CN103159842B - 一种用于99mTc标记的Cys-Annexin V药盒及其配制方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于单光子发射计算机断层（SPECT）显像技术领域，具体涉及一种用于^99mTc标记的Cys-Annexin V药盒，及配制方法以及其在检测细胞凋亡方面的应用。本发明所述的药盒，每支药盒的配方为：Cys-Annexin V25-150μg、乙二胺四乙酸盐0.5-6mg、亚锡盐5-40μg、及0.1mmol pH缓冲剂。本发明所述的药盒，对Cys-Annexin V进行^99mTc标记时，操作简单，标记率稳定并大于95%，且标记产物与反应中可能出现的杂质能够明显区分，相对于现有技术中的标记方法具有明显的优势。

Description

一种用于99mTc标记的Cys-Annexin V药盒及其配制方法与应用

技术领域

本发明属于单光子发射计算机断层（SPECT）显像技术领域，具体涉及一种用于^99mTc标记的Cys-Annexin V药盒，及配制方法以及其在检测细胞凋亡方面的应用。

背景技术

细胞凋亡（Apoptosis）又称程序性细胞死亡（Programmed Cell Death，PCD），是细胞生命周期中的重要组成部分，是不同于坏死和意外死亡的由基因调控的细胞主动性死亡过程。细胞凋亡涉及一系列生物分子及细胞形态学的改变，其中，细胞膜脂质双层中的磷脂酰丝氨酸（PS）由膜内层翻转至外层，暴露于细胞表面，是细胞凋亡早期事件，发生在凋亡细胞形态学改变之前，也是凋亡级联反应的初始事件，作为凋亡细胞被吞噬细胞识别的标志，从而进一步引起胞浆的皱缩、染色质的浓集及核内DNA降解等。因此，外翻的PS是目前研究最多并最有希望和应用前景的凋亡检测靶点，可早期检测凋亡，具有较高的时效性，国内外常利用同PS特异性结合的药物来检测细胞凋亡。

膜联蛋白V（Annexin V，又称Annexin A5和AnxA5）是一种人体内源性蛋白，属于Ca²⁺依赖性磷脂结合蛋白家族，最早是从胎盘中分离出来，具有一些抗凝固及抗炎的作用，曾被作为一种抗凝剂研究。染色体定位分析显示，Annexin V是由位于人的第四条染色体4q26-q28上的Annexin V基因编码，含有319各氨基酸，包括70-80个氨基酸重复单元，分子量约为35kD。研究证实Annexin V能与PS特异性结合，亲和力高达10^-9mol/L。因此，以放射性核素标记Annexin V作为显像剂进行体内凋亡显像，实现 细胞凋亡的活体无创显像，以实时监测体内凋亡的发生，成为监测活体细胞凋亡领域的研究重点，并已取得了较大进展。

Annexin V类显像剂的合成关键是放射性核素的标记，既要获得较高的放射化学纯度，同时又不能损伤Annexin V的结合活性。目前，以^99mTc标记Annexin V研究最多，^99mTc的优点在于半衰期为6h，可以及时显像，又使病人受的剂量较小，而且可以由Mo/Tc发生器方便的获得。然而，^99mTc直接标记Annexin V比较困难，标记率低，且在标记过程中会产生一些变性蛋白，造成肝脏的放射性摄取增加。因此，Annexin V的^99mTc标记以间接标记为主，常用的双功能鳌合剂有N-1-亚氨基-4-巯基丁基（Imino）、乙二胺半胱氨酸（EC）、二硫二氮（N₂S₂、又称BTAP）等，以肼基烟酰胺（HYNIC）最为多见，标记得到的^99mTc-HYNIC-Annexin V比活度较高，放射化学纯度大于90%，并且已经在凋亡动物模型中获得良好的评估。但是这些间接标记方法过程比较复杂，对技术条件要求严格，产物需纯化，尤其是不易制成药盒，临床使用受到一定限制。

