分享一篇发表在Nature上的文献，题为Covalent Targeted Radioligands Potentiate Radionuclide Therapy，通讯作者为北京大学/昌平实验室的刘志博教授。该团队的研究兴趣集中在新型核药的设计和开发。
靶向放射性核素治疗（TRT）利用对肿瘤组织具有特异性亲和力的配体将放射性核素定位到病灶，从而允许分子水平的精准放疗。然而，传统TRT疗法依赖配体与肿瘤相关靶标的非共价、可逆结合，这使得放射性核素在肿瘤组织的有效滞留时间相当短。平衡在肿瘤组织中的滞留时间和在正常器官中的清除速率成为了放射性配体设计中的关键问题。本文中，作者设想将放射性配体共价、不可逆地连接到肿瘤特异性靶标上，从而在确保肿瘤组织特异性的同时，提高放射性在肿瘤组织的摄取和滞留时间。为此，作者提出“靶向共价放射性药物（CTR）”这一概念。CTRs的基本结构是一类三功能分子，其同时具有靶蛋白配体、潜反应性共价弹头和携带核素的螯合剂。在靶点选择方面，作者选择了成纤维细胞活化蛋白（FAP），其小分子抑制剂FAPI已广泛应用于传统TRT疗法的研究。而为了确保共价弹头的潜反应性和生物正交性，作者选择了基于硫-氟交换反应（SuFEx）的磺酰氟或氟代硫酸酯类弹头。最后，通过末端的DOTA配体螯合放射性核素，如68Ga或177Lu等。根据设想，FAP-FAPI的非共价作用将首先诱导CTRs与靶蛋白的邻近，而SuFEx弹头对目标氨基酸残基的反应性随后被这种邻近效应所放大，从而加速共价结合，实现药物在肿瘤组织的长期滞留。另一方面，上述模式也使得CTRs在血液或正常组织中难以发生脱靶结合，从而可被迅速排出体外，降低了全身毒性的风险。在化合物设计方面，作者从DOTA偶联的FAPI（FAPI-04）出发，通过分子对接模拟了FAPI-04:FAP的复合物结构，选择了FAPI-04上合成可及的位置用于共价弹头的偶联，同时根据附近残基的距离等关键参数确定了弹头和连接子的设计。由于结合界面附近存在酪氨酸残基Y210和Y450，作者首先尝试了引入SuFEx反应中常用的磺酰氟（SF）弹头。如此设计的化合物177Lu-FAPI-SF在体外实现了对FAP的快速不可逆标记，同时也在荷瘤小鼠模型上表现出了高度的肿瘤组织特异性和摄取效率。177Lu-FAPI-SF的初步成功显示了CTRs设计的可行性，然而该化合物具有较差的稳定性。为了解决这一问题，作者尝试微调弹头的反应性，即将SF弹头替换为反应性更弱的氟代硫酸酯（SF）弹头。放射自显影实验表明优化的化合物FAPI-pFS和FAPI-mFS同样可与FAP快速共价结合，且得到的复合物在较长时间（>144 h）内具有良好的稳定性。随后，作者也通过MS/MS证明了在FAP上共价连接的位点确为Y210和Y450，并通过分子动力学模拟验证了结合后构象的稳定性。在动物和临床试验前，作者首先在确认了细胞对CTRs摄取和保留的增加（与非共价对照相比）。作者也测试了CTRs是否具有潜在的脱靶毒性，由于认为这些化合物几乎无法透过细胞膜，作者主要确认了它们对膜表面的其他FAP同源蛋白无非预期结合，也排除了它们对血浆、尿液样本中高丰度蛋白的结合。随后，作者在荷瘤小鼠模型上确认了FAPI-pFS和FAPI-mFS的肿瘤组织特异性和摄取效率，以及在健康组织中的清除效率。作者在诊断和治疗两种场景下验证了CTRs的高度应用潜力。CTRs在临床患者中显示了对传统PET探针难以诊断的甲状腺髓样癌病灶的灵敏分辨能力。在放射性治疗方面，作者也利用177Lu或225Ac偶联的CTRs实现了对小鼠皮下FAP高表达肿瘤的杀伤。进一步地，作者也将该策略拓展到前列腺特异性膜抗原（PSMA），初步数据也显示了PSMA-CTRs更强的肿瘤组织滞留和生长抑制作用，强调了这一策略的可拓展性。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07461-6原文引用：DOI：10.1038/s41586-024-07461-6
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