于 倩，李鈺瑩，彭 程

(1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 放射學(xué)與核醫(yī)學(xué)科，北京 100053；2.放射性藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，北京 100875)

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)作為一種進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)退行性疾病，是一種最常見(jiàn)的癡呆形式，約占癡呆疾病的60%～80%。其臨床癥狀主要表現(xiàn)為記憶和認(rèn)知功能受損，日常生活能力持續(xù)減退并常伴有神經(jīng)障礙，被認(rèn)為是威脅老年人生命健康的主要“殺手”之一[1-2]。目前，AD的致病機(jī)理尚不明確，且無(wú)準(zhǔn)確的診斷手段和有效的治愈方法。Tau蛋白異常磷酸化假說(shuō)[3-4]在近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。該假說(shuō)認(rèn)為Tau蛋白的異常磷酸化致使其生物功能受損，大量異常磷酸化的Tau蛋白在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)聚集纏繞，最終導(dǎo)致神經(jīng)突觸損傷和神經(jīng)元死亡。此外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相較于Aβ斑塊，高度磷酸化的Tau蛋白在腦內(nèi)的聚集情況與AD的神經(jīng)元退行和認(rèn)知功能衰減具有更好的相關(guān)性[5]。因此，借助核醫(yī)學(xué)影像這種非侵入式的監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)腦中Tau蛋白含量的檢測(cè)，對(duì)AD早期診斷以及探究疾病的發(fā)展情況都具有重要的醫(yī)學(xué)價(jià)值。

正常生理?xiàng)l件下，Tau蛋白通過(guò)幾種不同的氨基酸修飾翻譯途徑調(diào)控蛋白質(zhì)的功能。例如利用氨基酸的磷酸化修飾調(diào)整微管蛋白的穩(wěn)定性和聚合性，進(jìn)而調(diào)節(jié)和穩(wěn)定細(xì)胞骨架。然而，當(dāng)氨基酸序列在修飾表達(dá)的過(guò)程中出現(xiàn)高度磷酸化的異?，F(xiàn)象時(shí)，Tau蛋白的生物學(xué)功能紊亂或喪失，導(dǎo)致Tau蛋白從微管蛋白上脫落，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生堆積。大量高度磷酸化的Tau蛋白在神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)的堆積使得氨基酸序列發(fā)生β-折疊，這種錯(cuò)誤的折疊方式導(dǎo)致蛋白自身聚集形成兩種不同的超微結(jié)構(gòu)(雙螺旋細(xì)絲(paired helical filaments, PHFs)和直線型纖維絲(straight filaments, SFs))，最終形成不溶性的神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles, NFTs)[6]。神經(jīng)元細(xì)胞中微管結(jié)構(gòu)的破壞，造成了軸突轉(zhuǎn)運(yùn)受損和突觸丟失等細(xì)胞生物功能損傷，進(jìn)而發(fā)展成AD這種神經(jīng)退行性疾病。目前，已報(bào)道的Tau蛋白顯像劑同NFTs的結(jié)合方式大多是通過(guò)與β-折疊所形成的疏水空腔相互作用形成氫鍵[7]。值得注意的是，AD的另一個(gè)重要生物標(biāo)記物Aβ斑塊也含有相似的β-折疊疏水結(jié)構(gòu)。與Aβ斑塊不同， Tau蛋白主要存在于神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的內(nèi)部[8-9]，且蛋白濃度遠(yuǎn)低于Aβ。

因此，相對(duì)于Aβ 類示蹤劑的開(kāi)發(fā)，構(gòu)建靶向于Tau蛋白的顯像劑應(yīng)滿足更嚴(yán)苛的要求。首先，示蹤劑應(yīng)當(dāng)具有可靠的生物安全性；其次，相對(duì)分子質(zhì)量必須足夠小(≤ 600 Da) 且脂溶性適中(logP=0.9～3)，確保其能快速穿過(guò)血腦屏障和細(xì)胞膜，同細(xì)胞內(nèi)的Tau蛋白結(jié)合；第三，示蹤劑應(yīng)當(dāng)對(duì)Tau蛋白具有高親和力和選擇性，在腦內(nèi)的非靶結(jié)合低，非特異性結(jié)合少；最后，示蹤劑具有合適的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和生物體內(nèi)較好的穩(wěn)定性?？梢钥焖?gòu)恼５拇竽X中清除，且無(wú)放射性代謝產(chǎn)物重新進(jìn)入腦內(nèi)干擾顯像[10-12]。

