近日，深圳湾实验室吴云东、李子刚课题组在药物化学期刊《Acta Pharmaceutica Sinica B》(中文名：药学学报，中国科技期刊卓越行动计划领军期刊，IF=11.413)，发表了题为“Whole-body PET tracking of a D-dodecapeptide and its radiotheranostic potential for PD-L1 overexpressing tumors“的研究论文。该研究利用正电子断层扫描成像技术（PET）动态追踪了D型多肽在小鼠体内的全身动态和与靶点的相互作用情况，证明了D型多肽是一类优异的核素偶联药物的”导弹头“，为具有临床转化价值的靶向核药的研发提供了新的方向；同时，作为一项范式研究，为分子影像指导的D型多肽药物的开发提供了重要的参考。
多肽类药物通常具有高亲和力、高特异性、低免疫原性以及低毒性等优点，是近年来新药研发的焦点，然而线性天然多肽容易被蛋白酶降解，导致多肽的体内半寿命极短，这大大限制了多肽药物的临床应用。为了改善多肽的抗酶降解能力，科学家开发了一系列修饰多肽的方法用于提高多肽的酶解稳定性：如非天然氨基酸插入、大环化、N-甲基化、D型氨基酸取代以及拟肽化。这些方法的引入，使得多肽的活体半寿命显著提升，从而极大地拓展了多肽的应用范围。比如，近年来以多肽为导向分子的新型功能化药物不断涌现，如多肽偶联药物、多肽-核素偶联药物、多肽荧光成像药物、多肽修饰的基因药物等。
D型多肽的研究始于上个世纪70年代，来自UCSD的Murray Goodman等人提出了D型多肽的概念，并预言D多肽是一类具有高度应用前景的生物活性分子（Acc. Chem. Res. 1979, 12, 1, 1–7）。经过接近半个世纪的发展，人们对于D型多肽的结构、活性、活体代谢情况有了深刻的认识。与L型多肽不同，D型多肽难以被天然的水解酶识别降解，从而在活体内具有极强的稳定性。研究表明D型多肽较L型多肽具有更长的胃肠道、血浆以及细胞内的半寿命（ACS Cent. Sci. 2015, 1, 423–430）。此外，一些研究表明，D型多肽的穿膜能力强于L型多肽(Biochem. Biophys. Res. Commun. 1995, 214, 685–693)。更值得一提的是，一些包含有D型氨基酸的多肽已被批准用于临床，如Vasopressin，Desmopressin，DOTATATE等，这些结果表明D型多肽将具有良好的生物安全性。鉴于以上优点，D型多肽被认为是一类具有高度成药性的活性分子，近年来围绕D型多肽的研究也日益增多。人们通过retro-inverso（RI）以及mirror-image phage display（MIPD）两种方法，可以设计一些具有特异性识别功能的靶点亲和肽，这些D型多肽在蛋白蛋白相互作用调节剂、免疫调节、药物递送等诸多领域都展示出独特的应用价值（Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2018, 115, 1505-1510）。尽管D型多肽的研究取得了巨大的进展，但是，该领域仍存在一些基础的问题有待解答，如D型多肽的活体命运以及与靶点的相互作用等。理论上，D型多肽在活体内是不被降解的，因此，研究D型多肽的代谢途径是发展D型药物需要厘清的首要科学问题。
为了深入理解D多肽的活体命运与药物动态，李子刚课题组与日本国立量研机构的张明荣教授团队，北京大学深圳研究生院/深圳湾实验室的吴云东院士课题组、南京市第一医院核医学科王峰主任团队合作，在《药学学报》英文刊（Acta Pharmaceutica Sinica B）上发表了研究论文：Whole-body PET tracking of a D-dodecapeptide and its radiotheranostic potential for PD-L1 overexpressing tumors。正电子断层扫描（PET）示踪技术是一种无创的活体成像技术，通过将发射正电子的核素（如18F，68Ga, 64Cu）与药物分子相连，即可实时、动态、全身、定量地追踪药物分子在活体内的分布情况，从而为药物研发提供宝贵的药代动力学定量数据，进而提高新药研发速率和临床实验成功率。在该研究中，作者首先使用正电子核素64Cu对D型十二肽（DPA）进行标记，接下来在正常C57BL/6J老鼠体内追踪了[64Cu]DPA的分布、吸收、代谢情况。结果表明，D型多肽被快速的从血浆中清除，并主要经由肾脏排出体内。通过尿液分析表明，[64Cu]DPA在体内未发生降解，直接以完整的分子形态从尿液排出。通过分子动力学模拟，作者分析了DPA的分子大小，计算结果表明，DPA的最大直径为2.6 nm, 低于肾小球过滤蛋白分子的阈值3.5 nm。该结果为未来设计体内长效循环的D型多肽提供了思路。
随后，作者分别在荷有B16F10和U87MG肿瘤的小鼠中进行了[64Cu]DPA成像，结果显示，在尾静脉注射后的80分钟以内，[64Cu]DPA在瘤内有明显的富集，这些结果表明[64Cu]DPA在活体内可以有效的结合PD-L1，从而进行PD-L1表达量的检测。但是，考虑到64Cu的物理半衰期为12.7h，与DPA的靶点作用时间不匹配，随后作者使用68Ga对DPA进行了标记。68Ga是一种短寿命的正电子发射核素，其半衰期为68min。在荷U87MG肿瘤的小鼠体内的显像结果表明[68Ga]DPA是一种具有临床转化潜力的PD-L1的显像分子。最后作者进一步研究了[64Cu]DPA作为一种靶向PD-L1的核素治疗分子对U87MG肿瘤生长的抑制情况。由于64Cu可以发射β负电子以及俄歇电子，单次尾静脉注射74MBq的[64Cu]DPA，即显示出对U87MG肿瘤的生长抑制效果。此外，[64Cu]DPA也表现出良好的生物安全性，在治疗期间，除了由于放射性引起的白细胞先减少后增多现象，未观察到其他明显的毒副作用。这些结果表明[64Cu]DPA是一种潜在的靶向核素治疗药物分子。
图：[64Cu/68Ga]DPA的体内PET-CT成像、体外分布以及治疗结果
综上所述，该论文系统研究了D多肽DPA的活体命运并详细研究了其作为一种新型的核素偶联诊疗试剂对PD-L1高表达肿瘤中的诊断和治疗潜力。该论文作为一项范式研究，为D型多肽的前临床研究提供了一种参考模式；同时，也展示了D型多肽作为核素偶联药物载体的巨大潜力。
日本国立量研机构的胡宽研究员（2017年博士毕业，导师：李子刚教授）与南京市第一医院核医学科吴文雨药师是该文的并列第一作者。张明荣教授、王峰主任、李子刚教授、吴云东院士是论文的通讯作者。该研究的得到了日本JSPS以及国家自然科学基金委等的支持。
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文章来源 | PTMC文化创意工作室
编辑 | 鲍 啦
