The Old Man and Death，Joseph Wright of Derby (1734–1797)

　　临床上常用的骨骼疾病影像技术包括X射线，CT、MRI、SPECT/CT及PET/CT。这些成像手段由于潜在的电离辐射危害、价格高昂及低时空分辨率等缺点，无法实现骨质疏松长期快速监测（如图1）。光学成像因无辐射、无创伤、操作简单及成本低等特点，是生物医学成像领域中的研究热点。光学成像根据波长不同进行分类，400-700 nm为可见及近红外一区成像，1000-1700 nm则为近红外二区成像。相比于近红外一区成像，近红外二区荧光成像有穿透深度更深（数厘米）、背景低（生物组织自荧光与散射更少）检测灵敏度高等优势，更适合骨质疏松光学成像监测。

图1.目前诊断骨骼相关疾病常用的几种影像技术及各自优缺点。

　　2021年8月3日，中国科学院上海药物研究所分子影像中心程震团队和陈浩团队合作，在Journal of Medicinal Chemistry杂志上发表了题为“Azide-Dye Unexpected Bone Targeting for Near-Infrared Window II Osteoporosis Imaging”最新研究成果，报道了利用小分子荧光探针在近红外二区进行骨质疏松成像研究。该研究从抗HIV药物齐多夫定与结构类似药物司他夫定药代动力学的显著差异受到启发，选择齐多夫定特有的叠氮基团为可能的骨靶向基团，设计了一种不同于传统膦酸修饰的骨靶向探针，取得了良好的成像效果。文章被遴选为当期杂志的supplementary cover page介绍。

　　之前，已报道的骨靶向荧光探针多采用膦酸修饰为骨靶向基团，主要为两大类：一种是花菁类染料，其主要应用于近红外一区成像窗口，存在成像深度不够等缺点；另一类探针则为纳米材料类，虽能在二区窗口成像，但因其由材料组成，存在长期毒性未知等缺点，限制了临床转化。因此，开发水溶性的近红外二区骨靶向探针具有重要的意义。

　　叠氮是一种常见的化学基团，可转化为各种功能化合物，广泛应用与生物医学研究。然而，到目前为止很少有研究报道叠氮对化合物体内药代动力学的影响。在本研究中，研究人员在查阅文献的过程中，发现了一个有趣的现象：两个治疗艾滋病的药物，司他夫定（d4T）和齐多夫定（AZT），是结构极为类似的核苷酸类似物药物（如图2）。其中，齐多夫定具有广为人知的骨髓抑制毒性，同时¹⁴C标记的齐多夫定药代动力学研究也证实其在骨组织中大量聚集，结构类似但无叠氮基团的司他夫定却未显示骨相关毒性。

图2 脱氧胸腺嘧啶核苷，司他夫定和齐多夫定的结构及骨抑制副作用对比

　　据此，科研人员设计合成了一个带有叠氮基团的水溶性近红外二区小分子探针N₃-FEP-4T以及结构类似但不含叠氮基团的FEP-4T作为对照（如图3）。初步研究叠氮基团可能的骨靶向作用。

　　图3 水溶性近红外二区小分子探针N₃-FEP-4T及FEP-4T结构对比

　　在一系列体外相关实验后，研究人员分别用两个探针进行了小动物活体近红外二区荧光成像，下图4显示的是在正常小鼠俯卧位成像时两者的对比。图中可以看到，在N₃-FEP-4T成像的小鼠中脊柱清晰可见，而FEP-4T成像的小鼠脊柱较为模糊，提示叠氮基团可能有助于帮助实现骨靶向。

图4 N₃-FEP-4T 和FEP-4T在正常小鼠体内骨成像效果对比

　　接着，研究人员利用N3-FEP-4T探针在骨质疏松小鼠中进行诊断成像，获得了良好的活体及离体成像效果（如图5）。N₃-FEP-4T为叠氮修饰化合物的生物学应用打开了新的窗口，为体内骨靶向提供了除经典膦酸修饰外的另一种设计策略。

图5 N₃-FEP-4T在正常小鼠及骨质疏松模型小鼠体内骨成像效果对比

　　上海药物所陈浩课题组与复旦大学华山医院核医学科联合培养研究生张晓庆、陈浩课题组职工吉爱艳为本研究的共同第一作者。上海药物所分子影像中心程震研究员、陈浩研究员和助理研究员瞿春容，以及复旦大学华山医院核医学科刘兴党教授为通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金，上海市浦江人才，上海市科技重大专项等项目的资助。

　　全文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jmedchem.1c00839