張 格 楊文江 劉 宇＊,,3

(1中國科學(xué)院高能物理研究所，北京市射線成像技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心，北京 100049)

(2中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

(3濟(jì)南中科核技術(shù)研究院，濟(jì)南 250131)

0 引 言

多巴胺(dopamine，DA)是哺乳動物大腦內(nèi)含量豐富的一種重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，調(diào)控著中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)中多種生理功能[1]。多巴胺的合成、存儲、釋放、傳導(dǎo)、再吸收等過程的異常都將導(dǎo)致多巴胺系統(tǒng)功能紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致帕金森病(Parkinson disease，PD)和其他運動障礙、精神分裂癥(schizophrenia，SZ)、躁狂、抑郁、藥物濫用和飲食失調(diào)等多種神經(jīng)精神疾病[2]。多巴胺系統(tǒng)包含不同靶點，如芳香族氨基酸脫羧酶(aromatic amino acid decarboxylase，AADC)、多巴胺轉(zhuǎn)運體(dopamine transporter，DAT)、囊泡單胺轉(zhuǎn)運蛋白2(vesicular monoamine transporter，VMAT2) 以及多巴胺受體(dopamine receptors，D1R、D2R、D3R、D4R、D5R)，這些靶點從不同的生理角度反映著多巴胺系統(tǒng)的功能情況。通過總結(jié)這些靶點在疾病過程中的變化規(guī)律可以為疾病早期診斷、分期以及治療提供依據(jù)。正電子發(fā)射計算機斷層掃描(positron emission tomography，PET)具有高靈敏度與分辨率，能定量、無創(chuàng)、可視化地跟蹤體內(nèi)分子水平的生理生化過程，通過PET 成像評估這些突觸前和突觸后多巴胺系統(tǒng)靶點的變化情況為評估多巴胺能神經(jīng)末梢功能改變提供有效手段，對于疾病早期診斷、治療、預(yù)后等意義重大[3]。多巴胺系統(tǒng)PET 成像的關(guān)鍵是探針分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。這些分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計通常參考體內(nèi)天然存在的化學(xué)物質(zhì)或者已在臨床使用的藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)類型，以及來自計算機輔助藥物設(shè)計(computer-aided drug design，CADD)手段篩選出的分子[4-5]，通過對這些化學(xué)分子進(jìn)行修飾和放射性標(biāo)記得到PET 顯像劑并用于成像研究。然而這些化合物受代謝穩(wěn)定性、體內(nèi)親和性、非特異性攝取等諸多因素的影響，其中僅有很小的一部分顯像劑可以進(jìn)入臨床研究階段[6]。多年來，針對多巴胺系統(tǒng)各靶點特異性示蹤劑的開發(fā)與應(yīng)用一直都是研究熱點，本文將從化學(xué)分子的篩選、修飾、優(yōu)化過程以及應(yīng)用等方面對多巴胺系統(tǒng)各靶點顯像劑進(jìn)行綜述。

1 AADC顯像劑

DA 是一種天然存在的兒茶酚胺，不能直接通過被動運輸傳送過血腦屏障(blood brain barrier，BBB)。多巴胺在腦內(nèi)由L-酪氨酸(L-tyrosine，Tyr)通過一系列酶促途徑在多巴胺能神經(jīng)元末端合成，其中AADC負(fù)責(zé)將酪氨酸羥化酶催化酪氨酸產(chǎn)生的多巴(L-3，4-dihydroxyphenylalanine，L-DOPA)轉(zhuǎn)化成多巴胺，并儲存在突觸囊泡中，AADC 是多巴胺系統(tǒng)突觸前的優(yōu)良生物標(biāo)志物。兒茶酚類的多巴類似物在早期被選為靶向AADC 的PET 示蹤劑探針分子，即在L-DOPA 的苯環(huán)6 位上引入放射性核素18F 得到[18F]FDOPA，如圖1 所示。然而在實際操作中，[18F]FDOPA 的合成過程相當(dāng)復(fù)雜，放化產(chǎn)率也較低。隨著[18F]FDOPA在神經(jīng)精神疾病以及神經(jīng)內(nèi)分泌瘤中越來越多的應(yīng)用，其放射性標(biāo)記工藝也不斷在優(yōu)化。目前關(guān)于放射性標(biāo)記工藝優(yōu)化主要基于親核18F 氟化方法，該方法相比于親電18F 氟化方法具有無需載體添加、比活度大、產(chǎn)量大的優(yōu)點。目前，應(yīng)用較多的方法是用[18F]F-親核芳香取代硝基前體苯環(huán)上吸電子離去基團(tuán)硝基之后，再通過多步反應(yīng)合成最終產(chǎn)物。很多研究者通過改變前體來提高標(biāo)記產(chǎn)率，如圖2所示為Libert等以三甲氨基藜蘆醛三氟甲磺酸鹽(4)為前體進(jìn)行[18F]F-親核芳香取代后再進(jìn)行醛還原和鹵化反應(yīng)，然后進(jìn)行不對稱烷基化反應(yīng)，最后用氫碘酸水解得到[18F]FDOPA，獲得的放化產(chǎn)率較高(大于36%)[7]。為簡化標(biāo)記步驟也有人嘗試用鎳配位前體、二芳基碘鹽前體和三甲基錫前體，以及運用金屬催化方法等，但這些方法也存在前體制作困難或者反應(yīng)過程不穩(wěn)定的缺陷，還需進(jìn)行改進(jìn)[8]。

圖1 AADC PET顯像劑的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure diagrams of AADC PET radiotracers

圖2 以4為前體的[18F]FDOPA合成過程[7]Fig.2 Synthesis of[18F]FDOPA using 4 as a precursor[7]

進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的[18F]FDOPA 在AADC 的作用下轉(zhuǎn)化成[18F]dopamine 被攝取到多巴胺神經(jīng)元神經(jīng)末端的突觸囊泡中儲積起來。未被多巴胺神經(jīng)元突觸囊泡儲存的[18F]dopamine 在酶的作用下快速代謝成[18F]fluorohomovanilic acid 而排出腦外。因此在代謝一段時間后，放射性集中在腦內(nèi)紋狀體等富含多巴胺神經(jīng)元的區(qū)域，紋狀體的放射性攝取與內(nèi)源性多巴胺濃度正相關(guān)，反映了AADC 的活性以及黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的完整性[9]。該藥物已被FDA(food and drug administration)批準(zhǔn)，用于臨床PD 的早期診斷與病程進(jìn)展監(jiān)測。然而兒茶酚甲氧基轉(zhuǎn)移酶(catechol-omethyl transferase，COMT)作用產(chǎn)生的代謝物6-[18F]fluoro-L-3-methyoxy-4-hydroxyphenylalanine([18F]FMDOPA)會穿過血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)導(dǎo)致腦內(nèi)背景信號升高，使藥代動力學(xué)分析復(fù)雜化[10]，如圖3 所示為[18F]FDOPA 體內(nèi)代謝過程。目前，臨床常用基于參考區(qū)的Patlak 圖形近似模型得到流入常數(shù)Ki 的參數(shù)圖，以其代表[18F]FDOPA 在各區(qū)域攝取速率從而進(jìn)行定量評估[11]。在PD 患者中，[18F] FDOPA 的Ki 值在臨床表現(xiàn)最明顯的肢體對側(cè)紋狀體中顯著降低，且殼核比尾狀核受影響更大[12]。對PD 患者的縱向[18F]FDOPA PET 研究顯示，PD 進(jìn)展過程中，尾狀核多巴胺末端退化率為每年3.5%，殼核為每年8.9%[13]。針對[18F]FDOPA腦內(nèi)代謝物干擾的問題提出的改進(jìn)辦法則是選擇不受COMT作用的分子進(jìn)行標(biāo)記，為此研究者們把目標(biāo)鎖定在了如圖1 所示的非兒茶酚類的化學(xué)分子6-[18F]fluoro-L-metatyrosine([18F]FMT)，它被轉(zhuǎn)運蛋白運送通過血腦屏障，并被AADC 脫羧成6-[18F]fluorotyramine，再被神經(jīng)元內(nèi)的單胺氧化酶(monoamine oxidase，MAO)氧化為6-[18F]fluoro-3-hydroxyphenylacetic acid([18F]FHPAA)并最終停留在腦組織里。與[18F]FDOPA 相比，[18F]FMT 對多巴胺能末梢的喪失或具有更高靈敏性[14]。

