前列腺特异性膜抗原（PSMA）及 PSMA617：强有效抑制剂与靶向工具的特性及研究进展(前列腺特异性膜抗原PSMA) #科技 #yl #分子 #成像 #抗原 #氨基酸

一、基本性质

（一）前列腺特异性膜抗原（PSMA）

英文名称：Prostate-Specific Membrane Antigen（简称 PSMA），又称 Glutamate Carboxypeptidase II（GCP II，谷氨酸羧肽酶 II）、N-Acetylated Alpha-Linked Acidic Dipeptidase（NAALADase，N - 乙酰化 α- 连接酸性二肽酶）。
中文名称：前列腺特异性膜抗原，别名谷氨酸羧肽酶 II、N - 乙酰化 α- 连接酸性二肽酶。
分子本质：属于 II 型跨膜糖蛋白，归为 M28 家族金属肽酶，由 750 个氨基酸残基构成，相对分子质量约 100-120 kDa，因糖基化修饰程度不同，分子质量存在 5-10 kDa 的波动范围。
等电点（pI）：约 6.0-6.5，不同来源（如前列腺癌细胞株纯化、重组表达）的 PSMA，受糖基化水平差异影响，等电点可能出现 ±0.2 的小幅偏差。
表达特征：具有严格的组织特异性，在前列腺癌细胞（尤其是转移性去势抵抗性前列腺癌细胞）表面呈高表达，表达量为正常前列腺上皮细胞的 10-100 倍；在肾脏近曲小管上皮细胞、小肠绒毛上皮细胞、唾液腺腺泡细胞等正常组织中仅低水平表达，且无显著生理功能影响。
核心功能：兼具肽酶活性与受体功能，肽酶活性可催化肽链 C 端谷氨酸或天冬氨酸残基水解（如水解神经递质前体 NAALAD 生成谷氨酸），受体功能可结合叶酸及其衍生物，参与细胞营养摄取与信号传导。

（二）PSMA617（CAS：1702967-37-0，亦作 PSMA-617）

英文名称：(S)-2-(4-((S)-1-((S)-1-Carboxy-5-((4-((1,4,7,10-tetraazacyclododecan-1-yl) methyl) phenyl) carbamoyl) pentyl) amino)-1-oxopropan-2-yl) amino)-5-ureidopentanedioic acid，常用简称 PSMA617。
中文名称：（S）-2-（4-（（S）-1-（（S）-1 - 羧基 - 5-（（4-（（1,4,7,10 - 四氮杂环十二烷 - 1 - 基）甲基）苯基）氨基甲酰基）戊基）氨基）-1 - 氧代丙烷 - 2 - 基）氨基）-5 - 脲基戊二酸。
CAS 号：1702967-37-0。
分子结构特点：作为 PSMA 的强有效抑制剂、靶向配体与成像配体，分子包含三大功能域：一是高亲和力靶向结合域（脲基 - 谷氨酸结构），可特异性识别 PSMA 活性口袋，结合解离常数（KD）约 0.1-0.5 nM；二是柔性连接臂（由丙氨酸 - 谷氨酸片段构成），可减少空间位阻，确保靶向结合域与 PSMA 高效结合；三是核素螯合域（1,4,7,10 - 四氮杂环十二烷，DOTA），可与 68Ga、177Lu、225Ac 等放射性核素稳定螯合，螯合常数（log K）＞20，满足成像与治疗需求。
等电点（pI）：约 4.0-4.5，分子含 3 个羧基（-COOH）与 1 个脲基（-NH-CO-NH-），整体呈酸性，在人体生理 pH（7.2-7.4）环境中带负电，可减少与带负电细胞膜的非特异性吸附，提升靶向递送效率。
溶解性与稳定性：易溶于水、磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.2-7.4），溶解度＞10 mg/mL；在甲醇、乙醇中溶解度较低（＜1 mg/mL）；2-8℃条件下，PSMA617 溶液可稳定保存 48 小时以上，无明显降解；螯合 68Ga 后形成的 68Ga-PSMA617，室温（20-25℃）下可稳定存在 6 小时，放射化学纯度＞95%。
抑制活性：对 PSMA 的抑制活性显著优于早期配体（如 PSMA11），半数抑制浓度（IC50）约 0.3-0.8 nM，可竞争性阻断 PSMA 与天然底物的结合，抑制效率达 90% 以上。

