18F-FPA的合成及对荷前列腺癌裸鼠的显像研究*

谭支娥，王 朋，崔邦平，代文莉，邓鹏裔，田金玲，胡 伟

(三峡大学第一临床医学院/宜昌市中心人民医院核医学科/宜昌市核医学分子影像重点实验室，湖北宜昌 443003)

前列腺癌是全球男性发病率第2位的恶性肿瘤，在美国发病率居首位，病死率仅次于肺癌，近年来，其发病率在亚洲国家明显上升[1-2]。用于前列腺癌的影像学检查有超声、CT、磁共振(MRI)和正电子发射计算机断层显像(positron emission tomography/computer tomography，PET/CT)等，它们各自的适应证不同，各有优缺点。18F-氟代脱氧葡萄糖(2-deoxy-2-18F-fluoro-D-glueose,18F-FDG)是最常用的PET/CT显像剂，但由于前列腺癌原发病灶较小，分化较好，生长缓慢，肿瘤细胞糖酵解水平较低[3]，导致多数前列腺癌病灶对18F-FDG的摄取不高，因此，18F-FDG 显像剂对前列腺癌的诊断灵敏度存在明显不足。除18F-FDG以外，还有多种显像剂可用于前列腺癌的检测，但其应用价值均有待提高。如11C-胆碱和11C-乙酸盐的检测灵敏度虽比18F-FDG高[4]，但半衰期较短(t1/2=20 min)，在没有医用回旋加速器的医院很难推广使用。18F-氟乙酸的半衰期(t1/2=110 min)较11C-乙酸盐长，却在体内存在脱氟现象[5]。2-18F-氟丙酸(2-18F-fluoropropionic acid，18F-FPA)的分子结构与丙酸相似，在体内和丙酸有类似的生物化学行为，初步研究结果显示其可以作为脂肪酸显像剂用于肿瘤的诊断[6]。本研究旨在探讨利用CFN-multi-200型多功能药物合成模块合成18F-FPA的可行性，并进一步评价18F-FPA对前列腺癌的显像价值。

1 材料与方法

1.1材料

1.1.1实验动物 BALB/c型无特殊病原体(SPF)级裸鼠20只，购于北京华阜康生物技术有限公司[许可证号：SCXK(京)2009-0015]，雄性，鼠龄4～5周，体质量20～24 g。PC3前列腺癌细胞株由三峡大学实验中心提供，22RV1前列腺癌细胞株购于武汉博士德生物工程有限公司。

1.1.2主要试剂与仪器 2-溴代丙酸甲酯(纯度大于97%)、无水K2CO3(纯度大于99.5%)购自武汉意得生物公司；无水乙腈(纯度99.9%)购自美国Sigma公司；氨基聚醚(纯度98%)购自德国ABX公司；其余试剂均为国产分析纯。HM-10HC型回旋加速器、CFN-multi-200型多功能药物合成模块购自日本住友重工公司；离子交换柱QMA(Sep-pak Light)、486型高效液相色谱紫外检测器购自美国Waters公司；YMC-Pack ODS-AM色谱柱(250 mm×10 mm)购自美国Grace公司；除菌过滤器(Millex-GS,0.22 μm)购自美国Millipore公司；高效液相色谱放射性检测器、薄层色谱法扫描仪购自美国Bio-Scan公司；Biograph mCT-S64 PET/CT购自德国西门子公司；ATOMLAB 400 X2型放射性活度计购自美国Biodex公司；F11004型电子天平购自上海良平仪器仪表公司。

1.2方法

1.2.118F-FPA的合成 使用CFN-multi-200型多功能药物合成模块，根据18F-FPA的合成路线编写合成控制程序。合成基本过程如下：将0.7 mL氨基聚醚溶于1 mL乙腈，再加入0.2 mL 0.25 mol/L无水K2CO3和18Fˉ混匀，然后加入0.8 mL乙腈共沸除水获得产物一。配制25 mg 2-溴丙酸甲酯与1.3 mL无水乙腈的混和物二。将二加入产物一中封瓶，在80 ℃条件下持续反应6 min，生成中间产物2-18F-氟丙酸甲酯。待反应瓶降到室温，用1 mL蒸馏水稀释，经高效液相色谱纯化，以0.2%乙酸∶乙腈(60∶40)混合物为洗脱液，3 mL/min的流速通过YMC-Pack ODS-AM色谱柱(250 mm×10 mm)，保留时间约8 min，收集纯化产物。加入50 μL 10 mol/L的NaOH到纯化产物中，加热到80 ℃，反应10 min生成2-18F-氟丙酸钠。低压条件下蒸干溶剂，加入1 mL蒸馏水溶解产物，再加入85 μL 6 mol/L HCl中和，除菌过滤后收集终产物18F-FPA。测量放射性计数，计算其产率。