圖3 [18F]FDOPA的代謝過程Fig.3 [18F]FDOPA metabolic process

2 DAT顯像劑

DAT 位于多巴胺神經(jīng)元末端的突觸前膜，負(fù)責(zé)將突觸間隙的多巴胺收回，并傳遞回細(xì)胞質(zhì)，這使得多巴胺可以重新被包裹進(jìn)囊泡或者直接分解代謝以維持突觸的正常生理功能[15]。多巴胺能末端損傷導(dǎo)致釋放到突觸間隙的多巴胺減少，為維持突觸多巴胺水平的平衡，DAT 會代償性減少，因此在多巴胺失活和循環(huán)過程中，DAT 為多巴胺能系統(tǒng)的密度和結(jié)構(gòu)完整性提供了一個很好的神經(jīng)化學(xué)標(biāo)志物，在一定程度上反映了突觸前的多巴胺能功能，DAT 減少的測量可能是反映多巴胺神經(jīng)元損失程度的一個有用的指標(biāo)[16]。

DAT 顯像劑的開發(fā)源于DAT 抑制劑，包括抗精神病藥物如GBR12909(1-(2-[bis(4-fluorophenyl)methoxy]ethyl)-4-(3-phenylpropyl)piperazine)、諾米芬辛(nomifensine，2-methyl-4-phenyl-1，2，3，4-tetrahydroisoquinolin-8-amine)，以及神經(jīng)興奮劑，如可卡因、安非他命(苯基乙丙胺)。早期研究將GBR12909中的一個對氟苯環(huán)替換為苯環(huán)得到的GBR13119 進(jìn)行18F 標(biāo)記(圖4)，該顯像劑在猴腦紋狀體和小腦快速攝取，且體內(nèi)穩(wěn)定性良好，但由于其高親脂性以及高非特異性攝取使其未能得到進(jìn)一步應(yīng)用[17]。在可卡因分子中的N-甲基或甲酯上進(jìn)行11C 標(biāo)記，雖然該顯像劑可在體內(nèi)與DAT 結(jié)合但其過快的藥代動力學(xué)特性和N-脫烷基化限制了其用于DAT 定量研究。后續(xù)DAT 顯像劑開發(fā)除保留可卡因?qū)AT的親和力外，還通過對化合物修飾，達(dá)到改善化合物的代謝特性的目的。Clarke 等研究證明將可卡因中托品烷3β位的苯甲酸基用苯基取代得到的3β-苯基托品烷類配體具有比可卡因更高的DAT 結(jié)合親和力，并且避免了原先苯甲酸酯水解的代謝途徑，具有更好的代謝穩(wěn)定性[18]。研究發(fā)現(xiàn)3β-苯基托品烷類配體的3β-芳環(huán)上的取代基和取代模式、2β取代基以及N-取代基的性質(zhì)對配體識別位點的相互作用都很重要[19]。目前，圖5 所示的應(yīng)用較多的3β-苯基托品烷類DAT PET 顯像劑都是在3β-芳環(huán)上引入尺寸較小且具有親脂性鹵素基團(tuán)或甲基，并在N-取代基引入甲基、氟丙基、丙基、烯丙基基團(tuán)，這些化合物對DAT 有著良好的結(jié)合力[20]。N-取代基為甲基時對DAT 有最優(yōu)親和力，N-取代基為氟丙基、丙基、烯丙基時對DAT 的親和力雖然稍遜色于甲基但仍有納摩爾級親和力，且降低了對其他單胺類轉(zhuǎn)運體如五羥色胺轉(zhuǎn)運體(serotonin transporter，SERT)、去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運體(norepinephrine transporter，NET)的親和力[19-21]。

圖4 DAT抑制劑GBR129090與二苯甲基類DAT PET顯像劑的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagrams of DAT inhibitor GBR129090 and benzhydryl DAT PET radiotracer

圖5 可卡因與3β-苯基托品烷類DAT PET顯像劑的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure diagrams of cocaine and 3β-phenyltropanes DAT PET radiotracers

3β-苯基托品烷類化合物具有多個適合11C、18F放射性標(biāo)記的位點，并且其中很多成功標(biāo)記的顯像劑都具有良好親和力、藥代動力學(xué)性質(zhì)。11C標(biāo)記位點有2種，N-11C-甲基化標(biāo)記以及O-11C-甲基化標(biāo)記，如[11C]CFT、[11C]β-CIT、[11C]PE2I等。但O-11C-甲基化標(biāo)記很多時候比N-11C-甲基化標(biāo)記更有優(yōu)勢，因為前體很容易在溫和的條件下通過酯水解合成，羧酸前體可以通過簡單的水萃取分離[22]。相比于11C，18F產(chǎn)生的正電子能量較低，在組織中湮滅距離短(約2.4 mm)，因而能得到高分辨率圖像，這使得18F 標(biāo)記的化合物一直備受關(guān)注。18F 標(biāo)記的DAT 顯像劑有些在3β苯環(huán)對位通過芳香族親核取代反應(yīng)或親電氟化進(jìn)行放射性標(biāo)記，如[18F]-β-CFT。有些在N-烷烴鏈采用兩步法進(jìn)行親核取代進(jìn)行標(biāo)記，如[18F]-FPCIT、[18F]LBT-999、[18F]FECNT，用18F 標(biāo)記的[18F]氟乙基磺酸鹽、[18F]氟丙基碘鹽等與前體進(jìn)行的兩步法標(biāo)記更好地解決了直接用18F 離子標(biāo)記前體的一步法產(chǎn)率過低的問題。類似的還有對2β?；踹M(jìn)行氟烷基化，常用2-[18F]fluoroethyl bromide 等進(jìn)行標(biāo)記，如[18F]FE-PE2I[23-25]。