二、应用领域

（一）前列腺癌靶向成像（基于成像配体特性）

PET 成像诊断：PSMA617 作为成像配体，与正电子核素 68Ga 螯合形成 68Ga-PSMA617，是目前临床应用最广泛的前列腺癌 PET 成像探针之一。经静脉注射（剂量约 1.85-3.7 MBq/kg）后，探针通过靶向结合域特异性富集于 PSMA 阳性『肿瘤』细胞，1-2 小时后进行 PET 成像，可清晰显示前列腺原发灶、盆腔淋巴结转移灶及远处转移灶（如骨转移、肺转移、肝转移）。
临床应用场景：适用于前列腺癌早期诊断（针对 PSA 水平轻度升高（4-10 ng/mL）但传统 MRI/CT 阴性的患者，检出率比传统影像提升 30%-50%）、精准分期（明确『肿瘤』是否突破前列腺包膜、是否存在远处转移，为手术或放疗方案制定提供依据）、复发监测（术后或放疗后 PSA 升高但传统影像未发现病灶时，可检出直径＜3 mm 的微小复发病灶）、治疗前 PSMA 表达评估（筛选适合 PSMA 靶向治疗的患者，避免无效治疗）。
优势对比：与传统影像学检查（如 CT、MRI、骨扫描）相比，68Ga-PSMA617 PET 成像的灵敏度（90%-95%）和特异性（85%-90%）更高，对骨转移的检出率比骨扫描提升 20%-30%，对软组织转移的检出率比 CT/MRI 提升 15%-25%。

（二）前列腺癌靶向治疗（基于靶向配体与抑制剂双重特性）

放射性核素治疗：PSMA617 作为靶向配体，与治疗性核素（如 177Lu、225Ac）螯合形成靶向治疗药物，其中 177Lu-PSMA617 已在全球多个国家（如美国、欧盟成员国、中国）获批用于转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）的治疗。治疗方案通常为每 6-8 周注射一次，每次剂量约 6.0-7.4 GBq，共 3-4 个周期。
适用患者群体：针对经内分泌治疗（如阿比特龙、恩扎卢胺）或化疗（如多西他赛、卡巴他赛）失败，且 PSMA PET 成像阳性的 mCRPC 患者，可显著改善患者生存获益。
治疗效果：临床研究（如 VISION 试验）显示，接受 177Lu-PSMA617 治疗的患者，PSA 水平下降≥50% 的比例达 60%-70%，中位无进展生存期（PFS）约 8.7 个月，中位总生存期（OS）约 15.3 个月，相比传统治疗（中位 OS 约 11 个月）延长 4-5 个月；同时，患者的骨痛、乏力等症状缓解率达 50%-60%，生活质量显著提升。
安全性：主要不良反应为骨髓抑制（如血小板减少、中性粒细胞减少，发生率约 20%-30%，多为 1-2 级）、口干（发生率约 40%-50%，与唾液腺低表达 PSMA 有关），无严重不可逆毒性反应，患者耐受性良好。

（三）前列腺癌基础研究工具（基于靶向配体与抑制剂特性）

细胞与动物模型构建：PSMA617 可作为靶向配体，与荧光素（如 FITC、Cy5）或荧光量子点偶联，制备荧光标记探针，用于 PSMA 阳性前列腺癌细胞（如 LNCaP、C4-2 细胞株）的体外成像，观察 PSMA 在细胞表面的表达分布与内吞过程；也可用于构建 PSMA 阳性前列腺癌裸鼠移植瘤模型，通过活体荧光成像或 micro-PET 成像，动态监测『肿瘤』生长与转移情况。
PSMA 功能研究：作为 PSMA 抑制剂，PSMA617 可用于探究 PSMA 在前列腺癌发生发展中的作用 —— 通过在细胞或动物模型中加入 PSMA617，抑制 PSMA 活性后，观察『肿瘤』细胞增殖（CCK-8 法）、迁移（Transwell 实验）、侵袭（划痕实验）能力的变化，以及『肿瘤』血管生成（免疫组化检测 CD31 表达）的差异，为解析 PSMA 介导的『肿瘤』进展机制提供实验依据。
药物研发筛选：PSMA617 的结构可作为新型 PSMA 靶向药物研发的模板，通过对其靶向结合域或连接臂进行结构修饰（如引入亲水性基团、优化脲基结构），开发亲和力更强、药代动力学更优的配体；同时，PSMA617 也可作为阳性对照，用于体外筛选新型 PSMA 抑制剂或靶向探针，评估候选药物的抑制活性与靶向性。