1 Tau蛋白核醫(yī)學(xué)顯像劑的研究現(xiàn)狀

隨著核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)的發(fā)展，正電子發(fā)射斷層掃描(positron emission tomography, PET)和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(single photo emission computed tomography, SPECT)顯像的技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)疾病的早期檢測(cè)、“實(shí)時(shí)”監(jiān)測(cè)和治療效果的評(píng)估。目前，已有多種靶向于Tau蛋白的分子探針被相繼報(bào)道，其中一些Tau-PET顯像劑已經(jīng)進(jìn)入臨床探索階段。此外，SPECT類的分子探針，由于其具有核素價(jià)格低廉、獲取方便、藥物制備過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)也受到廣泛關(guān)注，具有選擇性的Tau-SPECT探針被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。本文針對(duì)目前報(bào)道的PET/SPECT類Tau蛋白顯像劑進(jìn)行歸納和總結(jié)，分析這些分子探針的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物性質(zhì)之間的關(guān)系，期望對(duì)Tau蛋白顯像劑的開(kāi)發(fā)和臨床應(yīng)用提供新的思路。

1.1 PET類分子顯像劑

從第一個(gè)Tau-PET顯像劑[18F]FDDNP[13-14]被報(bào)道至今，關(guān)于靶向于腦內(nèi)Tau蛋白的PET類顯像劑的研發(fā)工作已開(kāi)展二十多年。這些探針依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和發(fā)表時(shí)間先后被分為一代分子探針和二代分子探針。例如，以喹啉類衍生物、苯并咪唑-嘧啶衍生物和吡啶二烯-苯并噻唑類衍生物屬于一代分子探針，而吡咯-吡啶類衍生物則屬于二代分子探針。其中，部分生物性質(zhì)優(yōu)良且標(biāo)記方法簡(jiǎn)單高效的分子探針已進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)階段(詳見(jiàn)表1)。

表1 進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)階段的Tau-PET探針Table 1 Tau-PET tracers in clinical trials

續(xù)表1

1.1.1喹啉衍生物(THK系列) 日本東京大學(xué)的Yukitsuka Kudo團(tuán)隊(duì)通過(guò)高通量的藥物篩選，發(fā)現(xiàn)喹啉類衍生物在體外神經(jīng)病理學(xué)染色實(shí)驗(yàn)中能清晰的標(biāo)記出腦切片上的Tau蛋白，并且具有良好的選擇性。之后，為了進(jìn)一步提高探針的選擇性，對(duì)喹啉衍生物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的化學(xué)修飾，報(bào)道了一系列苯基喹啉類衍生物(THK系列)用于AD患者腦內(nèi)Tau蛋白的檢測(cè)。最早發(fā)表的化合物[18F]THK523[15]在人體PET的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它能夠特異性結(jié)合AD患者腦中的Tau蛋白，然而較高的白質(zhì)攝取為臨床醫(yī)生的圖像讀取和病情判斷增添了困難。此外，更多的研究數(shù)據(jù)表明，探針在腦內(nèi)還存在其他的非靶攝取并且穩(wěn)定性較差，無(wú)法滿足PET顯像的要求[16]。值得注意的是，該研究利用同一個(gè)化合物做了多種不同Tau蛋白類型的親和力測(cè)定，結(jié)果表明體外人工聚合的Tau蛋白由于其自身的環(huán)境和氨基酸序列的影響，并不能完全模擬人體內(nèi)的Tau蛋白沉積(NFTs)，且親和力數(shù)據(jù)存在較大的差別(人工聚合Tau蛋白親和力為1.67 nmol/L，AD腦勻漿中的AD-PHF的親和力為86.50 nmol/L)。因此，體外的親和力測(cè)定結(jié)果只能作為篩選探針的參考指標(biāo)，探針親和力和選擇性的評(píng)價(jià)仍需要更多元的評(píng)價(jià)手段還原更真實(shí)的蛋白環(huán)境。

該團(tuán)隊(duì)再次優(yōu)化化學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)位于喹啉環(huán)上6位的烷基和苯環(huán)側(cè)鏈的取代基進(jìn)行修飾，得到了[18F]THK5105和[18F]THK5117[17]。高水溶性的氟丙醇側(cè)鏈的引入極大提高了探針對(duì)Tau蛋白的選擇性，同時(shí)N-甲氨基的引入也提高了探針對(duì)Tau的親和力和選擇性。人體PET顯像結(jié)果表明，這兩種探針均能有效區(qū)分AD患者與正常對(duì)照組，然而二者在腦內(nèi)的清除速率過(guò)慢，使得探針的進(jìn)一步臨床應(yīng)用受阻[18-19]。