目前臨床診斷PD 更多基于對病史、癥狀體征、左旋多巴藥物治療反應(yīng)的綜合評估，缺乏診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，然而PD 發(fā)病機制極為復(fù)雜，尋找有效的生物標(biāo)志物是PD 診斷的關(guān)鍵。雖然外周血外泌體以及炎癥因子等生物標(biāo)志物的研究取得了一定進(jìn)展，但不能反映PD 的本質(zhì)變化，對于PD 早期診斷缺乏靈敏度與準(zhǔn)確性。PD 的主要病理改變?yōu)楹谫|(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的大量變性丟失，然而這些病理改變卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于臨床癥狀的出現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)明顯臨床癥狀時早已錯過了最佳治療時間，因此早期診斷對于延緩PD進(jìn)程以及改善患者生活質(zhì)量都十分重要，DAT PET顯像恰好可以評估紋狀體突觸前多巴胺能神經(jīng)元的密度，以此反映黑質(zhì)神經(jīng)元丟失的嚴(yán)重程度，從而及時發(fā)現(xiàn)病理變化，幫助PD 的早期診斷[26]。早期的3β-苯基托品烷類DAT 顯像劑[11C]CFT 為PD 的早期診斷、進(jìn)展情況以及鑒別提供了重要幫助[23,27]。相比于正常對照組(normal control，NC)與特發(fā)性震顫患者(essential tremor，ET)，PD 患者與多系統(tǒng)萎縮患者(multiple system atrophy，MSA)的殼核與尾狀核的[11C]CFT 攝取嚴(yán)重降低。聯(lián)合[18F]FDG 可以實現(xiàn)對PD 與MSA 的精確鑒別，MSA 患者小腦與腦橋的[18F]FDG 攝取明顯下降而PD 患者無明顯變化，實現(xiàn)對臨床難以區(qū)分的疾病的精確鑒別。在PD 早期診斷與進(jìn)展程度的研究上，[11C]CFT 也有著重要價值，相比于NC，輕度PD 患者的尾狀核/小腦攝取比明顯降低(NC vs 輕度PD：1.92±0.33 vs 2.82±0.43，P<0.01)，但是殼核/小腦攝取值未見明顯下降，并且中度-重度PD 患者的尾狀核/小腦(輕度PD vs 中度-重度PD：1.92±0.33 vs 1.53±0.10，P<0.05)以及殼核/小腦(輕度PD vs 中度-重度PD：1.87±0.36 vs 1.43±0.11，P<0.05)的攝取比均明顯低于輕度PD 患者[28]。Nurmi等對PD 患者進(jìn)行2 年的隨訪發(fā)現(xiàn)，PD 患者殼核與尾狀核的DAT 密度年遞減率分別為13.1%與12.5%，然而健康同齡人遞減率為2.1%與2.8%[29]?；赱11C]CFT 的結(jié)構(gòu)，一些11C、18F 標(biāo)記的DAT 配體也陸續(xù)被開發(fā)，在特異性、親和力、代謝性質(zhì)等方面都有不斷的改進(jìn)。[18F]-FP-CIT 在特異性以及動力學(xué)速度上較[11C]CFT 都有所提高，Park 等對9例臨床不確定帕金森病患者(未能診斷是PD 還是藥物誘導(dǎo)的帕金森綜合征)進(jìn)行[18F]-FP-CIT 掃描，根據(jù)PET結(jié)果其中有6 例表現(xiàn)為DAT 可用性下降，并被確診為PD，并且與一段時間之后的隨訪結(jié)果一致，說明DAT PET 成像在區(qū)分不確定帕金森綜合征上具有優(yōu)勢[30]。第二代顯像劑[18F]FE-PE2I 更快速的藥物動力學(xué)性質(zhì)使其在靶區(qū)達(dá)到平衡的時間較短以及其優(yōu)良的代謝特性使其能成為臨床上有力的研究工具[31-32],在PD 診斷方面與商用化使用的單光子發(fā)射計算機斷層掃描(SPECT)顯像劑[123I]FP-CIT 效果相當(dāng)，[18F]FE-PE2I 的不可置換結(jié)合電位(nondisplaceable binding potential，BPND)與[123I]FP-CIT 的標(biāo)準(zhǔn)攝取值比率(SUVR)在DAT 分布的主要腦區(qū)類內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient，ICC)非常高，即尾狀體(ICC=0.923)、殼核(ICC=0.922)和紋狀體(ICC=0.946)[33]。[18F]FE-PE2I 所需的PET 掃描時間更短(注射后30 min 進(jìn)行10 min 靜態(tài)成像)，從而可以提高患者舒適度[34]。而且PET相比于SPECT具有更高的靈敏度和空間分辨率，所得圖像的邊界更清晰，使用[18F]FE-PE2I PET 探針進(jìn)行成像有助于優(yōu)化[123I]FP-CIT 的SPECT 圖像在邊界位置(小于10%)模糊的問題從而更準(zhǔn)確勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)[35]。另一個第二代顯像劑[18F]LBT-999對DAT 具有更高特異性和親和力，人體研究顯示能區(qū)分PD 患者與健康人的殼核、尾狀核的攝取差異，但還存在輕微脫氟的問題[36]。目前3-苯基托品烷類顯像劑普遍存在與其它單胺類轉(zhuǎn)運體(SERT、NET)選擇性不足的問題，不過DAT 在基底神經(jīng)節(jié)的濃度遠(yuǎn)超這些轉(zhuǎn)運體，因此紋狀體區(qū)域的定量不受太大影響，但無法解釋紋狀體外區(qū)域的DAT 的變化情況。表1 展示了幾類典型DAT PET 探針在動力學(xué)、代謝穩(wěn)定性、非特異攝取以及選擇性等方面的比較[17]。

表1 DAT PET顯像劑優(yōu)缺點比較Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of DAT PET radiotracers

3 多巴胺受體顯像劑

DA 對覺醒、注意、運動、知覺、動機和情緒的神經(jīng)生理控制起著重要作用。它的作用是由5種主要的多巴胺受體亞型介導(dǎo)的[37]。多巴胺受體通過與G蛋白偶聯(lián)來與一些調(diào)節(jié)神經(jīng)元功能的膜或細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)分子(通常是酶、轉(zhuǎn)運體或離子通道)相互作用。按照初級結(jié)構(gòu)和藥理性質(zhì)的相似性歸類，可以把多巴胺受體分為D1 類受體(D1R、D5R)和D2 類受體(D2R、D3R、D4R)。多巴胺受體與SZ、PD 等神經(jīng)精神疾病以及可卡因成癮機制關(guān)系密切。靶向多巴胺受體的PET 顯像劑可以在活體水平研究多巴胺受體密度、分布和功能變化，從而為疾病診斷及分子機制研究提供幫助[38]。

3.1 多巴胺D1受體(D1R)顯像劑

D1R 是大腦中含量最豐富多巴胺受體亞型，其分布廣泛，在基底節(jié)密度較高，在皮質(zhì)區(qū)域也有少量分布但密度僅有紋狀體的1/5～1/3[38]。目前已開發(fā)了多種D1R PET 示蹤劑，其中[11C]SCH23390、[11C]NNC112(圖6)已廣泛應(yīng)用于臨床研究。

圖6 D1R PET顯像劑的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Sructure diagrams of D1R PET radiotracers

