本发明涉及放射性药物化学及临床核医学，具体地说，涉及一种结合sigma-2(σ2)受体的咪唑并吡啶酮类化合物、其制备方法和应用。
背景技术：
1、sigma(σ)受体是不同于阿片受体的一种新型受体，包括sigma-1(σ1)和sigma-2(σ2)两种亚型。2017年，σ2受体被鉴定为位于内质网的跨膜蛋白97(tmem97)。σ2受体/tmem97是脂质和胆固醇代谢的调节基因，在肿瘤增殖期细胞中的表达是静息期的8-10倍，是肿瘤增殖的生物标志物。因此，σ2受体/tmem97是与脂质和胆固醇代谢相关的反映肿瘤细胞增殖状态的靶点。靶向σ2受体/tmem97的正电子发射计算机断层显像(pet显像)有助于实现癌症的早期诊断、协助临床制定治疗方案和评估病人治疗疗效及预后情况。
2、结直肠癌(colorectal cancer,crc)是最常见的消化系统恶性肿瘤，其发病率占所有癌症的10.2％，是癌症死亡的第二常见的病因。疾病向远处器官的播散被认为是引起crc患者死亡的主要原因，约20％的crc患者在确诊时发现转移灶，其中肺转移灶占10％～15％，是crc第二常见的转移部位，仅次于肝脏，同时也是腹膜外最常见的转移部位。肺转移常提示患者病情已到了晚期，预后差，总生存期短。针对发生肺转移的肿瘤患者，及时有效地延缓并终止转移灶进程将明显提升患者的生存期。
3、虽然近年来肿瘤的药物治疗飞速发展，但手术治疗是结直肠癌患者目前获得长期生存的唯一途径。而转移性结直肠癌患者与非转移性结直肠癌患者的治疗策略完全不同，对于有远处转移的结直肠癌患者的手术适应症应严格把握，尤其是转移灶处在快速增殖期。covid-19后，肺结节检出率较前明显升高，对于结直肠癌患者，判断其肺结节是否为肿瘤转移以及这些转移灶的增殖情况对患者的治疗策略起到决定性作用。尽管病理诊断是确定肺转移的金标准，但其具有一定创伤性，同时，对于心脏周围的转移灶取材风险较大。[18f]fdg显像是目前临床应用最广的判断肺转移的无创手段，但由于心脏对造影剂摄取较高，使得心脏对其周围的病灶存在一定的“遮蔽”效应，同时葡萄糖摄取能力不能完全代表肿瘤的增殖活性。鉴于σ2受体/tmem97是调控胆固醇稳态、反映肿瘤增殖状态的生物标志物，利用σ2受体/tmem97肿瘤显像剂对结直肠癌患者进行活体显像，有助于区分转移性结直肠癌患者与非转移性结直肠癌患者，判断结直肠癌患者肺结节是否为肿瘤转移以及这些转移灶的增殖情况，决定患者的治疗策略。因此，设计研发σ2受体/tmem97肿瘤显像剂，将为实现肿瘤增殖状态的可视化提供高效的工具。
4、一直以来，σ2受体/tmem97在肿瘤研究领域都非常活跃，其放射性核素(特别是99mtc和18f)标记的σ2受体配体常用于肿瘤显像研究。尽管有多种σ2受体放射性配体用于肿瘤显像报道，如pet显像剂[11c]rhm-1、[18f]iso-1和[18f]rhm-4，以及spect显像剂[123i]rhm-4。但目前只有pet显像剂[18f]iso-1进入了i期临床试验阶段，用于多项肿瘤研究(如乳腺癌、淋巴瘤和头颈癌)。尽管[18f]iso-1进入了人体试验研究，但该探针还存在一些不足，如与σ2受体/tmem97的亲和性和特异性不高，对σ1受体的亚型选择性较差，以及脂溶性相对较高(logd7.4＝3.06)所导致的组织非靶摄取较高，干扰肿瘤阳性信号的判断等。
5、研究表明，低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，ldl)在动脉血管壁的沉积和氧化是斑块形成的始动因素之一。σ2受体/tmem97是胆固醇的调节基因，σ2受体/tmem97、孕酮受体膜组分1(pgrmc1)和低密度脂蛋白受体(ldlr)形成三元复合物，介导低密度脂蛋白的吸收。因此，σ2受体/tmem97是识别快速进展的易损斑块的理想靶点。利用获得的性质优异的分子探针，在体、定量可视化斑块形成及进展过程中σ2受体/tmem97的表达水平，深入探索动脉粥样硬化斑块模型中σ2受体/tmem97表达的时空变化规律，以及σ2受体/tmem97在斑块形成及发展中的关键作用。