為了進(jìn)一步提高探針在腦內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，用脂溶性更小的吡啶環(huán)替換THK5317中的苯環(huán)得到了THK5351[20]。又對(duì)氟丙醇側(cè)鏈進(jìn)行手性碳原子的拆分，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，S構(gòu)型的THK5351藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，腦白質(zhì)的非特異性攝取低，顯像信噪比好，更有利于臨床診斷的應(yīng)用[21]。

大量的臨床PET圖像顯示，THK系列探針都與腦內(nèi)紋狀體中的單胺氧化酶(monoamine oxidase, MAO)存在較高的非靶結(jié)合，尤其是單胺氧化酶B (MAO-B)。MAO-B在腦內(nèi)的含量隨年齡增長(zhǎng)而增多，而AD的診斷大多是針對(duì)65歲以上的老年人，因此該系列探針過(guò)高的非靶結(jié)合嚴(yán)重影響了AD診斷的準(zhǔn)確率[22-23]。

1.1.22-苯基喹喔啉衍生物([18F]S-16) 2017年，北京師范大學(xué)崔孟超團(tuán)隊(duì)報(bào)道了3對(duì)具有光學(xué)異構(gòu)的18F標(biāo)記的2-苯基喹喔啉衍生物[24]。該工作在之前該課題組報(bào)道的2-苯基喹喔啉骨架結(jié)構(gòu)[25]的側(cè)鏈上引入具有手性羥基的氟丙醇側(cè)鏈，使探針在識(shí)別β-折疊的基礎(chǔ)上增加水溶性，從而提高探針對(duì)Tau蛋白的親和力和選擇性，改善體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。通過(guò)測(cè)定穩(wěn)定的氟代化合物與3個(gè)特異性結(jié)合位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)性配體([3H]THK523,[3H]T807和[3H]PIB)在AD人腦勻漿中的放射性競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)，定量說(shuō)明了探針的親和力，其中S-16表現(xiàn)出了對(duì)Tau蛋白的高親和力以及選擇性(Ki=10.3 nmol/L，選擇性=34.6倍)。AD人腦切片的放射自顯影結(jié)果表明，[18F]S-16可以特異性的與轉(zhuǎn)基因小鼠(rTg4510)和AD患者腦切片上的NFTs結(jié)合，并且得到了探針自身的體外熒光染色和AT8抗體的免疫熒光染色的結(jié)果確認(rèn)。小鼠體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)研究表明，[18F]S-16在正常小鼠腦中穩(wěn)定且無(wú)放射性的代謝產(chǎn)物干擾腦部放射性信號(hào)采集，能夠快速穿透BBB并且從正常小鼠腦內(nèi)快速清除(brain2 min=(10.95±1.29)%ID/g, brain2 min/brain60 min=6.5)，同時(shí)在小鼠體內(nèi)不存在脫氟現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)前期系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，[18F]S-16滿足作為Tau-PET顯像劑的需求。目前，[18F]S-16在天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院參與完成以“A/T/N”為研究綱領(lǐng)的核醫(yī)學(xué)顯像檢查，與[18F]FDG和[11C]PIB在同一條件下對(duì)患者進(jìn)行PET-CT顯像，綜合診斷患者的病情。大量的采集圖像表明，[18F]S-16能夠與患者腦中的Tau蛋白特異性結(jié)合，并且同[18F]FDG和[11C]PIB的核醫(yī)學(xué)影像信息相對(duì)應(yīng)，有效實(shí)現(xiàn)了Tau相關(guān)疾病患者與健康對(duì)照組的區(qū)分。同時(shí)，該探針通過(guò)了中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，進(jìn)入臨床I期探索實(shí)驗(yàn)階段(ClinicalTrials.gov ID: NCT03620552)。

此外，該系列探針熒光量子產(chǎn)率高，對(duì)Tau蛋白的特異性和選擇性好，作為一種商業(yè)化熒光染料替代免疫熒光染色方法，用于體外高靈敏度Tau蛋白檢測(cè)。