D1R 顯像劑多為如圖7 所示的苯基苯并吖庚因結(jié)構(gòu)，其獨特藥理特性主要歸功于β-兒茶酚乙氨基的模塊，這種結(jié)構(gòu)模仿了兒茶酚胺化合物DA，被認(rèn)為對D1R 的親和力有很大貢獻(xiàn)[1]。早期的D1R 顯像劑為用[11C]碘甲烷對苯基苯并氮雜化合物(R)-(+)-8-chloro-2，3，4，5-tetrahydro-5-phenyl-1H-3-benzazepin-7-ol 進(jìn)行N-烷基化標(biāo)記得到[11C]SCH23390，雄性食蟹猴PET 掃描顯示其能夠快速入腦，并且在紋狀體有明顯濃聚，但存在與五羥色胺受體2(serotonin 5-HT2 receptors，5-HT2R)親和力高以及腦清除過快的缺陷[39]。同系列但構(gòu)象更加限制的化合物[11C]SCH39166 的出現(xiàn)改善了[11C]SCH23390 代謝過快的問題，并且降低了對5-HT2R 的親和力(僅有[11C]SCH23390 的1/35)，食蟹猴注射[11C]SCH39166 后18 min 用非放射性配體SCH23390 進(jìn)行抑制，紋狀體攝取明顯減少，說明[11C]SCH39166 對D1R 有明顯特異性攝取且結(jié)合可逆。但[11C]SCH39166 和[11C]SCH23390 的紋狀體/小腦低攝取比導(dǎo)致信噪比低。在[11C]SCH23390 苯并氮雜結(jié)構(gòu)的骨架上，設(shè)計了C-1 位苯并二氫呋喃取代的化合物[11C]NNC756，猴子注射示蹤劑后60 min 時紋狀體/小腦攝取比可達(dá)8，注射后130 min 時高達(dá)11，在皮質(zhì)的攝取明顯低于[11C]SCH23390[40]，但其示蹤劑動力學(xué)較慢，在人體內(nèi)60 min 時腦內(nèi)分布仍達(dá)不到平衡，并且在腦新皮層區(qū)還與5-HT2R 結(jié)合。之后，在C-1 位以苯并呋喃替代NNC756 的C-1 位的苯并二氫呋喃的示蹤劑[11C]NNC112 效果更優(yōu)于[11C]NNC756，它對D1R 有高親和力，紋狀體/小腦攝取比高。5-HT2R配體酮色林抑制實驗顯示[11C]NNC112 皮層的攝取不來自與5-HT2R 的結(jié)合，并且非特異攝取少，不僅適合在紋狀體成像也適合受體密度低的新皮層等區(qū)域成像。[11C]NNC112 在SZ 等精神疾病的研究中發(fā)揮重要作用[41]。從未進(jìn)行過藥物治療的SZ 患者皮層區(qū)域的[11C]NNC112攝取明顯高于健康受試者，但進(jìn)行過藥物治療且停藥一段時間的SZ 患者[11C]NNC112 攝取相比于健康受試者沒有明顯增加，然而經(jīng)長期抗精神病藥物(舒必利)治療的重度殘留期SZ 患者[11C]NNC112 攝取顯著降低，這提示SZ 患者D1R 數(shù)量的增加與疾病本身有關(guān)，并可能通過慢性抗精神病藥物治療使D1R 數(shù)量正?；?，然而長期的藥物治療導(dǎo)致D1R 密度下降[42-43]。一些非苯基苯并氮雜結(jié)構(gòu)(1-benzyltetrahydroiso quinolines)的化合物如(+)-[11C]A-69024 也對D1R 有高特異性和選擇性，(+)-[11C]A-69024 在腦內(nèi)被快速攝取，并且在腦內(nèi)清除速率適中(清除半衰期16.1 min)，紋狀體/小腦的攝取比在30 min時達(dá)到最高值7.4[44-45]。

圖7 基于SCH23390的苯基苯并吖庚因結(jié)構(gòu)骨架的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7 Sructure diagrams of phenylbenzazepine structural framework based on SCH23390

D1R 同時具有高親和態(tài)與低親和態(tài)，拮抗劑與D1R 結(jié)合時不區(qū)分高低親和態(tài)，但與激動劑結(jié)合則展現(xiàn)這2 種親和態(tài)并且優(yōu)先與受體高親和態(tài)結(jié)合，但高親和態(tài)被認(rèn)為是多巴胺受體的功能狀態(tài)，因此研究疾病與正常狀態(tài)下高親和態(tài)受體密度的區(qū)別更具生理意義。D1R激動劑PET示蹤劑是評估D1R高親和態(tài)的有用成像工具，可以提供更多重要的體內(nèi)功能信息。在C-7 位用鹵素取代OH 可以調(diào)控配體對D1R 在激動與拮抗之間更偏向拮抗作用，早期開發(fā)的顯像劑多為此結(jié)構(gòu)，因此多為D1R 拮抗劑。對于[11C]SKF 82957，其在C-7 位保留OH 基團(tuán)，具有激動劑活性，在C-6位引入Cl提高了其選擇性，該顯像劑對D1R 有高親和性和選擇性，其激動劑屬性使得對高親和態(tài)D1R 的測量更為敏感。慢性酒精處理的大鼠相比于控制組，嗅結(jié)節(jié)/小腦以及紋狀體/小腦的[11C]SKF 82957攝取比分別增加67%與58%，然而拮抗劑[11C]SCH23390 的攝取比僅增加21%與17%，因此，[11C]SKF 82957 的體內(nèi)測量說明了慢性乙醇增加了嗅結(jié)節(jié)與紋狀體中高親和態(tài)D1R[46]。但其產(chǎn)生的親脂性代謝物會穿過血腦屏障，對信噪比造成一定影響[47-48]。近年來，也有18F 標(biāo)記的顯像劑出現(xiàn)，Barret 等對以芐基氟為主體的化合物進(jìn)行18F標(biāo)記得到外消旋體[18F]MNI-800 與其對映異構(gòu)體[18F]MNI-968，這些新構(gòu)型化合物也具有高特異性與選擇性，代謝穩(wěn)定性良好，并有希望用于人體研究[49]。圖6 所示為文中介紹的D1R 顯像劑的結(jié)構(gòu)式。

3.2 多巴胺D2 受體(D2R)與多巴胺D3 受體(D3R)顯像劑

D2 類受體在紋狀體、邊緣系統(tǒng)、黑質(zhì)、丘腦、皮層等都有分布，其通過與抑制型G 蛋白(Gi/o)偶聯(lián)從而抑制胞內(nèi)環(huán)腺苷酸的合成[50-51]。D2類受體家族在神經(jīng)疾病的研究中一直備受關(guān)注，如圖8 所示的探針[11C]raclopride 和[18F]fallypride 已廣泛用于臨床研究PD、SZ等腦神經(jīng)疾病。

圖8 D2R 與D3R PET顯像劑的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.8 Structure diagrams of D2R and D3R PET radiotracers