最新的研究表明，Annexin V在基因重组表达中经结构修饰后可有利于用^99mTc直接进行标记。Annexin V的三维结构显示，其N-端和C-端都位于分子膜结合点的对面，因此在重组过程中对Annexin V的修饰并不影响重组蛋白在Escherichia colli的表达或折叠，也不改变其与膜PS结合的亲合性。如国外学者Tait JF等在N-端添加了7个氨基酸，其中含1-2个半胱氨酸残基，得到的三种突变体，分别命名为：Annexin V-116，Annexin V-117和Annexin V-118，国内学者华子春教授等在Annexin V的N端添加10个连续的组氨酸，命名为His10-Annexin V，这些重组的Annexin V变体与膜的结合活性跟天然Annexin V的相一致，并且与^99mTc-HYNIC-Annexin V有比较相似的生物分布。这些表明对Annexin V的蛋白质工程改造是可行的。

中国专利CN102690345A又进一步公开了一种在大肠杆菌中克隆、表达并纯化得到的新的Annexin V变体，该变体仅在天然Annexin V的C-末端添加了1个半胱氨酸（Cys-Annexin V）。实验结果显示，在SP柱纯 化时，相对于单独的Annexin V，Cys-Annexin V与SP柱结合得更为牢固，需要用更高的离子强度才能被洗脱下来，这从一个侧面说明Cys-Annexin V比Annexin V具有更强的金属离子结合能力。而采用直接标记法对Cys-Annexin V进行^99mTc标记的实验也证实^99mTc-Cys-Annexin V具有与Cys-Annexin V相近似的性能，并且标记率高达95%左右。

但申请人在研究中发现，该专利文献中记载的以现有技术中^99mTc标记的方法对Cys-Annexin V进行标记时，得到的标记产物 ^99mTc-Cys-Annexin V与其他放射性杂质（如原料Na^99mTcO₄和副产物^99mTc胶体等）很难区分开，影响后续的研究及利用。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中^99mTc标记Cys-Annexin V的方法中标记产物与放射性杂质难以分离的问题，进而提供一种步骤简单、标记率高、可用于^99mTc标记的Cys-Annexin V变体的药盒；

进一步的，本发明还提供了上述药盒的配制方法以及其在检测细胞凋亡方面的应用。

为解决上述技术问题，本发明所述用于^99mTc标记的Cys-Annexin V药盒，其特征在于，每支所述配方包括：

Cys-Annexin V      25-150μg；

乙二胺四乙酸盐      0.5-6mg；

亚锡盐              5-40μg；

pH缓冲剂调    pH6.0-8.0。

所述乙二胺四乙酸盐为乙二胺四乙酸钠或乙二胺四乙酸钾。

所述亚锡盐为氯化亚锡、氟化亚锡、酒石酸亚锡、溴化亚锡或柠檬酸亚锡中的一种或几种的混合物。

所述pH缓冲剂缓冲剂为磷酸盐、柠檬酸盐、铵盐、醋酸盐、碳酸盐、硼酸盐、巴比妥盐、邻苯二甲酸盐的一种或几种的混合物。

本发明还提供了一种配制上述的用于^99mTc标记的Cys-Annexin V药盒的方法，本发明所述的配制方法可以按照各组分的含量直接溶解混合配制成1ml的反应体系，直接注入10ml西林瓶中再进行冷冻干燥至粉末态。但是鉴于反应体系越小溶液配制精确度越难控制的问题，本发明所述的配制方法选择以100ml反应体系为配制单位，即配制100瓶所述药盒的反应体系，再进行分装的方式。

100瓶Cys-Annexin V药盒的制备方法如下，称取pH缓冲剂10mmol，溶于90mL蒸馏水中，加入50-600mg的乙二胺四乙酸盐，再加入2mg/mL的亚锡盐溶液0.25-2mL，最后加入5mg/mL的Cys-Annexin V溶液0.5-3mL，再补加蒸馏水至药液总体积为100mL，再按1.0mL/瓶分装于10mL规格的西林瓶中，冷冻干燥后即得Cys-Annexin V药盒。

