EJNMMI︱耶鲁大学蔡正昕团队开发首例脑穿透型PARP PET显像探针，并在大鼠胶质母细胞瘤和非人灵长类动物中进行临床前评价

撰文︱同   杰责编︱王思珍，方以一

酶聚（adp -核糖）聚合酶-1（PARP1）是PARP家族的17个成员之一，占据整个家族90%，参与调控DNA单链断裂（SSB）修复的碱基切除修复（BER）途径[1-2]。DNA损伤激活PARP1与ADP -核糖的结合，形成聚合的、能量高的poly（ADP-ribose），这是DNA SSB和BER的主要能量来源。DNA修复过程可以被PARP抑制中断，这导致DNA ssb的积累，并导致BRCA1/2突变的癌细胞死亡[3]。因此，PARP抑制剂（PARPis）被积极用于治疗各种癌症，包括卵巢癌、乳腺癌和脑肿瘤。目前，FDA已经批准了四种用于治疗卵巢癌和乳腺癌的PARP抑制剂，即Olaparib（AZD2281）、Niraparib、Rucaparib和Talazoparib。

恶性胶质瘤是一种侵袭性强、很难诊断的肿瘤，其中以胶质母细胞瘤（GBM）侵袭性最强。即使采用细致的手术切除方案，然后进行放疗/化疗，GBM患者的5年生存率仅为5% [4]。肿瘤细胞向周围组织的快速浸润限制了GBM肿瘤的完全手术切除。血脑屏障（BBB）和血肿瘤屏障（BTB）复杂的神经血管生理学限制了一些治疗药物的渗透和分布 [5]。肿瘤的异质性导致了对治疗的耐药性和小分子药物的主动外排，这是寻找恶性胶质瘤治愈方法的主要挑战[6-8]。PARP1在GBM中过表达，其水平与胶质瘤的肿瘤分级呈正相关[9]。因此，在体内评估PARP1表达水平有助于胶质瘤亚型的鉴定，并指导治疗。然而，目前还没有报道量化PARP1在大脑中表达水平的方法。

PET成像允许对蛋白质表达进行无创的全身定量，并已被用于描述肿瘤[10]、提供功能信息[11]、预测患者对靶向治疗的反应、评估治疗效果[12-16]，并提供原发肿瘤和转移部位疾病生物标志物的整体动态图像[17]。因此，使用PARP1放射配体的PET成像可以在体内定量PARP1表达，用于患者分层，评估PARP抑制剂的靶点参与，并监测治疗效果。

近期，耶鲁大学PET中心蔡正昕课题组在《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》上发表了题为“Preclinical evaluation of a brain penetrant PARP PET imaging probe in rat glioblastoma and nonhuman primates” 的研究论文。Baosheng Chen、Devi Prasan Ojha、Takuya Toyonaga、Jie Tong（同杰）为文共同第一作者，蔡正昕教授为论文通讯作者。在此项研究中作者首次合成了能够高效穿透血脑屏障的PARP PET显像探针，在大鼠胶质母细胞瘤和非人灵长类动物中对其进行临床前评价；并且通过体外实验（生物分布研究、western blot和免疫染色）验证体内PET定量结果。该研究提供了可靠和准确定量脑内PARP的显像探针，使用非侵入的正电子发射断层扫描（PET）技术可以区分对PARP表达差异的患者，并选择那些最有可能从PARP抑制剂治疗中受益的患者，从而影响有效的癌症治疗。此外，由于PARP1与阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）等中枢神经系统（CNS）疾病的发病机制有关，因此该研究有望增强对这些疾病的理解和提供治疗思路。

作者通过放射合成手段获得高于97% 纯度和148 ± 85 MBq/nmol 摩尔活度的PARP显像探针[11C]PyBic），然后选取9只RG2肿瘤大鼠进行[11C]PyBic PET显像，注射后30 ~ 60分钟（p.i.）的标准摄值（SUV）图像显示肿瘤区域和对侧非肿瘤脑区域之间的对比度，并且明显高于阻断扫描（n=4），在阻断扫描中，在示踪剂注射前给予Veliparib（5 mg/kg，静脉注射）。肿瘤摄取在30 min p.i内趋于稳定，基线SUV为1.0±0.22（均值±SD），平均30 ~ 60 min p.i；而对侧非肿瘤脑区显示出更低的示踪剂摄取，平均SUV为0.39±0.04（平均值±标准差）。所有选定的正常脑区的示踪剂摄取均显著低于肿瘤（p < 0.05）。在预先注射PARP1/2抑制剂Veliparib（5 mg/kg，静脉注射）后，肿瘤SUV在10分钟p.i内超过1，然后在40分钟p.i后下降到0.39±0.10。根据SUV（30 ~ 60分钟）数据，Veliparib阻断了61%的示踪剂结合（p = 0.0003），结果表明，[11C]PyBic不是大鼠P-gp的底物。这与Caco-2细胞单层通透性测试结果一致，即PyBic的外排率为0.52。在基线扫描中，肿瘤的示踪剂摄取最高（DVR: 3.33±0.40，n = 5）。在阻断扫描中，肿瘤的平均DVR下降了51%（1.62±0.16，n = 4，p = 0.049）。在新皮质和小脑的基础扫描和阻断扫描之间，DVR的差异较小，但有统计学意义，分别为28%和30%，表明这些脑区存在PARP特异性摄取。[11C]PyBic在大鼠血浆和脑（n = 4）中的代谢物分析显示，60 min时血浆和脑中的母体分数分别为31%和90%。PET影像结果通过体外生物分布研究进行了进一步验证，结果一致。通过免疫组织化学（IHC）染色和western blot检测PARP1，并与生物分布和PET结果进行相关性分析）。

文章结论与讨论，启发与展望

在这项研究中，作者开发并评估了一种新型的脑穿透性PARP放射性示踪剂 [11C]PyBic，用于健康大脑和RG2大鼠胶质母细胞瘤模型的PARP PET显像和活体定量。PET显像结果显示，相对于大鼠脑的其他部位，原位RG2胶质母细胞瘤的示踪剂摄取较高。应用分子生物学方法和生物分布分析对PARP1进行定量分析，证实PET显像结果。在PET显像和生物分布分析中，PARP1/2抑制剂Veliparib可显著降低[11C]PyBic的摄取，表明该显像剂具有体内结合特异性。[11C]PyBic在健康NHPs中的高脑-血浆比值表明了其在NHP中的高脑通透性和特异性结合，支持其作为脑PARP PET成像探针的使用。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s00259-023-06162-y.

通讯作者简介：蔡正昕博士是耶鲁大学PET中心放射学、生物医学成像和药理学副教授，擅长药物化学和PET成像探针开发。毕业于美国密苏里大学哥伦比亚分校后，蔡博士加入匹兹堡大学Carolyn Anderson实验室，从事放射药物开发和肿瘤临床前PET成像研究。2015年，他加入耶鲁大学PET中心，将研究范围扩展到大脑PET成像。他的研究小组目前专注于新型PET成像探针的开发和临床转化，基于PET的药物PK/PD研究，以及中枢神经系统疾病和肿瘤学的研究。他先后获得NIH Career Development Award（K01，2017年），SNMMI Berson-Yalow Award（2018年）和Archer Foundation Research Scholar Award（2019年），并主持多项NIH基金项目。

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编辑︱王思珍
本文完