D2R 顯像劑在所有多巴胺受體顯像劑類文獻(xiàn)中報道得最多。早期的顯像劑基于對氟丁苯酮的抗精神病藥物氟哌啶醇(haloperidol，HP)與螺哌隆(spiperone，SP)，這2 種藥物中都含有F 原子，18F 替換19F對藥物理化性質(zhì)無太大影響，丁苯酮鏈的長度對DA 受體結(jié)合親和力優(yōu)良并且有良好的D2R/D4R亞型選擇性[52]。對氟苯的結(jié)構(gòu)能夠伸入到配體與受體結(jié)合的口袋深處，在受體底部疏水裂縫與氨基酸殘基通過CH-π相互作用、疏水相互作用等結(jié)合。體內(nèi)成像結(jié)果顯示[18F]HP 清除過快且腦內(nèi)非特異性過高，不適合體內(nèi)成像。HP中哌啶上的叔羥基雖然有助于增加D2R 親和性但不是D2R 親和力的主要貢獻(xiàn)因素。不同于HP，SP 在叔羥基相應(yīng)位置連接剛性結(jié)構(gòu)的三氮雜螺結(jié)構(gòu)，G 蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor，GPCR)結(jié)構(gòu)解析說明該剛性結(jié)構(gòu)對于SP 在D2R 擴(kuò)展結(jié)合口袋的結(jié)合十分重要[53]，通過N-[11C]甲基化對SP 標(biāo)記得到的[11C]methylspiperone，它入腦量多。靈長類動物PET 顯示其可快速聚集在尾狀核和殼核，人體研究顯示注射后70～130 min，殼核/小腦攝取比可達(dá)4，該探針在1983年用于人腦PET 成像，這也是第一個用于人體研究的受體類PET顯像劑。但由于11C半衰期短，很難測量配體受體間的一些動力學(xué)參數(shù)如特異性結(jié)合的最大值[54]。使用半衰期更長的核素18F 可以解決這個問題。18F 標(biāo)記的SP 類似物為N-[18F]氟丙基螺哌隆([18F]FPSp)和N-[18F]氟乙基螺哌隆([18F]FESp)[55]。但丁苯酮類探針與5-HT2R 等單胺類受體結(jié)合也高，隨著基于苯酰胺結(jié)構(gòu)的放射性配體的出現(xiàn)，對D2R與單胺類受體的選擇性有了提高，藥物的體內(nèi)藥代動力學(xué)性質(zhì)也得到改善。苯酰胺類探針的設(shè)計源自典型抗精神病藥物舒必利，其對D2R 親和力高，對其他受體親和力較小[56]。苯酰胺類探針結(jié)構(gòu)為苯甲酰胺通過1 個亞甲基連接1 個四氫吡咯環(huán)，在苯環(huán)上引入烷烴鏈、甲氧基、鹵素原子、羥基等基團(tuán)以及改變吡咯烷氮上烷基的長度對化合物進(jìn)行修飾，對舒必利修飾首先得到了雷氯必利(raclopride)和依匹必利(epidepride)。[11C]raclopride 是一種選擇性但非特異性D2R 顯像劑，其對D3R 也有一定親和力。注射[11C]raclopride 后紋狀體/小腦的攝取比值隨時間平穩(wěn)上升，20 min 后達(dá)4，腦內(nèi)其他區(qū)域非特異性攝取很少?；诙喾N優(yōu)良性能，[11C]raclopride 已廣泛用于人類D2R/D3R PET研究，此外，[11C]raclopride的結(jié)合具有可逆性并且其對內(nèi)源多巴胺的敏感性較強，可用于研究內(nèi)源多巴胺水平變化的影響。在條件刺激下(觀看可卡因吸食視頻)，癮君子的殼核與尾狀核的[11C]raclopride 的特異性結(jié)合均顯著減少，減少程度與受試者描述的可卡因渴望程度(與多巴胺分泌增加有關(guān))正相關(guān)[57]。對epidepride 進(jìn)一步修飾，將其苯環(huán)5 位的碘用氟丙基取代得到FPMB，即(S)-N-[(1-ethyl-2-pyrrolidinyl)methyl]-5-(3[18F]fluoropropyl)-2，3-dimethoxybenzamid，該丙基鏈的長度對于保持D2R親和力是最佳的，然而[18F]FPMB的親脂性太低導(dǎo)致入腦量過少，因而通過將[18F]FPMB 烷基鏈延長從而增加親脂性，并且還要保留對D2R 的親和性，然而將5-氟丙基替換為5-氟丁基卻導(dǎo)致D2R親和力的下降，于是將目標(biāo)轉(zhuǎn)向吡咯烷的N，因為N-烷基鏈可能可以忍受微小的變化。有研究顯示將舒必利上的乙基換為烯丙基使得D2R 親和力增加了15 倍[58]，于是將FPMB 吡咯烷N 上的乙基替換為烯丙基得到的[18F]fallypride，這不僅提高了親脂性，大大增加了入腦量，并且親和力也提高了8 倍(FPMB：Ki=0.26 nmol·L-1，fallypride：Ki=0.03 nmol·L-1)[59]，能對D2R 數(shù)量更少的外紋狀體區(qū)域成像，它解釋了氯氮平的治療效果可能更多源自與外紋狀體區(qū)域多巴胺受體的結(jié)合[60-61]。[18F]fallypride 也廣泛用于PD 的研究，PD 患者較健康受試者的掃描結(jié)果顯示腹側(cè)中腦、杏仁核、丘腦、海馬體、蒼白球、尾狀核的受體結(jié)合力分別下降39%、33%、30%、22%、16%、11%，而殼核與腹側(cè)紋狀體變化微小。Fisher等用[18F]fallypride 研究跑步對尚未接受藥物治療的早期PD患者D2R的影響，研究發(fā)現(xiàn)，PD患者接受高強度跑步訓(xùn)練后腦內(nèi)[18F]fallypride 的受體結(jié)合力(binding potential，BP)顯著增加(訓(xùn)練前：5.58±0.43，訓(xùn)練后：11.0±1.09)，而未接受訓(xùn)練的對照組PD 患者BP 值未有明顯改變，健康受試者訓(xùn)練前后BP 值也未有明顯改變，接受運動訓(xùn)練的PD 患者姿勢控制得到明顯改善。該研究提示跑步訓(xùn)練可能涉及前額皮質(zhì)回路，促進(jìn)多巴胺D2R 的恢復(fù)并因此通過涉及運動技能學(xué)習(xí)的回路改善患者姿勢控制，對PD患者護(hù)理具有重要意義[62]。11C 標(biāo)記的顯像劑[11C]fallypride 也有相同的效果。11C 核素標(biāo)記的示蹤劑在60～90 min 內(nèi)可以獲得良好成像數(shù)據(jù)，而[11C]fallypride 在90 min 左右可以在外紋狀體區(qū)域(丘腦、杏仁核、皮層等)實現(xiàn)最佳結(jié)合動力學(xué)，因此可以對外紋狀體區(qū)域在1 d 內(nèi)對個體進(jìn)行重復(fù)掃描以研究藥物效應(yīng)，并且短的掃描時間有效避免了被試者移動的干擾[63]。[11C]FLB 457 同樣廣泛用于人體PET成像，研究抗精神病藥物對多巴胺D2樣受體占用情況，它對D2R 和D3R 有同等的高親和力(Ki=0.02 nmol·L-1)，是非選擇性D2R/D3R顯像劑。

多巴胺受體成像的另一種方法是對激動劑分子放射性標(biāo)記，相比于拮抗劑，放射性標(biāo)記的激動劑對內(nèi)源多巴胺變化更加敏感，并且可以在體內(nèi)區(qū)分高親和力受體結(jié)合位點和低親和力受體結(jié)合位點。四氫萘類化合物[11C]5-OH-DPAT在四氫萘的苯環(huán)上進(jìn)行羥基化修飾，在四氫萘的2 位連接N，N-二丙基鏈。它具有激動劑活性，其在紋狀體的結(jié)合能被D2R 拮抗劑舒必利取代說明具有D2R 選擇性，與D2R 的選擇性結(jié)合能被三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate，GTP)類似物鳥苷5-[β，γ-亞氨基]三磷酸三鈉鹽阻斷，表明[11C]5-OH-DPAT 可以探測D2R 的高親和力狀態(tài)[64]。非選擇性D2R/D3R 顯像劑[11C]-(+)-PHNO 為D3R 偏好性顯像劑，體內(nèi)結(jié)合實驗顯示在D3R 分布區(qū)域蒼白球有高特異性攝取，在丘腦、腦干也有一定的特異性攝取，其也是激動劑，它對安非他命刺激釋放的多巴胺有很好的敏感性。活體成像顯示狒狒給藥安非他命后D2R 結(jié)合顯著減少，與多巴胺釋放占據(jù)靶點一致，因而臨床上可用于評價突觸多巴胺濃度的急性變化[65]。但由于[11C]-(+)-PHNO 對D3R/D2R 的選擇性只有53，因此在D2R 與D3R 均表達(dá)的腦區(qū)如紋狀體等，D2R 的存在仍是干擾，需要用非標(biāo)記的D3R 拮抗劑消除D3R PET信號再反推出D3R存在區(qū)域的攝取值[66]。