1.2.2产品的质量控制 目测产品的颜色和澄清度，用pH试纸测定其pH值。使用薄层色谱法测定18F-FPA的放射化学纯度，取18F-FPA溶液0.1 mL加入0.4 mL胎牛血清中，轻微混匀，放置37 ℃室温下，然后分别于1、2、4和6 h取样并测定放射化学纯度，检测18F-FPA的稳定性。

1.2.3细胞培养及荷瘤裸鼠模型的制备 选用PC3和22RV1两种前列腺癌细胞株，用添加10%胎牛血清和双抗(青霉素100 U/mL，硫酸链霉素100 μg/mL)的RPMI-1640作为培养基，置于37 ℃、5% CO2的培养箱中培养，取对数生长期的PC3和22RV1细胞用胰蛋白酶进行消化，制成单细胞悬液，调整细胞浓度至2×106个/mL，每只裸鼠取0.2 mL接种于右前肢皮下，其中PC3细胞接种裸鼠16只，22RV1细胞接种4只，并饲养于SPF级动物房，待肿瘤生长至直径1～2 cm时用于实验。

1.2.4荷瘤裸鼠PET/CT显像 荷PC3和22RV1前列腺癌裸鼠各取4只，腹腔注射10%的水合氯醛(4 mL/kg)进行麻醉，然后尾静脉注射18F-FPA 7.4 MBq，并固定于硬纸板上，采集注射后0.5、1.0和2.0 h时的PET/CT图像。能量窗口设定为450～560 keV，符合时间设定为6 ns，采集时间设定为5 min，采集完成后对图像进行后处理。第2、3天分别行18F-FDG 和11C-胆碱显像。

1.2.5荷瘤裸鼠体内生物分布测定 将16只荷PC3前列腺癌裸鼠分为4组，每组4只，均自尾静脉注射18F-FPA 3.7 MBq，分别于注射后0.5、1.0、2.0和4.0 h脱颈处死，收集重要器官组织(肿瘤、血液、脑、心脏、肺、肝脏、脾脏、胰腺、肠道、肾脏、股骨、肌肉)，测其质量及放射性计数，经衰减校正后，计算每克组织百分注射剂量率(percentage activity of injection dose per grain of tissue，%ID/g)和肿瘤与非肿瘤的放射性摄取比值。荷22RV1前列腺癌裸鼠由于数量较少，未行生物分布实验。

2 结 果

2.118F-FPA的合成18F-FPA的整个合成时间约40 min，产率为(38±2)%(未经时间校正)。

2.218F-FPA的质量控制18F-FPA为无色透明液体，pH值为6.5～7.0，薄层色谱法测得放射化学纯度大于97%。产品放置6 h后，放射化学纯度仍大于95%。

2.3荷PC3前列腺癌裸鼠18F-FPA PET/CT显像 荷PC3前列腺癌裸鼠于注射18F-FPA后0.5 h可见清晰显像，膀胱有明显的放射性浓聚，右前肢肿瘤摄取明显，肠道和肝脏有不同程度摄取。注射18F-FPA后2 h，肠道和肝脏摄取明显减少，骨骼和肌肉摄取始终较少，见图1。

2.418F-FPA、18F-FDG和11C-胆碱对比显像 荷PC3和22RV1前列腺癌裸鼠分别于注射18F-FPA、18F-FDG和11C-胆碱后显像，18F-FPA显像中肿瘤有明显的放射性摄取，18F-FDG和11C-胆碱显像中肿瘤仅见轻微摄取，见图2、3。

A、B、C分别为尾静脉注射18F-FPA后0.5、1.0和2.0 h显像

图1荷PC3前列腺癌裸鼠18F-FPA PET/CT显像(箭头示肿瘤)