1.1.3咔唑、苯并咪唑類多環(huán)衍生物(T系列、[18F]RO-948和[18F]PI-2620) Kolb團(tuán)隊(duì)利用體外病理學(xué)染色或放射性自顯影的方法對(duì)800個(gè)化合物進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)多環(huán)類的化合物咔唑、苯并咪唑衍生物對(duì)Tau蛋白具有較高的親和力和選擇性。其中，化合物[18F]T807[26]和[18F]T808[27]是兩個(gè)有潛力的Tau-PET顯像劑。體外飽和結(jié)合實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，探針對(duì)AD人腦勻漿中的Tau蛋白有良好的親和力和選擇性。此外，探針的初始腦攝取值較高，藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)良好，滿足PET顯像需求。但進(jìn)一步的研究結(jié)果表明，[18F]T808在體內(nèi)存在嚴(yán)重的脫氟現(xiàn)象，無(wú)法進(jìn)行臨床探究[28-29]。而大量的臨床結(jié)果表明，[18F]T807能夠清晰的標(biāo)記出AD患者腦內(nèi)的神經(jīng)纖維纏結(jié)，有效區(qū)分AD患者和正常對(duì)照組。因此，2020年5月28日，[18F]T807被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批準(zhǔn)上市，成為了第一個(gè)可用于臨床診斷的Tau蛋白PET類顯像劑。

然而，臨床數(shù)據(jù)表明[18F]T807也存在較為嚴(yán)重的非靶結(jié)合，主要是同位于紋狀體內(nèi)的MAO-B結(jié)合。此外，在脈絡(luò)叢和黑質(zhì)區(qū)域有明顯的非特異性結(jié)合，可能是作用于脂褐素等[23, 30-31]。因此，Roche公司在T807的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，報(bào)道了一系列多環(huán)類化合物作為有潛力的Tau-PET顯像劑。通過(guò)化學(xué)修飾將N原子引入到核心芳環(huán)結(jié)構(gòu)中，降低分子脂溶性，從而提高探針對(duì)Tau蛋白的選擇性，減少非特異性結(jié)合。其中，[18F]RO-948表現(xiàn)出良好的生物學(xué)特性和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。初步的臨床前實(shí)驗(yàn)表明，探針可以迅速穿過(guò)靈長(zhǎng)類動(dòng)物的BBB (SUV=1.1～2.0)，并從正常腦組織中快速代謝。在人體的PET顯像中，探針可以特異性地與AD患者腦中的Tau蛋白結(jié)合，能夠有效區(qū)分正常對(duì)照組和AD患者。此外，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，未觀察到非靶結(jié)合。更多的臨床試驗(yàn)仍在進(jìn)行中，已有的臨床數(shù)據(jù)表明，[18F]RO-948非常有應(yīng)用前景[32]。

類似地，[18F]PI-2620也是在T807的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行化學(xué)修飾。根據(jù)報(bào)道，該探針可以識(shí)別不同Tau相關(guān)疾病中對(duì)應(yīng)的4R和3R結(jié)構(gòu)，例如進(jìn)行性核上麻痹(progressive supranuclear palsy, PSP)中的4R結(jié)構(gòu)和皮克病(Pick disease)中的3R結(jié)構(gòu)。此外，臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，[18F]PI-2620在腦內(nèi)與單胺氧化酶不存在非靶結(jié)合。更詳細(xì)的臨床評(píng)價(jià)仍在進(jìn)行中[33]。

1.1.4苯并噻唑類衍生物([11C]PBB3) 2013年，日本Makoto Higuchi團(tuán)隊(duì)利用體外熒光染色實(shí)驗(yàn)篩選發(fā)現(xiàn)化合物的骨架長(zhǎng)度和分子脂溶性會(huì)影響探針對(duì)Tau蛋白的選擇性。他們報(bào)道了一系列具有反式丁二烯橋鍵的苯并噻唑類衍生物(phenyl/pyridinyl-butadienyl-benzothiazole/benzothiazolium)PBBs[34]。該類化合物較長(zhǎng)的分子骨架結(jié)構(gòu)能夠提高探針對(duì)Tau蛋白的親和力和選擇性，其中PBB3具有高親和力(Kd=2.55 nmol/L)和良好的選擇性(50倍)。但是正如之前提到的一樣，[11C]PBB3的放射性自顯影結(jié)果表明，探針與人腦切片上的Aβ斑塊和NFTs均有結(jié)合。PET顯像結(jié)果顯示，與[11C]PIB圖像不同，[11C]PBB3在AD患者腦部的海馬區(qū)有明顯的放射性聚集，且濃集程度與AD臨床癥狀嚴(yán)重程度有很好的相關(guān)性。然而，[11C]PBB3存在明顯的光致異構(gòu)化現(xiàn)象，探針的標(biāo)記過(guò)程要求嚴(yán)格避光，此外11C核素的物理半衰期短，限制了進(jìn)一步的臨床應(yīng)用[21]。