进一步的，所述冷冻干燥步骤是通过梯度控制冷冻干燥温度对所述西林瓶进行冷冻干燥实现的。

优选的，所述冷冻干燥步骤是具体条件为：控制所述冷冻温度为-40℃，冷冻4h；并抽真空使真空压力达到1-2Pa，再冷冻2h；将温度调节至-20℃，冷冻3h；再将温度调节至-10℃，冷冻13h；随后将温度调节至10℃，干燥2h；再将温度调节至25℃，干燥4h，压盖后即得所述Cys-Annexin V药盒。

配制得到的每支药盒中含25-150μg Cys-Annexin V，5-40μg的亚锡盐，0.5-6mg的乙二胺四乙酸盐。药盒加1mL蒸馏水后，粉末溶解后，整个体系的pH值范围为6.0-8.0。

本发明选择将所述亚锡盐溶解于浓度为1%的稀盐酸中，再加入反应体系中反应。

本发明还提供了一种^99mTc标记Cys-Annexin V药盒的方法，即向上述 的药盒中加入新淋洗的Na^99mTcO₄溶液，置35-37℃水浴反应15min即得标记产物^99mTc-Cys-Annexin V。

进一步的，所述Na^99mTcO₄溶液的加入体积为1ml。

所述Na^99mTcO₄溶液可采用现有技术中本领域技术人员熟知的任意方法得到。

采用本发明所述的药盒进行标记，不仅标记率较高，而且检测发现各个可能存在的标记杂质及标记产物之间能得到较好的分离，所述检测步骤以HPLC方法进行，所述纯化步骤采用HPLC法，具体条件包括：选用TSKGEL凝胶柱，以浓度为0.05M、pH7.0的磷酸缓冲液为流动相，流速为0.8mL/min,紫外检测波长为278nm，所述^99mTc-Cys-Annexin V的保留时间为9.8min。

本发明还提供了一种标记蛋白，即由上述的药盒和标记方法得到的标记产物。

以及一种上述用于^99mTc标记的Cys-Annexin V药盒在检测细胞凋亡中的应用。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明所述的用于^99mTc标记的Cys-Annexin V的药盒，首次实现了通过配体交换法进行对Cys-Annexin V进行冻干药盒直接^99mTc标记，不仅操作简单，而且标记率较高（达到95%以上），并且通过HPLC法检测显示，标记产物^99mTc-Cys-annexin V与标记反应中可能存在的其他放射性杂质（如原料Na^99mTcO₄和副产物^99mTc胶体等）明显区分开，有利于今后在临床的推广使用；

2、本发明所述的方法步骤简单易行，且标记结果直观准确，同时由于标记效率高达95%以上，无需特定纯化提取步骤即可直接使用，因此易于制备药盒，解决了现有技术中其他直接标记方法存在的标记产物与杂质易混淆的问题；

3、采用本发明所述的药盒标记得到的标记蛋白与Cys-annexin V具有相近似的性能，标记后的^99mTc-Cys-annexin V可作为显像剂应用于检测细胞的凋亡状况，而大鼠肝脏凋亡实验证明，本发明所述的标记蛋白可直观反映出细胞的凋亡情况，且显像结果与原位末端标记法检测细胞凋亡的结果相一致，结果准确，本发明所述的药盒可应用于细胞凋亡的检测。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明标记前体Cys-Annexin V的HPLC色谱图；

图2为实施例2中标记蛋白^99mTc-Cys-Annexin V的HPLC色谱图；

图3为实施例3中^99mTc-EDTA的HPLC色谱图；

图4为实施例4中^99mTc胶体的HPLC色谱图；

图5为实施例4中Na^99mTcO₄的HPLC色谱图;

