Tau蛋白顯像劑的研究進展

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實驗室 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)作為一種進行性發(fā)展的神經(jīng)退行性疾病，是一種最常見的癡呆形式，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的致病機理尚不明確，且無準(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[3-4]在近年來受到了廣泛的關(guān)注。該假說認(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，實驗數(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)測方法，實現(xiàn)腦中Tau蛋白含量的檢測，對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)價值。

正常生理條件下，Tau蛋白通過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，進而調(diào)節(jié)和穩(wěn)定細胞骨架。然而，當(dāng)氨基酸序列在修飾表達的過程中出現(xiàn)高度磷酸化的異?，F(xiàn)象時，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)元細胞內(nèi)的堆積使得氨基酸序列發(fā)生β-折疊，這種錯誤的折疊方式導(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)元細胞中微管結(jié)構(gòu)的破壞，造成了軸突轉(zhuǎn)運受損和突觸丟失等細胞生物功能損傷，進而發(fā)展成AD這種神經(jīng)退行性疾病。目前，已報道的Tau蛋白顯像劑同NFTs的結(jié)合方式大多是通過與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)細胞和少突膠質(zhì)細胞的內(nèi)部[8-9]，且蛋白濃度遠低于Aβ。

因此，相對于Aβ 類示蹤劑的開發(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)，確保其能快速穿過血腦屏障和細胞膜，同細胞內(nèi)的Tau蛋白結(jié)合；第三，示蹤劑應(yīng)當(dāng)對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力學(xué)性質(zhì)和生物體內(nèi)較好的穩(wěn)定性?？梢钥焖購恼５拇竽X中清除，且無放射性代謝產(chǎn)物重新進入腦內(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)射計算機斷層掃描(single photo emission computed tomography, SPECT)顯像的技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)對疾病的早期檢測、“實時”監(jiān)測和治療效果的評估。目前，已有多種靶向于Tau蛋白的分子探針被相繼報道，其中一些Tau-PET顯像劑已經(jīng)進入臨床探索階段。此外，SPECT類的分子探針，由于其具有核素價格低廉、獲取方便、藥物制備過程簡單等優(yōu)勢，近年來也受到廣泛關(guān)注，具有選擇性的Tau-SPECT探針被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。本文針對目前報道的PET/SPECT類Tau蛋白顯像劑進行歸納和總結(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Tau蛋白顯像劑的開發(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Tau-PET顯像劑[18F]FDDNP[13-14]被報道至今，關(guān)于靶向于腦內(nèi)Tau蛋白的PET類顯像劑的研發(fā)工作已開展二十多年。這些探針依據(jù)結(jié)構(gòu)特點和發(fā)表時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)記方法簡單高效的分子探針已進入臨床實驗階段(詳見表1)。

表1 進入臨床實驗階段的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團隊通過高通量的藥物篩選，發(fā)現(xiàn)喹啉類衍生物在體外神經(jīng)病理學(xué)染色實驗中能清晰的標(biāo)記出腦切片上的Tau蛋白，并且具有良好的選擇性。之后，為了進一步提高探針的選擇性，對喹啉衍生物的結(jié)構(gòu)進行了進一步的化學(xué)修飾，報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。最早發(fā)表的化合物[18F]THK523[15]在人體PET的實驗結(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，無法滿足PET顯像的要求[16]。值得注意的是，該研究利用同一個化合物做了多種不同Tau蛋白類型的親和力測定，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價仍需要更多元的評價手段還原更真實的蛋白環(huán)境。

該團隊再次優(yōu)化化學(xué)結(jié)構(gòu)，同時對位于喹啉環(huán)上6位的烷基和苯環(huán)側(cè)鏈的取代基進行修飾，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Tau蛋白的選擇性，同時N-甲氨基的引入也提高了探針對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患者與正常對照組，然而二者在腦內(nèi)的清除速率過慢，使得探針的進一步臨床應(yīng)用受阻[18-19]。

