氟-18标记的4-哌啶基氮杂环丁烷二酰胺类可逆型单酰基甘油酯酶正电子示踪剂研究

Monoacylglycerol lipase (MAGL) is a 33 kDa member of the serine hydrolase superfamily that preferentially degrades 2-arachidonoylglycerol (2-AG) to arachidonic acid in the endocannabinoid system. Inhibition of MAGL is not only of interest for probing the cannabinoid pathway but also as a therapeutic and diagnostic target for drug addiction, inflammation and neurodegenerative diseases. Non-invasive imaging of MAGL using positron emission tomography (PET) can assist in the translational evaluation of promising drug candidates and clinical diagnosis targeting MAGL. Furthermore, PET imaging of MAGL also allows quantifying MAGL expression in vivo thus allowing to identifying modulation of MAGL in relevant pathologies. To date, all of the reported PET tracers have been disclosed to feature irreversible binding mechanism and radiolabled with the short half-life nuclide carbon-11 (20.4 min), which only provides the measurement of MAGL activity, as opposed to MAGL quantification and clinical translation. In our previous research, we observed unexpected washout kinetics with our developed 11C-labeled azetidine-carboxylates PET radiotracers, in which in vivo evidence for turnover of the covalent residue was unveiled between MAGL and azetidine carboxylates. In this project, we aim to modify the structure of this azetidine carbonyl type of the compound. We expected to use our developed “Spirocyclic Iodonium Ylide” method to realize the radiolabeling of the 4-piperidinyl azetidine diamide type of reversible PET tracers with high brain uptake, binding affinity and selectivity. Study and evaluate the in vivo behavior for targeting MAGL by means of PET imaging with rodent’s models. This work would offer a new roadmap for novel MAGL PET tracer development and the translation on drug developent and clicical application.

单酰基甘油脂酶（MAGL）是一种丝氨酸水解酶，通过降解内源性大麻素系统的神经递质2-花生四烯酸甘油酯（2-AG）来调控生理过程。抑制MAGL的活性可以增强内源性大麻素系统的信号通路，为药物成瘾性及一些神经退行性疾病提供治疗手段。开发MAGL正电子示踪剂可以得到MAGL在体内的分布以及在生理病理情况下的表达情况，从而为相关疾病的早期诊断以及MAGL药物研发提供帮助。目前已报道的MAGL正电子示踪剂均为碳-11标记的短半衰期（20.4分钟）不可逆型示踪剂，不利于定量化研究和临床转化。基于我们前期研究成果，本项目拟对氮杂环丁烷羰基类化合物的结构进行修饰，采用氟-18标记螺环碘叶立德方法实现一类4-哌啶基氮杂环丁烷二酰胺类氟-18可逆型MAGL正电子示踪剂的合成，并通过小动物PET研究和评价其体内行为。以期开发出一种靶向性好，过脑效率高的可逆型示踪剂，推动MAGL抑制剂药物的研发和临床方面的转化。

单酰基甘油脂酶（MAGL）是一种丝氨酸水解酶，通过降解内源性大麻素系统的神经递质2-花生四烯酸甘油酯（2-AG）来调控生理过程。开发MAGL正电子示踪剂可以得到MAGL在体内的分布以及在生理病理情况下的表达情况，从而为相关疾病的早期诊断以及MAGL药物研发提供帮助。目前已报道的MAGL正电子示踪剂多为碳-11标记的短半衰期（t1/2=20.4分钟）不可逆型示踪剂，不利于定量化研究和临床转化。在本项目支持下，项目团队基于前期的研究成果，通过对氮杂环丁烷羰基类化合物的结构进行修饰，开发了一种新型MAGL先导化合物。其半数抑制浓度（IC50）为23 nM，对MAGL的选择性约为其他内源性大麻素受体水解酶的100倍，并呈现与MAGL可逆性结合特性。相应的具有较合适半衰期的氟-18（t1/2=109.7分钟）标记的正电子示踪剂[18F]FEPAD可以通过两种策略合成，放射化学产率为8-13%，放射化学纯度（>99%）和摩尔活性（>1.5 Ci/µmol）高，且已实现自动化合成，便于大量生产和临床转化。全身离体分布实验表明其在肾上腺，肝脏，肾脏和棕色脂肪组织中有高摄取，这也与文献报道的MAGL的分布相吻合。PET影像学研究显示探针在棕色脂肪组织的摄取量可以达到2.7 SUV，而白色脂肪组织仅为0.5 SUV。在阻断实验中，探针在棕色脂肪组织的摄取量会下降80%。切伦科夫光学成像结果也与PET成像结果相吻合（R2 = 0.97）。免疫组化和免疫荧光染色结果表明，棕色脂肪组织中的MAGL密度要远远高于白色脂肪组织中MAGL的密度（约5-10倍）。这些结果也显示出探针对于外周系统中棕色脂肪组织的成像和量化评估中的潜力。.本项目研究工作达到了预期的目标，开发出氟-18标记的4-哌啶基氮杂环丁烷二酰胺类可逆型单酰基甘油酯酶正电子示踪剂。实验结果表明该探针不仅对于MAGL展现出良好的靶向性和特异性，同时还可以对外周系统中的棕色脂肪组织进行成像，量化以及棕色脂肪组织和白色脂肪组织的区分。这项研究提高了我们对MAGL在代谢紊乱中所起作用的理解，为MAGL靶向药物的研发，临床成像诊断以及疾病机制研究提供科学支持。