6、因此，开发具有高亲和性、高选择性的σ2受体/tmem97分子探针，可为肿瘤增殖状态可视化和动脉粥样硬化斑块显像提供灵敏的工具。
7、放射性核素18f具有适宜的半衰期(t1/2＝109.8min)、制备方便、可用于pet无创显像以及数据可以定量分析等优良性质。因此，研究具有适宜亲和性、高选择性，且在生物体内代谢性质优良的18f标记的特异性σ2受体/tmem97pet显像剂，对肿瘤增殖状态可视化研究具有重要的临床应用前景。
技术实现思路
1、针对现有σ2受体/tmem97分子探针存在的问题，本发明提供一种可结合σ2受体/tmem97的咪唑并吡啶酮类化合物及其制备方法与应用。该化合物对于σ2受体/tmem97具有纳摩尔数量级亲和性、高亚型选择性和特异性，可应用于肿瘤增殖状态的pet显像，具有广阔的临床应用前景。
2、第一方面，本发明所述的可结合σ2受体/tmem97的咪唑并吡啶酮类化合物，其具有通式(i)所示结构：
3、
4、式中：
5、r为f或18f。
6、优选地，当r为18f时，所述化合物可用于显像。
7、第二方面，本发明进一步提供上述化合物的制备方法。
8、当通式(i)中r为f或18f时，对应的化合物通过下述合成途径制得：
9、
10、上述合成途径对应的制备步骤如下：
11、(a)在溶剂四氢呋喃中，化合物1(2-氨基-3-硝基-6-甲氧基吡啶)与二碳酸二叔丁酯在4-二甲氨基吡啶作用下反应，随后加入碳酸钾和甲醇，得到化合物2；反应温度为55-65℃；
12、(b)在溶剂甲醇中，化合物2与10％钯碳在氢气环境下反应，得到化合物3；反应温度为50℃；
13、(c)在溶剂四氢呋喃中，化合物3与n,n’-羰基二咪唑在三乙胺作用下反应，得到化合物4；
14、(d)在溶剂n,n-二甲基甲酰胺中，化合物4与1,4-二溴丁烷在碳酸钾、四丁基碘化铵作用下反应，得到化合物5；反应温度为60℃；
15、(e)在溶剂乙腈中，化合物5与5,6-二甲氧基异吲哚啉在碳酸钾、三乙胺作用下反应，得到化合物6；
16、(f)在溶剂二氯甲烷中，化合物6与三氟乙酸室温反应，得到化合物7；
17、(g)在溶剂n,n-二甲基甲酰胺中，化合物7与1-溴-2-氟乙烷在碳酸钾、四丁基碘化铵作用下反应，得到化合物8；反应温度为65℃；
18、(h)在溶剂n,n-二甲基甲酰胺中，化合物7与(2-溴乙氧基)-叔丁基二甲基硅烷在碳酸钾、四丁基碘化铵作用下反应，得到化合物9；反应温度为60℃；
19、(i)在溶剂甲醇中，化合物9与4mol/l盐酸甲醇在室温下反应，得到化合物10；
20、(j)在溶剂二氯甲烷中，化合物10与对甲苯磺酰氯在三乙胺、4-二甲氨基吡啶作用下室温反应，得到化合物11；对甲苯磺酰氯于0℃条件下加入；
21、(k)密封条件下，在溶剂乙腈中，化合物11与4,7,13,16,21,24-六氧-1,10-二氮双环[8.8.8]二十六烷(k2.2.2)在碳酸钾作用下反应，得到18f标记的咪唑并吡啶酮类σ2受体/tmem97化合物[18f]8。
22、上述各步骤具体条件如下：
23、各步骤的反应试剂与条件如下：
24、(a)二碳酸二叔丁酯，4-二甲氨基吡啶，四氢呋喃，65℃反应1小时；冷却后加入碳酸钾、甲醇，55℃反应2小时；
25、(b)10％钯碳，氢气，甲醇，50℃，反应12小时；
26、(c)n,n’-羰基二咪唑，三乙胺，四氢呋喃，50℃反应2小时；
27、(d)1,4-二溴丁烷，碳酸钾，四丁基碘化铵，n,n-二甲基甲酰胺，60℃反应2小时；
28、(e)5,6-二甲氧基异吲哚啉，碳酸钾，三乙胺，乙腈，加热回流12小时；
29、(f)三氟乙酸，二氯甲烷，室温反应12小时；
30、(g)1-溴-2-氟乙烷，碳酸钾，四丁基碘化铵，n,n-二甲基甲酰胺，65℃反应12小时；
31、(h)(2-溴乙氧基)-叔丁基二甲基硅烷，碳酸钾，四丁基碘化铵，n,n-二甲基甲酰胺，60℃反应2小时；
32、(i)4mol/l盐酸甲醇，甲醇，室温反应30分钟；
33、(j)对甲苯磺酰氯，三乙胺，4-二甲氨基吡啶，二氯甲烷，0℃加料，室温反应12小时；
34、(k)4,7,13,16,21,24-六氧-1，10-二氮双环[8.8.8]二十六烷(k2.2.2)，碳酸钾，乙腈，100℃，反应8分钟。
