第四讲 放射性同位素标记物

一、同位素交换法：同位素交换是利用一种元素的 二种同位素(如x与xo)在二种不同化学状态中(如Ax与 Bx。)的互相交换来制备放射性标记化合物，即：
优点：方法较为简便．不需制备前体，无复杂的合成步
骤，待标记的化合物用量少(一般为mg级)，更适用淤 标记稀有昂贵的复杂有机化合物，如反应条件选择适当， 也可获得较高放射性活度与比活度，放射性核素利用率 也可以很高。
125I广泛用于制备分析试剂，如放射竞争分析用 的标记蛋白。125I具有二个重要优点：
一是半率期允许标记化合物的商品化及贮存应用 一段时间；
二是它只发射28keV能量的X射线和35keV能量 的γ射线，而无β粒子，因而辐射自分解少，标 记化合物有足够的稳定性。
通过氧化剂使碘化物(125I-)氧化成的碘分子(125I2) 与蛋白质分子中的酪氨酸残基发生碘化作用(一 般是生成一碘酪氨酸，一碘化后，其反应性就大 大降低)。所以只要含有酪氨酸的化合物或人为 地接上酪氨酸基团的化合物都可用放射性碘标 记．蛋白质分子中除酪氨酸外，还有组氨酸和色 氨酸残基，有时也可生成碘化物，但它们的反应 性远不及酪氨酸。
影响蛋白质碘化效率的因素，主要决定于蛋白质 分子中酪氨酸残基的数量及它们在分子中暴露的 程度；另一方面，碘化物的用量、反应条件(pH、 温度、反应时间等)及所用氧化剂的性质等也有 影响．
标记方法
(1)氯胺－T法：氯胺－T(Chloramine-T)是一种 温和的氧化剂，它的化学名称是：N—氯代对甲 苯磺酰胺钠盐。在水溶液中，产生次氯酸，可使 碘阴离子氧化成碘分子，反应式如下：
酶促合成是近年来很受注意的一种标记技术，对制备一些生物活 性物质的定位标记物有一定发展前途，产品比活度也可较高，前 提是必须有特异性高的酶制剂和高比活度的底物。
放射性碘标记化合物的制备
在实验核医学及临床核医学中，放射性碘标记化 合物的应用是较早而很广泛的．碘的同位素有 29种，其中23种是放射性同位素，它们具有很 不相同的物理性质，可供不同需要时选用。
全标记则既非均匀标记，又非定位标记，如用同位素交 换法制备氚标记化合物，往往标记物分子中所有氢原子 都可被取代，但几率各不相同，则用符号G来表示，如 G－3H－胆固醇(或3H－胆固醇(G)）．
非定位标记化合物不能用于观察分子上特定基团或原子 的去向，而只是代表整个分子的代谢、分布等状况。非 定位标记可以得到较高的比活度．因为在一个分子中， 可能存在几个标记原子，且制备方法的选用面也较宽．
非定位标记(Non—specific labeling)：又可分为均匀标记 (Uniform labeling)和全标记(General labeling)．
均匀标记是指放射性原子均匀地分布淤分子中，如用 14C02通过植物光合作用制得的14C－葡萄糖，其分子中 六个碳原子从统计学上看，被均匀地标记上14C，故可 写成14C－萄萄糖(u)，或u-14C－葡萄糖．
如果采用并非原化合物所含元素的放射性核素进行标记， 则称为非同位素标记 (Nonisotopic labeling)。如蛋 白质用131I或125I标记．所得标记物与原来化合物不完全 相同，在体内的生理、生化反应也可能不同，非同位素 标记物，只有严格控制标记方法，使其生物学行为改变 不大时，才可用作某特定物质的示踪剂．
应用放射性核素对化合物进行标记时应注 意的一些问题
应用放射性核素对化合物进行标记，所得放射性标记化 合物，具有与一般化合物不同的特殊性质，需要加以注 意，其要点归纳如下：
一、放射性核素的选择：选用放射性核素时，除考虑适 宜的半衰期、射线类型和能量等物理特性外，还需考虑 最好选用化合物中原有元素的同位素来标记，即同位素 标记(Isotopic Labeling)．所得标记化合物的物理、化学性 质(包括分子型、旋光性等)，可与原化合物基本相同．
双标记及多标记(Double labeling and
multiple labeling)：是指在化合物分子的不
同部位，引入一种或二种以上元素的同位 素原子或引入一种元素的两种或两种以上 同位素原子。
它们在示踪应用时，可在同一机体或离体 组织中同时观察两个指标，不仅减少工作 量，还可排除和减少由淤个体差异所引起 的实验误差．在研究化合物的不同代谢物 在代谢中的相互关系、动力学过程以及生 物反应机制等问题中，双(多）标记示踪剂 能解决一般示踪实验不易解决的问题。二、化Biblioteka 合成法：化学合成制备标记化合物最主要的
方法，此法基于化学合成反应的原理，利用简单的放射 性化合物作原料来制备所需的标记化合物．原则上凡能 用化学合成法合成的化合物，均可用化学合成法制备标 记化合物，其机理和方法与一般化合物合成没有本质区 别。然而，毕竟制备的是放射性核素标记物，且在标记 位置、活度、放化纯度等方面有特殊要求，因而与普通 化学合成又有许多不同处． 首先，在选用原料方面，制备标记化合物的起始原料大 多只能用简单的无机物 ； 其次，在选择合成路线时，要根据所需要的标记位置专 门设计，力求使标记原子在分子中较稳定的位置或特定 的位置上，并需考虑如何使放射性得率最高 ； 另外，制备高比活度的标记化合物，需采用微量合成及 分离纯化技术，一般需设计专门的微量合成装置，尽量 采用低温、真空技术和避免高温、高压等剧烈反应，以 减少放射性沾污 。