為了克服11C短半衰期的應(yīng)用局限，將18F核素引入PBB3的分子結(jié)構(gòu)上，報(bào)道了[18F]PBB3作為PET類Tau蛋白顯像劑的生物應(yīng)用價(jià)值。目前，新旭醫(yī)藥與上海華山醫(yī)院展開(kāi)合作項(xiàng)目，共同推進(jìn)[18F]APN-1607([18F]PBB3)的臨床階段的探索。

1.1.5氮雜吲哚類衍生物([18F]MK6240) 2016年，Merck公司建立一套完整的體外篩選實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)高通量的構(gòu)效關(guān)系篩選，并優(yōu)化化合物結(jié)構(gòu)，最終得到高親和力和選擇性的Tau-PET探針[18F]MK6240[35]。人體的PET顯像結(jié)果表明，[18F]MK6240可以有效區(qū)分AD患者、輕度認(rèn)知障礙患者和正常對(duì)照組。此外，腦內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)放射性代謝物產(chǎn)生，體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)良好，并且沒(méi)有觀察到包括Aβ和MAO-B在內(nèi)的非靶區(qū)放射性信號(hào)濃集[36]。

1.1.61,5-萘啶胺衍生物([18F]JNJ311) Janssen藥物公司利用高通量篩選的方式，報(bào)道了全新的基于1,5-萘啶胺類衍生物作為高選擇性的Tau蛋白顯像劑[37]。通過(guò)構(gòu)效關(guān)系分析，最終確定Tau蛋白親和力和選擇性最好的化合物結(jié)構(gòu)上吡啶基氮的位置、取代基的位置以及氟原子的位置，篩選得到了探針[18F]JNJ311。隨后，進(jìn)行了一系列小鼠、大鼠及恒河猴的臨床前評(píng)估[38]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,[18F]JNJ311具有良好初始腦攝取和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，并且體內(nèi)代謝穩(wěn)定，血漿中的放射性代謝產(chǎn)物無(wú)法再次穿透BBB干擾腦中放射性信號(hào)采集。此外，腦部的PET圖像表明探針無(wú)非靶結(jié)合。綜上，[18F]JNJ311完全滿足選擇性的Tau-PET探針的要求，是一種有潛力的PET類顯像劑。

1.2 SPECT類分子顯像劑

相較于Tau-PET顯像劑，SPECT類顯像劑研發(fā)相對(duì)滯后，研發(fā)時(shí)間較短，臨床應(yīng)用方面仍需克服許多障礙。目前為止，報(bào)道的化合物類型非常有限，標(biāo)記核素也主要集中于I-125這種物理半衰期較長(zhǎng)的核素(表2)。

表2 幾種典型的Tau-SPECT探針Table 2 Several Tau-SPECT tracers

1.2.1苯并噻唑衍生物 大量研究結(jié)果表明，以苯并噻唑?yàn)楣羌芙Y(jié)構(gòu)的分子探針對(duì)β-折疊有很好的識(shí)別作用，但AD患者腦中Aβ斑塊也具有和Tau蛋白相似的β-折疊。Nicolette S.Honson團(tuán)隊(duì)通過(guò)體外熒光競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)(同Th-S發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制熒光強(qiáng)度)，從7萬(wàn)多個(gè)分子結(jié)構(gòu)中篩選出苯基二氮烯基苯并噻唑(phenyldiazenyl benzothiazole, PDB)類衍生物，該類衍生物對(duì)Tau蛋白具有較高的親和力和一定的選擇性[39]。