為了進一步提高探針在腦內(nèi)的藥代動力學(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]。又對氟丙醇側(cè)鏈進行手性碳原子的拆分，通過實驗發(fā)現(xiàn)，S構(gòu)型的THK5351藥代動力學(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)的含量隨年齡增長而增多，而AD的診斷大多是針對65歲以上的老年人，因此該系列探針過高的非靶結(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)崔孟超團隊報道了3對具有光學(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，使探針在識別β-折疊的基礎(chǔ)上增加水溶性，從而提高探針對Tau蛋白的親和力和選擇性，改善體內(nèi)藥代動力學(xué)性質(zhì)。通過測定穩(wěn)定的氟代化合物與3個特異性結(jié)合位點的競爭性配體([3H]THK523,[3H]T807和[3H]PIB)在AD人腦勻漿中的放射性競爭結(jié)合實驗，定量說明了探針的親和力，其中S-16表現(xiàn)出了對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)的藥代動力學(xué)研究表明，[18F]S-16在正常小鼠腦中穩(wěn)定且無放射性的代謝產(chǎn)物干擾腦部放射性信號采集，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)，同時在小鼠體內(nèi)不存在脫氟現(xiàn)象。經(jīng)過前期系統(tǒng)的評價，[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在同一條件下對患者進行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)影像信息相對應(yīng)，有效實現(xiàn)了Tau相關(guān)疾病患者與健康對照組的區(qū)分。同時，該探針通過了中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心倫理委員會的批準(zhǔn)，進入臨床I期探索實驗階段(ClinicalTrials.gov ID: NCT03620552)。

此外，該系列探針熒光量子產(chǎn)率高，對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。

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團隊利用體外病理學(xué)染色或放射性自顯影的方法對800個化合物進行篩選，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]是兩個有潛力的Tau-PET顯像劑。體外飽和結(jié)合實驗說明，探針對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，藥代動力學(xué)性質(zhì)良好，滿足PET顯像需求。但進一步的研究結(jié)果表明，[18F]T808在體內(nèi)存在嚴(yán)重的脫氟現(xiàn)象，無法進行臨床探究[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患者和正常對照組。因此，2020年5月28日，[18F]T807被美國食品藥品監(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)特性和藥代動力學(xué)性質(zhì)。初步的臨床前實驗表明，探針可以迅速穿過靈長類動物的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)分正常對照組和AD患者。此外，對圖像數(shù)據(jù)進行分析，未觀察到非靶結(jié)合。更多的臨床試驗仍在進行中，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)上進行化學(xué)修飾。根據(jù)報道，該探針可以識別不同Tau相關(guān)疾病中對應(yīng)的4R和3R結(jié)構(gòu)，例如進行性核上麻痹(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，臨床實驗數(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。更詳細的臨床評價仍在進行中[33]。

1.1.4苯并噻唑類衍生物([11C]PBB3) 2013年，日本Makoto Higuchi團隊利用體外熒光染色實驗篩選發(fā)現(xiàn)化合物的骨架長度和分子脂溶性會影響探針對Tau蛋白的選擇性。他們報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]。該類化合物較長的分子骨架結(jié)構(gòu)能夠提高探針對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)記過程要求嚴(yán)格避光，此外11C核素的物理半衰期短，限制了進一步的臨床應(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，報道了[18F]PBB3作為PET類Tau蛋白顯像劑的生物應(yīng)用價值。目前，新旭醫(yī)藥與上海華山醫(yī)院展開合作項目，共同推進[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驗方法，通過高通量的構(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照組。此外，腦內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定，無放射性代謝物產(chǎn)生，體內(nèi)藥代動力學(xué)性質(zhì)良好，并且沒有觀察到包括Aβ和MAO-B在內(nèi)的非靶區(qū)放射性信號濃集[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，進行了一系列小鼠、大鼠及恒河猴的臨床前評估[38]。實驗結(jié)果表明,[18F]JNJ311具有良好初始腦攝取和藥代動力學(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)物無法再次穿透BBB干擾腦中放射性信號采集。此外，腦部的PET圖像表明探針無非靶結(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)相對滯后，研發(fā)時間較短，臨床應(yīng)用方面仍需克服許多障礙。目前為止，報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，以苯并噻唑為骨架結(jié)構(gòu)的分子探針對β-折疊有很好的識別作用，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團隊通過體外熒光競爭結(jié)合實驗(同Th-S發(fā)生競爭性抑制熒光強度)，從7萬多個分子結(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團隊對PDB結(jié)構(gòu)進行修飾，并進行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)生物分布實驗中，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時腦攝取值升高，說明其放射性代謝產(chǎn)物在正常腦中存在嚴(yán)重滯留或隨血液循環(huán)再次進入腦內(nèi)，這對臨床應(yīng)用非常不利，無法從影像學(xué)圖像上區(qū)分病患和正常對照組。