化学合成法一般都应用非标记物进 行充分的预试验(常称冷试验)，以 选定最合适的制备路线及反应条件。 本法能获得高比活度、高纯度而又 是定位标记的标记化合物，这是其 他制备方法所不能同时达到的，因 此它是制备标记化合物的最主要方 法。
三、生物合成法：是利用生物(动植物或微生物)的生理代谢或
酶的生物活性，将简单的放射性物质在体内或体外转化成所需的 放射性标记物．生物合成法又可分为“全生物合成”和“酶促合 成”二类。前者常使用完整生物或某一器官的生理代谢进行生物 合成标记，后者则利用生物组织中某种特定的酶，促进合成反应。 以上二者，都是对某些放射性标记物，特别是一些构造复杂、化 学合成难以制备或目前尚不可能制备的有机化合物进行标记的有 用手段．
第四讲 放射性同位素 标记化合物
概述
放射性核素标记化合物(Radionuclide
Labelled Compounds)是化合物分子中某一原子 或某些原子被放射性核素原子所取代的化合物。 放射性核素标记化合物被广泛用于医学、生物科 学研究中，是进行机体微量物质测定和示踪研究 最重要的分析试剂和示踪剂．随着应用领域的不 断深入和扩大，对放射性核素标记化合物的数量 和质量要求也愈益增高，从而也促进了放射性核 素标记技术的发展。
优点：标记产品具有生物体内原有的旋光性，特别适合作生物示 踪应用，可制备一些构造复杂、化学合成难以完成或目前尚不可 能制备的有机物，如某些蛋白质、多糖、核酸、激素、生物碱及 苷类等。
全生物合成的缺点是：生成物复杂，需经过较多的分离纯化手续， 放射性原料的利用率往往较低；除非所用原料的结构已接近生成 物，否则很难标记在某一特定位置上。
一般来说，放射性原子应标记在分子中牢固的、 不易脱落的位置，对淤14C、35S．13N、32P等放 射性核素，标记物位置都比较稳固，而3H在分 子中往往不稳定，即使与碳原子相连的氚，由于 邻近基团等影响，与水的交换率可以很明显，如 苯环上与羧基处于邻位或对位的氚原子及碳基α 碳上的氚原子都不稳定。
三、比活度：是放射性标记化台物的一个重要参 数，通常以每毫克分子所含放射性活度，即 MBq或GBq(mCi或Ci)／mmol来表示。需根据 使用要求和实验条件，合理确定标记化合物的比 活度。
对比活度的要求因使用目的而异。一般用于竞争 结合分析法测定微量物质时要求比活度高，以提 高分析方法的灵敏度。作为示踪剂用于观察某些 物质的体内过程时，则要求尽量接近生理状态下 的用量而同时具有可测量的放射性活度。
在发现人工核反应前，放射性核素都是从天然放 射性铀钍矿物中分离提取，由于品种不多，且特 性不适于医用，故应用有限。自从发现人工核反 应及加速器和反应堆问世以后，人们才有可能生 产许多品种的放射性核素。
目前，医用放射性核素主要通过人工核反应，从
反应堆和加速器中生产．据统计，全世界所生
产的放射性核素中，约有80％一90％用于医学。 不论用反应堆还是加速器所生产的放射性核素， 都必须经过必要的分离、纯化等放射化学处理， 经鉴定放射核纯度合格，并测定比活度后，才能 供使用．
二、标记位置及命名
命名：标记化合物的命名，通常先指出标记部位，再指 出标记核素，最后列出化合物名称，三部分中以二个短 横相联接，如1－14C－醋酸．
标记位置 ：由于使用放射性标记化合物的目的不同， 对放射性原子在该化合物中的标记位置也有不同的要求， 应正确选用并采用合适的制备方法。
定位标记(Specfic labeling)：在研究某些代谢物质的转化途 径或反应机制一类问题时，需要追踪分子中某个基团或 某个位置上原子的去向，应将95％以上的放射性原子特 定地标记在该基团或该位置上。如1－14C－醋酸、或2 －14C－醋酸，前者表示14C标记在醋酸的羧基碳上， CH314COOH，而后者则标记在甲基碳上， 14CH3COOH．二者所能示踪的基团不同，制备二者的 合成路线也完全不同。
放射性示踪实验，是以测量放射性的踪迹来显示 该物质的行踪的，如果示踪剂中含有放射数杂质， 就会使实验结果紊乱，甚至失败。
放射性杂质不仅可以从原料及制备过程中引入， 而且也会随着标记物贮存时间的延长而逐渐产生。 因此不仅制备标记化合物时得要进行纯化分离， 而且在贮存过程中仍要密切监测它的放射化学纯 度，特别是高比活度的氚标记化合物。
缺点：化合物的中心原子不易用交换法标记，所以用交
换法制备标记化合物，最常用的放射性核素是氚和放射 性碘，而14C标记化合物由于反应条件要求高，就不易 用此法制备。另一方面，如果在通常条件下，即不加温、 不用特别的pH或不用催化剂等，就能交换的系统，亦 不能用于制备标记化合物，因为这样的标记物，在一般 生理条件下，标记原子亦易交换下来．另外，如一个分 子中有几个位置可以交换时，则标记位置不易有专一 性．同样，原料如含有杂质，且也含可交换位置．就会 形成放射性杂质，故应特别注意同位京素交换反应中待 标记物的纯度．