²³Ra活度显著高于理论计算值（分别+176.24和+419.45 Bq/g），而肿瘤和肝脏中则低于预期。这表明α衰变的反冲能可能导致²²³Ra从偶联物中释放，并迁移至骨组织，潜在地增加毒副作用风险。

本研究成功开发了一种新型双功能螯合剂HOPO-O₈-Me-Tz，其可通过温和、快速的点击化学与抗体偶联，并实现对诊断核素（⁸⁹Zr）和治疗核素（¹⁶¹Tb、²²⁷Th）的高效、稳定标记。体内实验证实了其靶向肿瘤的能力和优异的体内稳定性，尤其是¹⁶¹Tb和²²⁷Th标记物极低的骨滞留，凸显了HOPO配体在安全递送放射性金属方面的巨大潜力。

然而，研究也首次通过实验数据警示了²²⁷Th用于靶向α治疗时其子核²²³Ra再分布的风险。这提示未来的治疗策略需考虑这一因素，或许可通过使用内化抗体或预靶向技术以缩短偶联物在血液中的滞留时间，从而限制子核逃逸造成的非靶毒性。

总之，HOPO-O₈-Me-Tz作为一个 versatile（多功能的）平台，为推进多核素诊疗一体化放射性药物的发展奠定了坚实基础，同时强调了在开发α核素疗法时全面评估子核行为的必要性。