11C 標(biāo)記的嗎啡類似物[11C]NPA 也是激動劑，阿撲嗎啡的酚羥基結(jié)構(gòu)是D2R 受體結(jié)合的關(guān)鍵，[11C]NPA 保留了該結(jié)構(gòu)并用丙基取代阿撲嗎啡叔胺上的甲基以提高D2R 親和力和降低5-HT1AR 的親和力[1,67]。[11C]NPA具有良好的腦組織滲透能力以及適當(dāng)?shù)膮^(qū)域選擇性，可對高親和狀態(tài)D2 受體成像，對內(nèi)源多巴胺敏感性良好。對狒狒進(jìn)行不同濃度的安非他命(0.3、0.5、1.0 mg·kg-1)刺激，[11C]NPA在紋狀體的攝取呈劑量依賴式下降(分別下降32%±2%、45%±3%、53%±9%)，相比于[11C]raclopride(分別下降24%±10%、32%±6%、44%±9%)，[11C]NPA 的下降程度更多說明內(nèi)源性DA 更有效地與[11C]NPA 競爭D2R 結(jié)合位點，使得[11C]NPA 對多巴胺變化得更為敏感[68]。

D3R 在中腦邊緣區(qū)域高水平的表達(dá)的這一特殊性使其越來越成為引人注目的靶點，大量證據(jù)表明D3R 與認(rèn)知、獎勵、行為強化和渴望等情感行為及PD、SZ、藥物成癮等腦疾病息息相關(guān)[69-70]。但D3R與D2R 在跨膜結(jié)合域有高達(dá)80%的同源性，更重要的是，這些受體結(jié)合口袋內(nèi)的殘基幾乎相同[71-72]，并且D3R 數(shù)量很少(約為D2R 的1%)[73]，選擇性D3R 探針的開發(fā)相當(dāng)困難，直到目前仍沒有選擇性D3R PET顯像劑被開發(fā)出來。

早期開發(fā)的D3R 探針多為D2R/D3R 探針，無法針對D3R 成像，并且D3R 與內(nèi)源多巴胺的結(jié)合親和力是所有多巴胺受體中最高的，內(nèi)源多巴胺極易占用D3R 對成像造成干擾，種種因素使得研究D3R 與疾病關(guān)系的體內(nèi)PET 定量實驗結(jié)果往往與一些體外實驗結(jié)論相悖。因此開發(fā)具有高選擇性高親和性的D3R顯像劑極具意義與挑戰(zhàn)。得益于CADD技術(shù)，研究者們對D3R 與配體的構(gòu)效關(guān)系總結(jié)出了一定的規(guī)律，如圖9所示，即一個芳基或芳基取代酰胺（?。?，通過一個功能化的烴基部分（ⅱ）連接一個含芳基末端的結(jié)構(gòu)（ⅲ）。ⅰ部分為較大芳環(huán)的苯甲酰胺類對維持共平面結(jié)構(gòu)有重要作用，部分小環(huán)結(jié)構(gòu)也具有良好選擇性，如苯乙烯類。因為D3R 與D2R 結(jié)合袋內(nèi)的殘基本質(zhì)上是相同的，為了實現(xiàn)靶向選擇性，配體必須向結(jié)合口袋的細(xì)胞外開口延伸，因此配體要以一種更線性、延伸的結(jié)構(gòu)與D3R結(jié)合[72]，研究發(fā)現(xiàn)ⅱ部分為4個碳的烴基時對維持ⅰ與ⅲ之間的幾何距離和空間構(gòu)象最佳，表現(xiàn)出的親和力效果最好[74]。ⅲ部分為含氮取代基的芳環(huán)，在這部分結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改性對提高選擇性有關(guān)鍵影響，近年來通過計算機模型研究此部分與D3R 正構(gòu)結(jié)合位點(OBS)、次級結(jié)合位點(SBS)的相互作用發(fā)現(xiàn)，苯基哌嗪藥效團(tuán)具有最強大的選擇性[75]。因此，近年來設(shè)計的D3R PET 探針大多為苯基哌嗪類衍生物。目前為止，效果最好的是Robert等設(shè)計的[18F]FTP。

圖9 苯基哌嗪類D3R配體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 Structure diagram of phenylpiperazines D3R ligand

Robert 等設(shè)計、合成了一系列具有柔性構(gòu)象的苯基哌嗪類苯甲酰胺分子，其中化合物5 在苯基哌嗪芳環(huán)的2 位上用氟乙氧基進(jìn)行修飾，并在苯甲酰胺的4 位用3-噻吩環(huán)取代，發(fā)現(xiàn)該化合物對D3R 的親和力以及D3R/D2R 選擇性最優(yōu)，對D3R 的親和力達(dá)到0.1 nmol·L-1量級，D3R/D2R 選擇性高達(dá)160 倍(D2R：Ki=27.7 nmol·L-1，D3R：Ki=0.17 nmol·L-1)[76]。而后該團(tuán)隊以該化合物為目標(biāo)通過18F 親核取代標(biāo)記法合成了[18F]FTP。恒河猴腦部PET 成像顯示其在紋狀體、丘腦等D3R 富集區(qū)域有高攝取，在其它非D3R區(qū)域未見明顯攝取[77]。但由于異氟烷麻醉導(dǎo)致的DAT 構(gòu)象發(fā)生變化，使得突觸間隙多巴胺濃度增加，從而大量占據(jù)突觸后膜的多巴胺受體，阻礙了[18F]FTP 與D3R 的結(jié)合。安定藥物勞拉西泮(lorazepam)可以降低內(nèi)源多巴胺水平，在未使用lorazepam 抑制多巴胺分泌時，恒河猴腦部PET 結(jié)果顯示示蹤劑的腦內(nèi)分布在個體間的差異較大，但在Lorazepam 抑制后不同個體間[18F]FTP在腦內(nèi)分布的情況一致，即在紋狀體、丘腦等D3R 所在區(qū)域有明顯攝取。該探針也是唯一進(jìn)入臨床試驗的選擇性D3R 顯像劑，然而臨床結(jié)果顯示D3R 抑制劑奮乃靜抑制前后[18F]FTP 在D3R 富集區(qū)域無顯著差異，仍需對探針進(jìn)一步優(yōu)化和篩選[78]。圖8 所示為上文介紹的D2R與D3R顯像劑的結(jié)構(gòu)式。

3.3 多巴胺D4受體(D4R)顯像劑

D4R 是多巴胺D2 樣受體家族中含量較少的成員，信使RNA(messenger RNA，mRNA)和免疫組化研究顯示其主要分布在外紋狀體區(qū)域(皮層區(qū)、邊緣區(qū))，D4R 在各種神經(jīng)行為和精神疾病中發(fā)揮著重要作用，如SZ、注意力缺陷多動障礙(ADHD)和勃起功能障礙(ED)等。

多年來，研究者們一直努力尋找具有高D4R 親和力的配體，研究發(fā)現(xiàn)N-芳基哌嗪的第二個N 原子優(yōu)先連接到雜芳烯部分芐基CH2位置時，配體具有高D4R 親和力，如圖10 所示的FAUC113。用對(2-氟乙氧基)取代FAUC113 鄰甲氧基的苯基哌嗪衍生物FAUCF41 對D4R 有納摩爾級的高親和力以及對D2R 和D3R 都有1 000 倍以上的選擇性，[18F]FAUCF41 體外穩(wěn)定性高，脂水系數(shù)lgP為1.99。體外大鼠腦放射自顯影顯示，它選擇性地結(jié)合在不同的腦區(qū)，在包括海馬齒狀回和其他富含D4R 的區(qū)域的結(jié)合可被D4R 拮抗劑FAUC113 抑制78%～93%，這些發(fā)現(xiàn)支持[18F]FAUCF41作為D4R的潛在PET放射性配體[79]。18F 標(biāo)記的另一個苯基哌嗪類化合物[18F]7h，用間甲氧基苯生物電子等排體取代吡啶氮雜二烯，并在苯環(huán)對位引入額外的甲氧基，標(biāo)記位點的氟乙氧基在臨位，該結(jié)構(gòu)對D4R 的納摩爾級高親和力以及對D2R 和D3R 都有高選擇性(D4/D2：450，D4/D3：2 300)，lgP為2.8，在人血清的體外穩(wěn)定性良好(大于95%，90 min)，也是一種很有前途的PET候選物[80]。