2011年，日本京都大學(xué)Hideo Saji團(tuán)隊(duì)對(duì)PDB結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，并進(jìn)行I-125標(biāo)記得到化合物[125I]2.1，以期望能夠作為一種Tau蛋白SPECT顯像劑用于AD的早期診斷[40]。體外放射性自顯影結(jié)果表明，[125I]2.1能夠特異性地與AD患者腦切片上的NFTs結(jié)合，且與Tau蛋白的免疫組化結(jié)果匹配，但同時(shí)Aβ的免疫組化結(jié)果也表明探針可以結(jié)合AD患者腦切片上的Aβ斑塊。之后，在正常小鼠體內(nèi)生物分布實(shí)驗(yàn)中，雖然探針[125I]2.1表現(xiàn)出了良好的初始腦攝取值(0.94% ID/g)，但60 min時(shí)腦攝取值升高，說(shuō)明其放射性代謝產(chǎn)物在正常腦中存在嚴(yán)重滯留或隨血液循環(huán)再次進(jìn)入腦內(nèi)，這對(duì)臨床應(yīng)用非常不利，無(wú)法從影像學(xué)圖像上區(qū)分病患和正常對(duì)照組。

1.2.2苯并咪唑衍生物 由于PDB類衍生物脂溶性較高，其體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)不盡如人意。因此，Hideo Saji團(tuán)隊(duì)又報(bào)道了一系列苯并咪唑類化合物，通過(guò)將苯并噻唑替換成苯并咪唑來(lái)降低化合物的脂溶性，同時(shí)，去掉重氮結(jié)構(gòu)減少化合物的生物毒性，篩選得到了化合物[125I]SBIM-3[41]。盡管化合物的初始腦攝取值和腦部的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)都有了明顯改善，但探針對(duì)Tau蛋白的親和力和選擇性大大降低，阻礙了探針的進(jìn)一步應(yīng)用。

2015年，Hideo Saji團(tuán)隊(duì)再次修飾了苯并咪唑的骨架結(jié)構(gòu)，篩選得到了性質(zhì)更為優(yōu)良的探針[125I]2.2[42]。去掉分子結(jié)構(gòu)中的N,N-二甲氨基部分，以提高分子探針對(duì)Aβ斑塊的選擇性。放射性自顯影結(jié)果和免疫組織化學(xué)染色結(jié)果表明，[125I]2.2在顳葉有明顯的放射性沉積，與Tau蛋白在AD患者腦內(nèi)的沉積情況相對(duì)應(yīng)，然而在Aβ蛋白沉積的對(duì)應(yīng)位置，也觀察到了大量的放射性信號(hào)。這一結(jié)果表明，盡管化學(xué)結(jié)構(gòu)的修飾改善了探針的親和力，但較差的選擇性仍是該類探針急需解決的問(wèn)題。[125I]2.2表現(xiàn)出了良好的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)(2 min腦攝取值為3.69%ID/g，60 min腦攝取值為0.06%ID/g)。此外，該系列化合物存在較嚴(yán)重的光異構(gòu)化問(wèn)題，這使得探針難以應(yīng)用推廣。

1.2.3硫代乙內(nèi)酰脲(thiohydantoin, TH)衍生物 2011年，Hideo Saji團(tuán)隊(duì)對(duì)硫代乙內(nèi)酰脲(thiohydantoin, TH)結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)修飾，報(bào)道了[125I]TH2，該探針表現(xiàn)出對(duì)Tau蛋白較高的親和力(Ki=64 nmol/L)和一定的選擇性(7.3倍)[43]。并且神經(jīng)病理學(xué)染色表明，該探針可以特異性結(jié)合AD患者腦切片上海馬部分的NFTs，體外放射性自顯影和免疫染色結(jié)果也進(jìn)一步表明了其對(duì)組織切片上NFTs的親和力。但和PDB衍生物的問(wèn)題相同，較高的分子脂溶性使得探針的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)不盡如人意。此外，探針的親和力和選擇性也需要進(jìn)一步優(yōu)化。

1.2.42-苯基喹喔啉衍生物 2019年，北京師范大學(xué)崔孟超團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一系列99mTc標(biāo)記的以亞氨基二乙酸二乙酯(diethyl iminodiacetate, IDA)為螯合配體的2-苯基喹喔啉類Tau蛋白分子探針用于AD的早期診斷[44]。其中探針[99mTc]2.3展現(xiàn)出與Tau蛋白的高親和力(Kd=(59.95±2.56) nmol/L)，以及對(duì)Aβ聚集體的選擇性(20.3倍)。體外放射性自顯影結(jié)果進(jìn)一步證明，探針能夠特異性與轉(zhuǎn)基因(Tau)小鼠和AD患者腦切片上的NFTs結(jié)合且對(duì)Aβ有很好的選擇性，該結(jié)果也得到了Gallyas-Braak染色的證實(shí)。在正常小鼠的體內(nèi)生物分布研究表明，盡管[99mTc]2.3可以穿過(guò)BBB并且快速?gòu)姆前心X區(qū)清除，但是較低的初始進(jìn)腦量使得探針不具有進(jìn)一步生物應(yīng)用的價(jià)值。綜上，喹喔啉衍生物的骨架結(jié)構(gòu)使得分子探針對(duì)Tau蛋白具有良好的親和力和選擇性，但99mTc標(biāo)記探針的穿透BBB能力和體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)成為這一類SPECT顯像劑開(kāi)發(fā)的重要瓶頸。99mTc標(biāo)記配體類型的選擇以及相對(duì)分子質(zhì)量大小的設(shè)計(jì)可能是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵。