35、作为具体实施方式之一，当通式(i)中r为18f时，上述步骤(k)具体包括如下步骤：
36、s1.分别用nahco3(10％)10ml，h2o 10ml，乙醇10ml活化qma柱，用于捕获氟离子。
37、s2.用配制的1ml k2.2.2/k2co3洗脱液将[18f]f-从qma柱上洗脱到反应瓶中。在n2条件下110℃加热除水，再用无水乙腈干燥3次。
38、s3.待除水完成，将反应瓶密封，将标记前体2mg左右溶于0.5ml无水ch3cn中，用注射器转移至含有[18f]f-/k2.2.2复合物的反应瓶中充分混合，在100℃条件下加热8min，即得。
39、其中，s2中所述[18f]f-/k2.2.2复合物为含有13mg 4,7,13,16,21,24-六氧-1,10-二氮双环[8.8.8]二十六烷和1.1mg碳酸钾的k+[18f]f-混合物，放射性活度10-1000mci。
40、在本方案中，用hplc对所得到的反应产物进行分离纯化，作为优选，hplc条件如下：hplc半制备柱(reprosil-pur basic-c18 column，250mm×10mm，5μm)流动相优选50％的乙腈水溶液，含0.1％三乙胺，流速为4ml/min。
41、在本方案中，用hplc对所得到的反应产物进行产品鉴定，作为优选，hplc条件如下：分析色谱柱(agela venusil mp c18 column，250mm×4.6mm，5μm)，hplc分析流动相优选50％的乙腈水溶液，含0.1％三乙胺，流速为1ml/min。
42、在上述条件下，可获得放射化学纯度大于99％的产品。
43、第三方面，本发明进一步提供一种靶向σ2受体/tmem97配体，其含有上述通式(i)所示的化合物。
44、第四方面，本发明还提供一种用于结合σ2受体/tmem97的分子探针，含有所述通式(i)中r为18f时对应的化合物。
45、第五方面，本发明进一步提供一种靶向σ2受体/tmem97的肿瘤显像剂，含有所述通式(i)中r为18f时对应的化合物。
46、第六方面，本发明进一步提供上述用于结合σ2受体/tmem97的分子探针、靶向σ2受体/tmem97的肿瘤显像剂在正电子发射计算机断层显像剂中的应用，或在制备针对癌症病人诊断、分期或疗效评估的产品中的应用。
47、本发明的有益效果如下：
48、本发明提供的咪唑并吡啶酮类σ2受体/tmem97化合物对于σ2受体/tmem97具有纳摩尔数量级亲和性、高亚型选择性和特异性。当式(i)化合物中r基团为18f时，经过18f对-ots取代的标记前体进行亲核取代制备相应的示踪剂，具有较高的放射化学产率与放射化学纯度，具备优良生物学性质，可应用于肿瘤增殖状态的pet显像，具有广阔的临床应用前景。
1.一种结合σ2受体/tmem97的化合物，其特征在于，具有通式(i)所示结构：
2.权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于，当通式(i)中r为f或18f时，对应的化合物通过下述合成途径制得：
3.一种靶向σ2受体/tmem97配体，其特征在于，含有权利要求1所述通式(i)所示的化合物。
4.一种用于结合σ2受体/tmem97的分子探针，其特征在于，含有权利要求1所述通式(i)中r为18f时对应的化合物。
5.一种靶向σ2受体/tmem97的肿瘤显像剂，其特征在于，含有所述通式(i)中r为18f时对应的化合物。
6.权利要求5所述用于结合σ2受体/tmem97的分子探针在正电子发射断层显像剂中的应用。
7.权利要求5所述用于结合σ2受体/tmem97的分子探针在制备针对癌症病人诊断、分期或疗效评估的产品中的应用。
8.权利要求6所述靶向σ2受体/tmem97的肿瘤显像剂在正电子发射断层显像剂中的应用。
9.权利要求6所述靶向σ2受体/tmem97的肿瘤显像剂在制备针对癌症病人诊断、分期或疗效评估的产品中的应用。
10.权利要求6所述靶向σ2受体/tmem97的显像剂在制备针对动脉粥样硬化病人诊断、分期或疗效评估的产品中的应用。