圖10 D4R PET顯像劑的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.10 Structure diagrams of D4R PET radiotracers

雖然上述配體對D4R 具有亞納摩爾級親和力和高D4R/D2R 選擇性，但這種基于芳基哌嗪結(jié)構(gòu)的D4R 配體結(jié)構(gòu)與許多GPCR 配體相同，非D4R 的特異性結(jié)合過多，D4R PET 配體的開發(fā)仍需通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)克服這一缺點。

最近，Willmann 等合成的18F 標(biāo)記嗎啉衍生物(S)-4-(3-氟-4-甲氧芐基)-2-(苯氧甲基)嗎啉([18F]Ⅱ)，對D4R 親和力為13 nmol·L-1，對五羥色胺受體和其他多巴胺受體亞型都有高選擇性，lgP=3.38，大鼠體外自顯影顯示在整個大腦顯示特異性結(jié)合，非特異性攝取較少，紋狀體無攝取，在小腦的丘核和內(nèi)側(cè)核中有明顯的高積聚，但在D4R 聚集的前額皮質(zhì)和海馬區(qū)域僅觀察到少量結(jié)合。該探針將進(jìn)一步進(jìn)行臨床前動物模型的腦攝取與代謝功能等方面的研究[81]。

雖然D4R PET 配體在亞型選擇性上已經(jīng)有了很大進(jìn)展，但由于D4R 在腦中含量低，極其容易受到非特異性信號干擾從而掩蓋其特異性結(jié)合，目前開發(fā)的D4R PET顯像劑都未能成功進(jìn)入人體研究。

3.4 多巴胺D5受體(D5R)顯像劑

一些動物實驗顯示D5R 在血壓調(diào)控中起到重要作用[82]，而腹側(cè)被蓋區(qū)神經(jīng)元D5R 的激活可能有助于成癮性的形成[83]。但由于D1R 與D5R 在高度保守的7 個跨膜結(jié)構(gòu)域的序列同源性達(dá)80%，目前開發(fā)的D5R 配體都無法克服對D1R 的高親和力。D5R 在大腦的幾個皮層和紋狀體外區(qū)域低水平表達(dá)，其在腦內(nèi)的密度遠(yuǎn)少于D1R，這對選擇性D5R配體的開發(fā)更增加了難度[84]。目前尚無D5R選擇性或特異性放射配體的報道。

4 VMAT2顯像劑

VMAT2是一種膜結(jié)合的突觸前蛋白，負(fù)責(zé)將多巴胺和其他單胺類神經(jīng)遞質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到儲存囊泡中。VMAT2 主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的單胺能神經(jīng)元中，包括多巴胺能、5-羥色胺能、去甲腎上腺素能和組胺能神經(jīng)元，在尾殼核、伏隔核、黑質(zhì)、被蓋腹側(cè)區(qū)、藍(lán)斑、中縫核群和孤束核有高表達(dá)，紋狀體中95%以上的VMAT2 結(jié)合位點都在多巴胺能神經(jīng)元末端，因此紋狀體VMAT2結(jié)合位點密度與中腦黑質(zhì)紋狀體神經(jīng)元數(shù)量線性相關(guān)[85]。各種精神興奮劑的神經(jīng)毒性和成癮性至少部分歸因于它們對VMAT2 功能的干擾。通過PET 對VMAT2 成像能夠評估突觸前多巴胺能通路的完整性。在臨床上對PD 和阿爾茨海默病的早期診斷和監(jiān)測進(jìn)展以及藥物濫用機制的研究具有重要意義。VMAT2 PET 顯像劑起源于VMAT2 抑制劑丁苯那嗪(tetrabenazine，TBZ)。TBZ 及其衍生物對VMAT2 有納摩爾級高親和性并且特異性識別VMAT2。自1993 年[11C]TBZ的制備和成功的人體成像開始，一系列11C 和18F 標(biāo)記的丁苯那嗪類似物被制備并在人體成像研究中進(jìn)行了評估，如圖11所示。

圖11 VMAT2 PET顯像劑的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.11 Structure diagrams of VMAT2 PET radiotracers

[11C]TBZ 是包含2 種異構(gòu)體的外消旋混合物(3R、11bR和3S、11bS)，其標(biāo)記位點為TBZ 的9-[11C]甲氧基。[11C]TBZ 的分子量(molecular weight，MW=315)與親脂性(lgP=2.7)使之易于入腦，體內(nèi)實驗顯示其入腦迅速，在富含VMAT2的紋狀體和下丘腦聚集并迅速從大腦其他大部分區(qū)域快速消失，在短時間內(nèi)可獲得高信噪比的清晰圖像，TBZ 抑制實驗顯示[11C]TBZ 與VMAT2 的結(jié)合具有特異性，適合人體PET成像，但是[11C]TBZ的酮羰基在肝臟中羰基還原酶的作用下快速代謝成仲醇，產(chǎn)生二氫丁苯那嗪(dihydrotetrabenazine，DTBZ)代謝物，α和β構(gòu)型的[11C]DTBZ 可穿過BBB 再次與VMAT2 結(jié)合，對[11C]TBZ 放射性分布的定量藥代動力學(xué)建模造成困難[86-88]，并且早期對[11C]TBZ 的PET 研究很可能代表了[11C]DTBZ 的α-和β-異構(gòu)體的大腦分布。之后對TBZ 的α構(gòu)型代謝物DTBZ 的9-[11C]甲氧基位點標(biāo)記得到[11C]DTBZ，標(biāo)記位點選在9-[11C]甲氧基是因為在該位置的甲氧基代謝為羥基，產(chǎn)生的放射性代謝產(chǎn)物從腦內(nèi)快速清除，不對腦內(nèi)放射性信號造成干擾[89]。仲醇取代TBZ 的羰基后其代謝穩(wěn)定良好，具有可逆性結(jié)合和2 nmol·L-1的平衡結(jié)合親和力，對DAT、SERT 和NET 等轉(zhuǎn)運體以及其他受體和酶的親和力都很低。與健康被試相比，MSA 患者尾狀核殼核中[11C]DTBZ 的特異性結(jié)合明顯減少，另一項研究中PD 患者殼核和尾狀核中[11C]DTBZ 的特異性結(jié)合也明顯減少[90]。具有臨床應(yīng)用價值，但相比于[11C]TBZ(BPND：1.49)，[11C]DTBZ 在人體體內(nèi)成像結(jié)果(BPND：0.96)方面只有相對較小的改善。之后對[11C]DTBZ 外消旋體進(jìn)行拆分發(fā)現(xiàn)只有(+)對映體與VMAT2 特異性結(jié)合，(-)對映體親和性是(+)對映體的0.1%，使用外消旋的[11C]DTBZ降低了特異性信號并降低了圖像對比度。將DTBZ 對映異構(gòu)體拆分得到更具特異性的示蹤劑9-[11C](+)-DTBZ，相比于[11C]TBZ(BPND：2.56)，人體體內(nèi)成像結(jié)果(BPND：0.94)得到了顯著改善。Bohnen 等用9-[11C](+)-DTBZ 評估正常被試與PD 患者的VMAT2 的結(jié)合密度，正常被試的紋狀體特異性結(jié)合呈年齡相關(guān)性下降，每年下降約0.5%，在PD 患者中，尾狀核、前殼核、后殼核和黑質(zhì)中的特異性結(jié)合呈顯著下降，與臨床上PD 患者的診斷評分(UPDRSⅢ)結(jié)果呈現(xiàn)顯著的線性相關(guān)性，9-[11C](+)-DTBZ 已廣泛用于人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床研究[91]。9-[11C](+)-DTBZ 與囊泡內(nèi)的多巴胺競爭結(jié)合VMAT2，這一特性也使之用于甲基苯丙胺(俗稱“冰毒”)作用機制的相關(guān)研究，研究顯示甲基苯丙胺戒斷早期(平均戒斷2.6 d)，9-[11C](+)-DTBZ 紋狀體結(jié)合升高(增加28%)，并且升高程度與藥物使用的嚴(yán)重程度和以及認(rèn)知障礙和戒斷癥狀相關(guān)，但對于戒斷10 d 的人群，9-[11C](+)-DTBZ 紋狀體結(jié)合與正常者接近，該成像結(jié)果支持了甲基苯丙胺吸食者死后多巴胺水平降低的報道，并表明早期戒斷期腦內(nèi)多巴胺水平較低，隨著戒斷時間增長，多巴胺水平逐漸恢復(fù)，這一研究為戒斷治療策略的制定提供思路。Johanson 等發(fā)現(xiàn)9-[11C](+)-DTBZ 在紋狀體的結(jié)合水平在戒斷甲基苯丙胺長達(dá)30 年的人群中略有降低但降低程度與戒斷年數(shù)無關(guān)，并且這種降低程度可能對黑質(zhì)紋狀體投射完整性影響的幅度足夠小，提示人類長期高劑量甲基苯丙胺濫用并不一定會對黑紋狀體神經(jīng)末梢造成嚴(yán)重?fù)p傷[92-93]。國立臺灣大學(xué)的Huang 及其同事報道了在10-甲氧基位置進(jìn)行11C 標(biāo)記的10-[11C](+)-DTBZ 在嚙齒動物腦內(nèi)的合成和體內(nèi)藥代動力學(xué)，但由于10-位的標(biāo)記在代謝過程中在腦內(nèi)產(chǎn)生放射性代謝產(chǎn)物會對圖像信號造成干擾，該放射性示蹤劑尚未進(jìn)入人體研究[94]。