2 總結(jié)與展望

2018年，美國(guó)老齡化研究所和阿爾茨海默病協(xié)會(huì)共同發(fā)布的以生物標(biāo)志物A/T/N為研究框架的診斷指南，為AD的臨床診斷及病理學(xué)發(fā)展研究帶來(lái)了新的契機(jī)[45]。此時(shí)，[18F]T807作為首個(gè)進(jìn)入臨床診斷的Tau蛋白顯像劑為AD的確診提供了重要參照。然而，臨床結(jié)果顯示明顯的非靶結(jié)合干擾了臨床醫(yī)生對(duì)于結(jié)果的準(zhǔn)確判斷，因此開(kāi)發(fā)高親和力和選擇性的Tau蛋白顯像劑成為了亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。在未來(lái)的5～10年，新型Tau蛋白顯像劑的研發(fā)及臨床實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展尤為重要。

對(duì)于PET類Tau探針來(lái)說(shuō)，發(fā)展時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，分子庫(kù)結(jié)構(gòu)類型豐富，體內(nèi)生物學(xué)性質(zhì)良好，但仍面臨許多棘手的問(wèn)題。一代Tau探針臨床數(shù)據(jù)顯示，嚴(yán)重的非靶結(jié)合(如MAO, Aβ等)是臨床診斷應(yīng)用的瓶頸，但能夠篩選出對(duì)Tau蛋白具有高親和力的分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步的化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾也是突破應(yīng)用瓶頸的方法。二代探針在提高親和力和選擇性的同時(shí)，有效降低了非靶結(jié)合，提高了顯像劑的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和體內(nèi)穩(wěn)定性。但由于研發(fā)時(shí)間較短，許多臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不足，仍需要大量的橫向和縱向研究來(lái)進(jìn)一步探究臨床診斷的可靠性。

此外，目前Tau-SPECT顯像劑的開(kāi)發(fā)相對(duì)比較滯后，但是SPECT類核素制備簡(jiǎn)單、方便且價(jià)格低廉。因此開(kāi)發(fā)特異性好選擇性高的Tau蛋白顯像劑將成為熱點(diǎn)，同時(shí)SPECT類顯像劑也面臨諸多挑戰(zhàn)，例如提高初始腦攝取值，改善分子藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)等。

在新型Tau選擇性探針的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，化合物的篩選要綜合多種生物評(píng)價(jià)手段，注重?cái)?shù)據(jù)結(jié)果的綜合考察。此外，Tau蛋白顯像劑的開(kāi)發(fā)所面臨的問(wèn)題主要是體外的蛋白實(shí)驗(yàn)并不能很好的模擬患者腦內(nèi)的真實(shí)情況，且病理性的Tau蛋白在腦內(nèi)的含量較低，這對(duì)探針的親和力和選擇性都有很高的要求。

還有一個(gè)值得注意的問(wèn)題是，Tau相關(guān)的疾病還包括很多種，由于病理狀態(tài)下Tau蛋白的表達(dá)表型不同，使這些疾病表現(xiàn)了不同的臨床癥狀。腦內(nèi)的病理狀態(tài)Tau蛋白除了神經(jīng)纖維纏結(jié)的形態(tài)外，還存在ghost tangles(GTs)和neuritic plaques(NPs)等形態(tài)特點(diǎn)[46]。這要求設(shè)計(jì)顯像劑時(shí)，還需考慮不同病理學(xué)狀態(tài)下Tau蛋白的類型(3R, 4R)，Tau蛋白沉積形態(tài)(NFTs, NPs, GTs)，細(xì)胞環(huán)境狀態(tài)(神經(jīng)細(xì)胞，膠質(zhì)細(xì)胞)等因素[47]。