A：尾静脉注射18F-FPA后1.0 h显像；B：尾静脉注射18F-FDG后1.0 h显像；C：尾静脉注射11C-胆碱后20 min显像

图2荷PC3前列腺癌裸鼠18F-FPA、18F-FDG和11C-胆碱对比显像(箭头示肿瘤)

A：尾静脉注射18F-FPA后1.0 h显像；B：尾静脉注射18F-FDG后1.0 h显像；C：尾静脉注射11C-胆碱后20 min显像

图3荷22RV1前列腺癌裸鼠18F-FPA、18F-FDG和11C-胆碱对比显像(箭头示肿瘤)

2.5荷PC3前列腺癌裸鼠的生物分布 肿瘤在注射18F-FPA后0.5、1.0、2.0和4.0 h的生物分布分别为(6.91±0.72)、(6.99±0.55)、(7.17±0.25)和(6.49±0.74)%ID/g，差异无统计学意义(P>0.05)；血液和肠道早期有较高的放射性摄取值，但随着时间延长明显降低；肿瘤与非肿瘤的放射性摄取比值较高，尤其是肿瘤与肌肉的比值在注射18F-FPA后0.5、1.0、2.0和4.0 h分别为2.29、2.42、2.48和2.75，见图4。

图4 18F-FPA注射后不同时间荷PC3前列腺癌裸鼠体内生物分布

3 讨 论

代谢研究表明，丙酸通过琥珀酸进入三羧酸循环与糖、蛋白质、脂肪代谢联系起来，参与脂肪酸和其他一些物质的合成，并提供能量[7]。前列腺癌组织中脂肪酸合成酶的活性增强，脂肪酸及能量的需求增加，丙酸的利用率相应增加[8-9]。18F-FPA的分子结构与丙酸相似，在体内的分布能反应丙酸的代谢情况，有成为前列腺癌显像剂的潜在价值。本实验通过CFN-multi-200型多功能药物合成模块全自动合成18F-FPA，避免合成过程中人工操作，合成时间较短，合成路径简单易行，产率及放射化学纯度较高，体外稳定性好，符合显像剂质量要求。

荷PC3前列腺癌裸鼠的PET/CT显像可见，18F-FPA注射后0.5 h就能获得较清晰的图像，在肿瘤部位有明显的浓聚。生物分布也证实，肿瘤在此时有较高的%ID/g，随后有逐渐增加的趋势，2.0 h达到峰值，4.0 h略有下降，各时间点差异无统计学意义(P>0.05)，说明18F-FPA注射入生物体内后，其分布较快趋于稳定，短时间内就可以进行显像，且肿瘤与非肿瘤组织的放射性摄取比值表明有良好的显像背景。本实验中可见肠道有轻微摄取，可能与肠道微生物的活动、短链脂肪酸的代谢吸收有关[10]。18F-FDG和11C-胆碱均为目前临床应用的前列腺癌显像剂，但在本实验与18F-FPA的对比显像中，荷PC3和22RV1前列腺癌裸鼠多次显像肿瘤均只见轻微的放射性摄取，可能与这两种显像剂的灵敏度不高有关，上述现象也进一步证实了18F-FPA在前列腺癌的应用上可能具有良好的价值。骨骼摄取较低，无明显脱氟现象，提示18F-FPA在体内有较好的稳定性。因肠道对18F-FPA的摄取不利于对肠道肿瘤的检测，但在脑、肺和肾等组织中始终未见18F-FPA明显浓聚，推测18F-FPA也能用于这些部位肿瘤的诊断。有学者利用MicroPET对荷乳腺癌和荷Lewis肺癌小鼠模型进行了18F-FPA显像和小鼠体内分布测定，提出18F-FPA可用于乳腺癌和肺癌的显像[11-12]。

大多数前列腺癌在经过1年至1年半的内分泌治疗后，会由雄激素依赖型前列腺癌演变为非雄激素依赖性前列腺癌[13]，本实验选取的PC3和22RV1细胞株均为非雄激素依赖型的前列腺癌上皮细胞。两种细胞株荷瘤裸鼠行18F-FPA显像，肿瘤均出现高摄取，预示18F-FPA可能对不同的前列腺癌细胞株成瘤裸鼠均具有较好地显像优势，这有待深入研究。

综上所述，利用CFN-multi-200型多功能药物合成模块能自动化合成18F-FPA，方法简单，符合质量要求，能较好的显示前列腺癌，是一种有潜力的前列腺癌显像剂。

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