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)的藥代動力學(xué)性質(zhì)不盡如人意。因此，Hideo Saji團隊又報道了一系列苯并咪唑類化合物，通過將苯并噻唑替換成苯并咪唑來降低化合物的脂溶性，同時，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力學(xué)性質(zhì)都有了明顯改善，但探針對Tau蛋白的親和力和選擇性大大降低，阻礙了探針的進一步應(yīng)用。

2015年，Hideo Saji團隊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)的沉積情況相對應(yīng)，然而在Aβ蛋白沉積的對應(yīng)位置，也觀察到了大量的放射性信號。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題。[125I]2.2表現(xiàn)出了良好的藥代動力學(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團隊對硫代乙內(nèi)酰脲(thiohydantoin, TH)結(jié)構(gòu)進行化學(xué)修飾，報道了[125I]TH2，該探針表現(xiàn)出對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)果也進一步表明了其對組織切片上NFTs的親和力。但和PDB衍生物的問題相同，較高的分子脂溶性使得探針的藥代動力學(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)崔孟超團隊報道了一系列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Aβ聚集體的選擇性(20.3倍)。體外放射性自顯影結(jié)果進一步證明，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Aβ有很好的選擇性，該結(jié)果也得到了Gallyas-Braak染色的證實。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BBB并且快速從非靶腦區(qū)清除，但是較低的初始進腦量使得探針不具有進一步生物應(yīng)用的價值。綜上，喹喔啉衍生物的骨架結(jié)構(gòu)使得分子探針對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)藥代動力學(xué)性質(zhì)成為這一類SPECT顯像劑開發(fā)的重要瓶頸。99mTc標(biāo)記配體類型的選擇以及相對分子質(zhì)量大小的設(shè)計可能是解決這個問題的關(guān)鍵。

2 總結(jié)與展望

2018年，美國老齡化研究所和阿爾茨海默病協(xié)會共同發(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)展研究帶來了新的契機[45]。此時，[18F]T807作為首個進入臨床診斷的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)生對于結(jié)果的準(zhǔn)確判斷，因此開發(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)鍵問題。在未來的5～10年，新型Tau蛋白顯像劑的研發(fā)及臨床實驗的開展尤為重要。

對于PET類Tau探針來說，發(fā)展時間相對較長，分子庫結(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Tau蛋白具有高親和力的分子結(jié)構(gòu)，進一步的化學(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，有效降低了非靶結(jié)合，提高了顯像劑的藥代動力學(xué)性質(zhì)和體內(nèi)穩(wěn)定性。但由于研發(fā)時間較短，許多臨床實驗數(shù)據(jù)不足，仍需要大量的橫向和縱向研究來進一步探究臨床診斷的可靠性。

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

在新型Tau選擇性探針的開發(fā)過程中，化合物的篩選要綜合多種生物評價手段，注重數(shù)據(jù)結(jié)果的綜合考察。此外，Tau蛋白顯像劑的開發(fā)所面臨的問題主要是體外的蛋白實驗并不能很好的模擬患者腦內(nèi)的真實情況，且病理性的Tau蛋白在腦內(nèi)的含量較低，這對探針的親和力和選擇性都有很高的要求。

還有一個值得注意的問題是，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[46]。這要求設(shè)計顯像劑時，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)，細胞環(huán)境狀態(tài)(神經(jīng)細胞，膠質(zhì)細胞)等因素[47]。