三、作用机理

（一）对 PSMA 的抑制机理（基于抑制剂特性）

竞争性结合机制：PSMA 的活性位点由 Zn²⁺催化中心与周围氨基酸残基（Asp453、His553、Glu518、Arg534）构成的结合口袋组成。正常生理状态下，PSMA 的天然底物（如 NAALAD、叶酸）通过与结合口袋的氢键作用（Asp453 与底物氨基形成氢键）、静电作用（Arg534 与底物羧基形成静电引力）进入催化中心，被 Zn²⁺激活的水分子水解。
PSMA617 的结合优势：PSMA617 分子中的脲基（-NH-CO-NH-）可与 PSMA 结合口袋的 Asp453、His553 残基形成双重氢键，结合强度比天然底物高 5-10 倍；同时，其谷氨酸残基的羧基可与 Arg534 残基形成强静电作用，进一步增强结合亲和力。这种 “双重作用” 使 PSMA617 与 PSMA 的结合能力远优于天然底物，可竞争性占据 PSMA 活性位点，阻止底物结合。
长效抑制效果：PSMA617 的分子结构中，连接臂与螯合域的空间构象稳定，结合 PSMA 后无法被 Zn²⁺催化中心水解，形成 “PSMA-PSMA617” 稳定复合物，解离半衰期约 24-48 小时，实现对 PSMA 肽酶活性与受体功能的长效抑制，阻断 PSMA 介导的『肿瘤』细胞增殖信号（如 PI3K/Akt 通路激活）与营养摄取（如叶酸转运），抑制『肿瘤』生长。

（二）靶向成像作用机理（基于成像配体特性）

靶向富集过程：PSMA617 作为成像配体，静脉注射后随血液循环到达全身，通过其靶向结合域与前列腺癌细胞表面的 PSMA 特异性结合，结合后通过 PSMA 介导的内吞作用进入细胞内部，在『肿瘤』细胞内富集（『肿瘤』组织与正常组织的放射性摄取比约 20-50:1），而在低表达 PSMA 的正常组织（如肾脏、唾液腺）中仅少量分布，且通过尿液快速排泄（注射后 4 小时内约 50%-60% 通过肾脏排出），降低正常组织辐射☢️剂量。
核素示踪与影像生成：与 PSMA617 螯合的 68Ga（半衰期约 68 分钟）会持续发生 β⁺衰变，释放正电子（β⁺），正电子在体内与电子（e⁻）发生湮灭反应，产生一对能量相等（511 keV）、方向相反的 γ 光子。PET 设备通过环绕人体的探测器阵列捕捉这些 γ 光子，记录光子的发射时间、位置与强度信息，再通过计算机算法对数据进行重建，生成『肿瘤』部位的三维断层影像，清晰显示『肿瘤』的大小、形态、位置及代谢活性（放射性摄取越高，提示『肿瘤』活性越强）。

（三）靶向治疗作用机理（基于靶向配体特性）

靶向递送过程：PSMA617 作为靶向配体，与 177Lu（β 射线核素）或 225Ac（α 射线核素）螯合后，通过靶向结合域特异性结合 PSMA 阳性『肿瘤』细胞，随后被细胞内吞进入溶酶体，核素在溶酶体内释放，实现治疗性核素在『肿瘤』细胞内的精准递送与富集，使『肿瘤』细胞内的辐射☢️剂量远高于正常组织（『肿瘤』细胞辐射☢️剂量约为正常细胞的 10-20 倍）。
核素杀伤机制：177Lu 释放的 β 射线（最大能量 0.497 MeV，平均射程 0.6 mm）可穿透多个『肿瘤』细胞，通过直接电离作用破坏『肿瘤』细胞的 DNA🧬 链（导致 DNA🧬 单链断裂与双链断裂），同时产生大量自由基（如羟基自由基・OH），间接损伤 DNA🧬；225Ac 释放的 α 射线（最大能量 5.8 MeV，平均射程 0.05 mm）虽射程短，但能量高，可在极短距离内产生密集的电离事件，高效破坏『肿瘤』细胞 DNA🧬，且对周围正常组织损伤小。当 DNA🧬 损伤超过『肿瘤』细胞的修复能力时，细胞会启动凋亡程序（激活 caspase-3、caspase-9 等凋亡相关蛋白），实现『肿瘤』细胞杀伤。
协同抑制作用：PSMA617 在递送核素的同时，其抑制剂特性可持续抑制 PSMA 的功能，阻断 PSMA 介导的『肿瘤』细胞增殖与营养摄取，削弱『肿瘤』细胞的修复能力，增强核素对『肿瘤』细胞的杀伤效果，形成 “靶向递送 - 核素杀伤 - 功能抑制” 的协同作用机制，提升治疗效果。