图6为实施例5中^99mTc-Cys-Annexin V在正常小鼠体内的分布图；

图7为实施例5中^99mTc-Cys-Annexin V在正常小鼠体内的血药清除曲线；

图8为实施例6中大鼠肝脏凋亡模型的^99mTc-Cys-Annexin V显像图；

图9为实施例7中原位末端标记法检测大鼠凋亡肝脏细胞的凋亡情况；

图10为实施例实施例8中Cys-Annexin V的含量对标记率的影响；

图11为实施例9中亚锡盐含量对标记率的影响；

图12为实施例10中乙二胺四乙酸盐（EDTA）的含量对标记率的影响；

图13为实施例11中反应液的HPLC图。

具体实施方式

实施例1

本实施例所述药盒的具体配制过程如下：称取磷酸二氢钠1.9mmol，磷酸氢二钠8.1mmol，溶于90mL蒸馏水中，加入150mg乙二胺四乙酸钠，加入2.00mg/mL的氯化亚锡稀盐酸（1%盐酸）溶液1mL，最后加入5mg/mL的Cys-Annexin V溶液1.5mL，混匀后无菌过滤，再按1.00mL/瓶分装于10mL西林瓶中，将所述西林瓶放入冻干机中，设置所述冻干机温度为-40℃，进行冷冻4h，随后开启真空泵抽真空（真空泵开启后，整个过程均在抽真空状态下完成，直至药盒冻干完成），使真空压力达到1-2Pa，再冷冻2h，将温度调节至-20℃，冷冻3h，随后将温度调节至-10℃，冷冻13h，再将温度调节至10℃，干燥2h，再将温度调节至25℃，干燥4h，压盖后即得所需的冻干药盒，药盒内物质呈白色粉末状固体。

每支药盒含75.0μg Cys-Annexin V、20.0μg的氯化亚锡和1.50mg的乙二胺四乙酸钠，药盒中加入1mL蒸馏水后pH值为6.0-8.0。

所述Cys-Annexin V由江苏靶标生物医药研究所有限公司提供。应用基因工程技术利用大肠杆菌克隆、表达并纯化，在Annexin V的C端添加1个半胱氨酸，用金属亲和层析纯化，重组制备Cys-Annexin V。具体制备步骤及特征见中国专利CN102690345A。

实施例2

以^99mTc标记Cys-Annexin V药盒的方法

取实施例1中制备得到的药盒，向所述的药盒中加入1ml新淋洗的Na^99mTcO₄溶液，置35-37℃水浴反应15min，得到标记产物 ^99mTc-Cys-Annexin V，所述Na^99mTcO₄溶液由江苏省原子医学研究所临床部核医学科提供，放射量为18.5-555MBq。

采用HPLC法对所述标记产物进行检测，采用TSK GEL凝胶柱（SWG2000swxL），以浓度0.05M、pH7.0的磷酸缓冲液为流动相，流速0.8mL/min， 紫外检测波长278nm，并设置有同位素检测仪。同时以相同的检测条件检测未标记的Cys-Annexin V。如图1-2所示，测得^99mTc-Cys-Annexin V的保留时间（t_R）为9.8min，与没有标记的Cys-Annexin V的保留时间相一致。通过HPLC色谱图分析，计算得到标记率为98.5%。可见，本发明所述的药盒不仅可以实现用^99mTc标记Cys-Annexin V，而且标记的效率较高。

实施例3

按照实施例1中所述的方法配制所述药盒，其区别仅在于为了将 ^99mTc-Cys-Annexin V与其他放射性杂质区分开来，在配制所述药盒时不加入Cys-Annexin V，使得得到的药盒中不含有标记目标Cys-Annexin V，而其他配制及标记的操作不变，得到的标记产物主要是^99mTc-EDTA，以实施例2中HPLC纯化的检测条件进行HPLC检测，如图3所示，^99mTc-EDTA的保留时间（t_R）为13.4min。

实施例4

按照实施例1中所述的方法配制所述药盒，其区别仅在于为了将 ^99mTc-Cys-Annexin V与其他放射性杂质区分开来，在配制所述药盒时不加入Cys-Annexin V和乙二胺四乙酸钠，使得得到的药盒中不含有标记目标Cys-Annexin V和乙二胺四乙酸钠，而其他配制及标记的操作不变，得到的标记产物主要是^99mTc胶体，以实施例2中HPLC纯化的检测条件进行HPLC检测，如图4所示，^99mTc胶体的保留时间（t_R）为12.5min。

