[99mTc]-tilmanocept——“黑暗物质”的光明

一提到“核”的概念，人们立马机械化地就想到类似“辐射、放射性、杀人于无形”这样的字眼。在日本发生的福岛核事故都引发了我国人民群众的抢盐风波，人们戏称咱们中国人为“盐”黄子孙，当很多商店的盐被抢光之后，还真是一片“相顾无盐，惟有泪千行！”的景象。

是的，不但普通的民众害怕“核”，就是很多的“搞化学的人”也是一提起这东西，心中就有阴影。凡事有弊有利，虽然人们“害怕”核素，但是，含一种或几种放射性核素的放射性药物，在我们的医疗当中发挥着非常重要的作用。随着科学研究的深入，这些“黑暗物质”的光明面越发地光明了。

1895年，伦琴发现了X射线并给夫人带着戒指的手拍了一张片子，仅仅过了两周，Otto walkhoff等人就用X射线拍摄了牙科X射线片。1900年，其又报道了人体组织在经过射线照射之后会产生生理效应。可见，放射性核素应用在核医学上非常地早。

经过一百多年的发展，核医学的发展相当迅速。至今，癌症仍是威胁人们生命的重大杀手，在癌症的医疗当中，绝对少不了放射性药物的存在。顾名思义，放射性药物必须要有“放射性”。它可以是放射性核素本身，但大多数是放射性核素标记的化合物（放射性核素标记化合物指的是在化合物分子中引入起示踪作用的放射性核素，并保持原有化合物的理化和生物学性质不变的一类化合物）。在那么多具有放射性的核素当中，需要满足诸多的物理特性要求与化学特性要求，其方能进入人们的“法眼”。目前在实际的医疗过程中，使用得比较广泛地有¹⁸F、¹²⁴I、^99mTc等的标记化合物。

锝[^99mTc]甲氧异腈注射液

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其中，^99mTc因为其较纯的低能射线(140keV)、较短的半衰期(6.03h)和很好的显像分辨率、辐射损伤小且价廉易得等优点而成为目前核医学中最常用、前景最为广阔的放射性核素之一。现有放射性显像剂80%以上是^99mTc放射性药物^[1]。

而且，其它放射性核素标记方法的发展水平都不能和^99mTc标记方法的发展水平相媲美。北京大学放射性药物专家褚泰伟教授^[2]指出，锝药物在科学研究和临床应用中已经得到广泛应用，但如何提高药效、发展性能更加优良的锝标记药物分子仍是亟待解决的问题。

2013年，美国食品和药物管理局批准了一种含有锝的放射性药物——[^99mTc]-tilmanocept（也叫^99mTc-labeled-tilmanocept 或γ-Tilmanocept，其化学结构式见图 1），它是一种新的放射性示踪剂，甘露糖与二乙烯三胺五乙酸(DTPA)结构单元与分子量为10-kDa的右旋糖酐骨架相连，甘露糖残基作为受体分子的配体，能实现与受体的特异性结合；而DTPA则作为连接位点与[^99mTc]结合，实现了放射性元素的标记。

[^99mTc]-tilmanocept具有与特定受体结合的特性，其对于前哨淋巴结（SLN）的显像非常理想。SLN的显像对于预测癌症恶化非常重要，是一个全球普遍使用的临床过程。将[^99mTc]-tilmanocept用于SLN显像具有可靠性、特异性和敏感性，那么也就意味着对癌症的预防与检测会更加地准确、可靠、快速。相比于其他的锝放射性药物具有明显的优点，但是，没有相关的化学分子层次的研究来阐明[^99mTc]-tilmanocept与SLN中的组分结合的机制，包括具体的受体分子是什么都是未知的。

