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SARS-CoV-2通过ACE2选择性放射性肽进入受体的分子模型以及其作为临床前放射性示踪的开发

2023-07-13 09:04     来源:汇佳生物     放射性示踪剂PET/CT
新冠病毒肺炎(Covid-19)自2020年3月起,在全球范围内迅速蔓延,成为世界卫生组织宣布的一项重大健康威胁,由于病毒存在多种不同的变体,导致了Covid-19引发的病理表现、症状和影响范围都较为严重。SARS-CoV-2作为该疾病的致病原,其机理主要是通过利于血管紧张素转换酶-2 (ACE2)作为进入宿主细胞的受体进行感染的,而ACE2自2000年被发现以来,一只被认为是心血管调节过程中不可或缺的酶,尽管ACE2与其同系物血管紧张素转换酶(ACE)具有42%的序列一致性,但在底物选择性和生理功能方面存在差异。值得注意的是,常用于治疗高血压的ACE抑制剂如卡托普利或赖诺普利并不能结合ACE2。相反,ACE2具有抗高血压和心脏保护作用,并在肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)中充当ACE的反调节因子。此外,在心血管系统、肺、肾、肠和睾丸等组织中,我们可以观察到较高水平的ACE2表达,因此,其中这些组织也被确定为Covid-19病理表现的关键部位。

ACE2(血管紧张素转换酶2)具有复杂调控机制,它在感染SARS-CoV-2后会发生动态变化,这可能是导致Covid-19疾病呈现出如此大的症状表现和多种变体的原因之一,研究表明,ACE2表达与疾病的严重程度呈正相关,而儿童的较低ACE2水平使他们免受严重的SARS-CoV-2感染,而老年人由于ACE2低表达又导致较差的预后,并且由于强烈的个体间差异,以及mRNA和蛋白质水平不同等因素,因此与年龄相关的ACE2表达存在矛盾陈述。另一种理论认为,感染SARS-CoV-2后ACE2的降解会打破RAAS中ACE的平衡,从而导致促炎状态,并增加严重疾病进展的风险。

近期大量的研究也进一步证实了 ACE2 表达水平与 Covid-19 严重程度之间的关系,如高血压、糖尿病和肥胖,以及遗传易感性和某些药物,都会影响 ACE2 的表达水平,并增加患上 Covid-19 严重疾病的风险。因此,更深入地了解 ACE2 表达水平的动态变化,有助于预测某人易感性和疾病进展,进而识别高风险患者,并制定更个性化的治疗策略。与之前只能通过 mRNA 和蛋白质水平测定各种组织中 ACE2 的表达不同,无创成像技术可以直接观察患者的 ACE2 表达动态。

在临床上,单光子发射计算机断层成像(SPECT)已经被广泛应用,而正电子发射计算机断层显像(PET)则相对较少使用。然而,PET具备图像分辨率更高、灵敏度更强以及准确定量选择等优势,因此,在许多医学情况下,尤其是心血管疾病相关的分子成像领域,PET成为首选。为了可视化ACE2,临床前研究人员尝试开发一种PET显像剂,最初使用碘-124标记病毒刺突蛋白受体结合域的方法进行实验。同时,其他研究小组采用二硫桥接DX600,并通过DOTA或NODAGA螯合剂衍生化,使其与镓-68作为PET放射性核素配位。一种名为DX600-bch的nota衍生物用于配合氟化铝-18,并目前正在临床试验中,以探索ACE2的非侵入性定位的可能性。

研究小组主要对基于dx600的放射性示踪剂进行更深入的研究,使其适用于ACE2的无创PET成像,通过分子建模的方,,分别设计了具有DOTA、NODAGA和HBED-CC螯合剂的3种多肽与镓-67 (T1/2 = 3.26 d)标记后进行评估,作为镓-68 (T1/2 = 68 min)的替代放射性同位素,因为镓-67的半衰期更具优势,可以用于SPECT成像。利用转染ACE2和ace的人胚胎肾(HEK)细胞和各自的异种移植小鼠模型,评估基于dx600的放射性多肽对ACE2的选择性。合成了一种基于缓激肽增强肽-9a (BPP9a)结构的ace特异性放射肽,并衍生出金属螯合,以验证体外和体内模型。

SPECT/CT实验结果:

数据显示,[67Ga]Ga-HBED-CC-DX600作为放射性示踪剂是非常有潜力的。它能够研究ACE2在体内的表达和动态变化,从而更好地了解 Covid-19 的病理机制。与其他使用DOTA或NODAGA螯合剂的基于DX600的放射性多肽相比,[67Ga]Ga-HBED-CC-DX600在生物分布方面更具优势。尤其重要的是,HBED-CC螯合剂能够以高摩尔活性标记67Ga,这对于获取高信噪比图像以检测患者生理ACE2表达水平至关重要。

研究机构:

瑞士保罗谢勒研究所(Paul Scherrer Institute,又称瑞士保罗谢尔研究所,简称PSI)是瑞士国家研究所。与国内外大学、其他研究机构和工业界合作,在固态物理、材料科学、基本粒子物理、生命科学、核与非核能研究及与能源有关的生态学的研究中非常活跃。

PSI研究的重点放在基础研究和应用研究,特别是与可持续发展有关的领域和对教育和培训具有重要意义、但超出大学单个系能力的领域,它也是世界范围内多国科研用户的主要的实验室之一。


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