以实施例2中HPLC纯化的检测条件进行HPLC检测，Na^99mTcO₄溶液的保留时间（t_R）为15.9min，如图5所示。

图1-5中说明^99mTc-Cys-Annexin V与其他放射性杂质（如^99mTc胶体， ^99mTc-EDTA和Na^99mTcO₄）能完全分开，通过HPLC计算^99mTc-Cys-AnnexinV的标记率，不仅可行且直观准确。

实施例5

通过^99mTc-Cys-Annexin V在小鼠体内的生物分布，说明该标记化合物 的生物学分布特点符合作为显像剂的要求。

取ICR小鼠35只，随机分为7组，每组5只，经尾静脉注射0.2mL（3.7MBq）实施例2中所述药盒进行标记操作得到的标记产物 ^99mTc-Cys-Annexin V，分别于注射后5，15，30，60，120，180，240min共7个时间点断头处死。取出血液，脑、心、肝、脾，肺，肾，胃，小肠，膀胱，肌肉和骨等脏器，称重后用γ计数仪测量放射性计数，计算每克脏器百分注射剂量率（%ID/g，每克脏器的放射性计数/注射入大鼠体内总放射性计数×100%），如图6所示，肾中摄取的放射性最高，其次是膀胱，肝脏和肺，在脑中的摄取很低。用DAS2.0软件拟合，分析^99mTc-Cys-AnnexinV在正常小鼠体内的药代动力学曲线，如图7所示，符合二室模型特征，药代公式为：C=5.972e^-0.123t+0.877e^-0.005t，分布相半衰期（T_1/2α）为5.619min，清除相半衰期（T_1/2β）为129.465min，平均血浆清除率（CL）为0.084L/min/kg，药-时曲线下面积（AUC_0→∞值）为238.123%ID/g*min。

实施例6

大鼠肝脏凋亡模型的^99mTc-Cys-Annexin V显像

选择SD大鼠4只（***核医学重点实验提供），体重280-290g，以5mg/kg的放线菌酮剂量制备大鼠肝脏凋亡模型，3只大鼠分别经尾静脉注射放线菌酮溶液，另1只大鼠注射生理盐水作对照。3小时后，4只大鼠分别经尾静脉注射0.2mL（18.5MBq）实施例2中标记得到的^99mTc-Cys-AnnexinV，注射显像剂后3h进行前、后位静态平面显像，能峰140KeV，能窗20%，图像矩阵128×128，采集计数1000K。如图8所示，左侧为模型鼠，箭头处为凋亡肝脏显像，右侧为正常对照鼠，在左侧模型鼠的前位静态平面显像图中可观察到肝脏部位有明显的放射性浓聚。

显像结束后，大鼠处死，立即取出肝脏，一部分用***液固定，另一部分用γ计数仪测定放射性计数，并称重，计算每克脏器百分注射剂量率（%ID/g），模型鼠肝脏摄取的放射性（ID%/g）是对照组的2.83倍。

实施例7

大鼠凋亡肝脏的原位末端标记法（TUNEL）检测

TUNEL法用于单细胞水平凋亡免疫组化检验和量化分析，其原理为标记DNA断裂位，详细步骤如下：（1）大鼠肝脏样本经***液固定24h后，石蜡包埋，切片，每片厚度4-5μm；（2）二甲苯脱蜡30min，梯度乙醇水化后PBS冲洗，每次1min，（3）滴加蛋白酶K，37℃孵育30min后，PBS洗涤3次，（4）滴加TUNEL检测液（购自碧云天生物技术研究所），37℃避光孵育1h，PBS洗涤3次，（5）用抗荧光淬灭封片液封片后，100倍荧光显微镜下观察。如图9所示，左侧为模型鼠，右侧为对照组，图中箭头所指为发荧光的凋亡小体，模型鼠的肝脏可见较多的发荧光的凋亡小体，而对照组的肝脏中发荧光的凋亡小体就很少。这个结果与本发明实施例2中所述药盒标记得到的^99mTc-Cys-Annexin V的大鼠肝脏凋亡显像的结果相一致，说明^99mTc-Cys-Annexin V标记化合物作为显像剂能够显示大鼠肝脏的凋亡情况。