图 1 [^99mTc]-tilmanocept的化学结构

图片来源：JOURNAL OF IMMUNOLOGY; DOI: 10.4049/jimmunol.1402005

上一段已经说明，虽然[^99mTc]-tilmanocept用于癌症诊断的效果很理想，但其有关受体分子或受体位点的信息缺失是扩大使用[^99mTc]-tilmanocept作为临床诊断或预测组分的一个严重限制。针对这一关键问题，2015年俄亥俄州立大学生物医学研究院的Larry S. Schlesinger团队^[3]进行了探究。

在这项工作中，发现了巨噬细胞是主要的靶细胞，而MR (甘露糖受体——Mannose Receptor)是[^99mTc]-tilmanocept结合的主要受体。甘露糖受体属于C型凝集素超家族的成员，可通过胞外区识别和结合特定的糖类分子，如甘露糖（mannose）、海藻糖（fucose），和葡萄糖（glucose）。癌症恶化是一个复杂的过程，包括肿瘤生长、入侵和转移。渗透到肿瘤微环境中的巨噬细胞被称为肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)，其与肿瘤细胞的相互作用非常复杂，会促进肿瘤恶化。TAMs会产生C型凝集素，尤其多的是MR。所以，TAMs渗透到淋巴结就表明了癌症的扩散与恶化。

从以上我们知道了MR能与甘露糖特异性结合，而Schlesinger等基于此进行了[^99mTc]-tilmanocept的抑制试验。加入甘露聚糖（mannan）后，[^99mTc]-tilmanocept与巨噬细胞的结合减弱了，平均荧光强度（MFI）明显降低，而加入不与MR结合的GalNAc（N-acetyl-D-galactosamine）后没有明显变化（如图 2）。这样一个明显的抑制试验表明了[^99mTc]-tilmanocept的受体是MR。但是，也不能排除这样一种可能性，即MR充了共同受体。

图 2 加入甘露聚糖（mannan）后平均荧光强度（MFI）明显降低，而加入GalNAc后没有明显变化。

图片来源：JOURNAL OF IMMUNOLOGY；DOI: 10.4049/jimmunol.1402005

研究团队还对淋巴细胞、细胞表面局域化等相关问题进行了研究，这一研究成果发表在1950年创刊的老牌杂志《JOURNAL OF IMMUNOLOGY》上。

纳米颗粒材料已经被证明了能定向运载特定的药物到达目标组织的细胞，以达到治疗的目的。然而，人们对于用受体结合并输送药物方面的研究基本没有。Larry S. Schlesinger教授等人首次提出了受体导向的放射性药物用于癌症预防的证据，这一发现提供了一个设计受体导向的显像剂的新颖方法，以用于进行癌症诊断。其可用于磁共振成像（MRI）、正电子发射断层扫描(PET)、和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)等成像手段。此外，针对受体导向的药物分子设计有可能用于将药物定向运载到转移癌细胞的位点，以达到治疗的目的。

相信在未来的世纪里，核医学在疾病诊断、治疗及疾病机理的研究中将发挥越来越重要的作用，为医学发展与核能的和平利用谱写新的篇章，更好地造福于人类。

References:

[1] J. P. Hoogendam, W. B. Veldhuis, M.G.G. Hobbelink, R.H.M. Verheijen, M.A.A.J. van den Bosch, R.P. Zweemer,Tc-99m SPECT/CT Versus Planar Lymphoscintigraphy for Preoperative Sentinel Lymph Node Detection in Cervical Cancer: A Systematic Review and Metaanalysis, J NUCL MED, 56(2015) 675-680.

[2] 梅雷, 褚泰伟, ~(99m)Tc放射性药物化学, 化学进展, (2011) 1493-1500.

[3] A.K. Azad, M.V.S. Rajaram, W.L.Metz, F.O. Cope, M.S. Blue, D.R. Vera, L.S. Schlesinger, gamma-Tilmanocept, a New Radiopharmaceutical Tracer for Cancer Sentinel Lymph Nodes, Binds to the Mannose Receptor (CD206), J IMMUNOL, 195 (2015) 2019-2029.

（本文由 一点通的邓传东 投稿）