為了讓更多不具備核素生產(chǎn)條件的醫(yī)院或研究機構(gòu)可開展VMAT2 PET顯像劑的臨床研究，需開發(fā)半衰期較長的18F 標(biāo)記的DTBZ 衍生物。Goswami等報道的[18F]FP-(±)-DTBZ 對VMAT2 均具有與DTBZ 相近的高親和性，靜脈注射后腦攝取快速，[18F]FP-(±)-DTBZ從非靶區(qū)清除快，具有更好的靶/背景比，注射后30 min，紋狀體/小腦的攝取比值為3.0，其在體內(nèi)脫氟代謝緩慢，并且代謝物18F 烷基DTBZ 僅占少量。相應(yīng)手性拆分后的旋光異構(gòu)體[18F]FP-(+)-DTBZ([18F]AV133)具有比[18F]FP-(±)-DTBZ更高的VMAT2 親和力和特異性，且代謝穩(wěn)定性好，體內(nèi)脫氟非常輕微且緩慢，是一種可用于人體研究的VMAT2 PET 顯像劑。VMAT2 的放射性配體對內(nèi)源性多巴胺的變化不太敏感，因此更準(zhǔn)確地反映了活體黑質(zhì)紋狀體神經(jīng)元末端丟失情況[95]。[18F]AV133對于早期PD患者的鑒別與診斷，以及預(yù)后和給藥方案的制定都有很大幫助。Alexander 等對臨床不確定的PD 患者進(jìn)行[18F]AV133 掃描，臨床診斷專家在得到PET 圖像后對23%的患者的診斷結(jié)果做出了改變，對53%的患者的給藥方案作出修訂。相比于臨床醫(yī)生的臨床經(jīng)驗判斷，[18F]AV133 成像將診斷正確率由11%提高到了80%[96-97]。相比于PD患者的[123I]CIT DAT 顯像，[18F]AV133 進(jìn)行VMAT2成像具有潛在的優(yōu)勢，如更好的圖像質(zhì)量和定量、更短的示蹤劑給藥和掃描之間的時間、更短的掃描持續(xù)時間，并且相比于[123I]CIT，[18F]AV133不需要事先封鎖甲狀腺以防止放射性碘的攝入[97]。目前，[18F]AV133 在美國已經(jīng)進(jìn)入Ⅲ期臨床的研究。其他新結(jié)構(gòu)的VMAT2 PET顯像劑目前尚無報道。

5 總結(jié)與展望

腦多巴胺系統(tǒng)已被證實或顯示出能在各種神經(jīng)和精神疾病的診療中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但多巴胺系統(tǒng)的生理功能相當(dāng)復(fù)雜，是包括多巴胺的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移、激活、再攝取及死亡等多個方面相互關(guān)聯(lián)的結(jié)果，了解這些過程的內(nèi)在變化關(guān)系對于研究疾病分子機理尤為重要。許多PET 顯像劑已被開發(fā)用于腦多巴胺系統(tǒng)的成像研究：靶向AADC 的顯像劑[18F]FDOPA等用于評估突觸前多巴胺神經(jīng)元合成多巴胺的能力，靶向VMAT2 的顯像劑[18F]AV133 等用于評估從細(xì)胞質(zhì)合成的多巴胺轉(zhuǎn)移至多巴胺能神經(jīng)末梢儲存囊泡的能力，靶向DAT 的顯像劑[18F]FEPE2I 等用于評估突觸間隙內(nèi)多巴胺重攝入突觸前細(xì)胞質(zhì)的能力，靶向多巴胺受體的顯像劑[18F]fallypride 等則反映著多巴胺信號傳遞的功能，以及靶向單胺氧化酶A(MAO A)和單胺氧化酶B(MAO B)的一些顯像劑用于反映多巴胺代謝分解過程。這些顯像劑為活體水平研究多巴胺的合成、突觸囊泡的存儲、釋放及再吸收、受體結(jié)合、體內(nèi)降解的全過程提供了重要幫助，反映了生物體真實的生理功能。目前針對多巴胺系統(tǒng)的探針仍存在缺陷，迫切需要新探針的開發(fā)，但新放射性探針的研發(fā)仍依賴于從現(xiàn)有小分子藥物中篩選、改進(jìn)、修飾，這種模式雖然產(chǎn)生了很多應(yīng)用于臨床的優(yōu)秀探針，但卻在一定程度上限制了新構(gòu)型分子的開發(fā)。針對放射性藥物的計算機輔助設(shè)計可以有效地發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化先導(dǎo)化合物，提高藥物篩選效率，可以幫助我們實現(xiàn)更高效的新放射性藥物的發(fā)現(xiàn)。

單一放射性探針只能反映多巴胺系統(tǒng)某一方面的功能變化，未來利用多巴胺系統(tǒng)不同靶點特異性探針的多探針PET 成像方法，可以獲取AADC、DAT、D1R-D5R、VMAT2 等在腦內(nèi)不同區(qū)域的分布、密度信息，從而獲得整個多巴胺系統(tǒng)的功能變化情況，幫助更深入地理解多巴胺系統(tǒng)在PD、SZ 等疾病發(fā)展過程中的變化規(guī)律，為疾病診斷與分子機制的研究以及新藥開發(fā)提供依據(jù)。