下述各实施例研究各组分含量在一定范围内变化时对药盒标记率的影响情况。

实施例8

保持其他组分含量按实施例1中的不变，改变药盒中Cys-Annexin V的含量为10-200μg，按实施例2的方法和测定标记率。结果如图10所示，Cys-Annexin V的含量在25-150μg范围内，药盒标记率达到90%以上。

实施例9

保持其他组分含量按实施例1中的不变，改变药盒中氯化亚锡为溴化亚锡，且其含量为1-100μg，按实施例2的方法测定标记率。结果如图11所示，氯化亚锡的含量在5-40μg范围内，药盒标记率达到90%以上。

实施例10

保持其他组分含量按实施例1中的不变，改变药盒中乙二胺四乙酸盐为 乙二胺四乙酸钾，且其含量为0.1-10mg，按实施例2的方法标记和测定标记率。结果如图12所示，乙二胺四乙酸钠的含量在0.5-6mg范围内，药盒标记率达到90%以上。

实施例11

以现有技术方法对Cys-Annexin V进行标记：

取3.5mg氯化亚锡溶于10ml pH7.4的PBS缓冲液中制成3.5mg/ml的SnCl₂备用。室温下，取100μL SnCl₂溶液向其中加入0.6μg/μL的Cys-Annexin V20μL进行反应。向其中加入体积小于0.1ml，放射量为185MBq的Na^99mTcO₄溶液，然后滴入10mg/mL Vc10μL静止30min反应。以实施例2中所述HPLC的条件检测反应液，结果如图13所示。可见，以现有技术中的方法进行Cys-Annexin V标记，方法中存在的杂质很难与标记蛋白区分，一方面容易影响产物标记率的检测，同时也使得产物的纯度受到影响。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种用于^99mTc标记的Cys-Annexin V药盒，其特征在于：每支所述药盒配方包括：

Cys-Annexin V 25-150μg；

乙二胺四乙酸盐  0.5-6mg；所述乙二胺四乙酸盐为乙二胺四乙酸钠或乙二胺四乙酸钾；

亚锡盐  5-40μg；所述亚锡盐为氯化亚锡、氟化亚锡、酒石酸亚锡、溴化亚锡或柠檬酸亚锡中的一种或几种的混合物；

pH缓冲剂调pH6.0-8.0；所述pH缓冲剂为磷酸盐、柠檬酸盐、铵盐、醋酸盐、碳酸盐、硼酸盐、巴比妥盐、邻苯二甲酸盐的一种或几种的混合物。

2.一种配制权利要求1所述的用于^99mTc标记的Cys-Annexin V药盒的方法，其特征在于：称取pH缓冲剂10mmol，溶于90mL蒸馏水中，加入50-600mg的乙二胺四乙酸盐，再加入2mg/mL的亚锡盐溶液0.25-2mL，最后加入5mg/mL的Cys-Annexin V溶液0.5-3mL，混合均匀并补加蒸馏水至总体积为100mL，按1.0mL/瓶分装于10mL规格的西林瓶中，并将所述西林瓶通过梯度控制温度进行冷冻干燥至其内部物质呈白色粉末状，所述冷冻干燥步骤是具体条件为：控制所述冷冻温度为-40℃，冷冻4h；并抽真空使真空压力达到1-2Pa，再冷冻2h；将温度调节至-20℃，冷冻3h；再将温度调节至-10℃，冷冻13h；随后将温度调节至10℃，干燥2h；再将温度调节至25℃，干燥4h，压盖后即得所述Cys-Annexin V药盒。

3.根据权利要求2所述的配制用于^99mTc标记的Cys-Annexin V药盒的方法，其特征在于：以浓度为1％的稀盐酸溶解所述亚锡盐。

4.一种^99mTc标记Cys-Annexin V的方法，其特征在于：向权利要求1所述的药盒中加入新淋洗的Na^99mTcO₄溶液，置35-37℃水浴反应15min，即得标记产物^99mTc-Cys-Annexin V。