第三章核素标记化合物

第四章核素标记化合物

第一节概述

一、标记化合物的概念

凡是分子中某一原子或某些原子（或基团）被放射性核素或稳定核素所取代，而成为一类易被识别的化合物，则称之为核素标记化合物（以下简称标记化合物）。如 CH3·14COOH 是放射性14C的标记化合物；CH3·13COOH则是稳定核素13C的标记化合物。其中14C和13C均为标记原子。本章侧重介绍放射性标记化合物（radionuclide labeled compound）,仅在第三节中对稳定核素标记化合物和其他标记化合物作扼要说明。

二、常用的术语及标记化合物的命名

(一) 标记化合物的分类

按照取代原子与被取代原子的关系，可把放射性标记化合物分为两类：

1．同位素标记化合物（isotopic labeled compound）

化合物中某元素的稳定同位素原子被同一元素的放射性同位素或稳定同位素原子取代，称为同位素标记化合物，取代前后的化合物，在理化性质上完全相同（同位素效应除外），这类标记称为同位素标记（isotopic labeling）。如葡萄糖分子中的C、H分别被14C、3H取代，二氧化碳中的碳被14C或13C取代，都得到同位素标记化合物。

2. 非同位素标记化合物（nonisotopic labeled compound）

该类标记化合物是用化学性质相似或根本不同的放射性核素取代原化合物中所含的某元素的稳定核素原子, 这种标记称非同位素标记（nonisotopic labeling）。此类标记化合物即非同位素标记化合物，如125I-IgG（免疫球蛋白）。非同位素标记亦称非理想标记，得到的标记化合物在理化和生化性能上与原化合物有一定的差异，但严格控制质量，仍能在医学中得到广泛应用。

标记化合物也可按标记核素是放射性核素还是稳定核素分成放射性核素标记化合物和稳定核素标记化合物，统称为核素标记化合物。

(二) 标记化合物的命名及常用术语

1．标记化合物的命名

对放射性标记化合物的命名尚缺少统一法则。一般情况下，有机标记化合物的命名，通常先指出标记位置，再列出标记核素，最后是化合物的名称，如 l-14C-醋酸。必要时，可在核素符号的右下角注明分子内标记原子的数目，如 DL-苯丙氨酸-[环2H3，α-2H3]。无机标记化合物命名，通常在化合物的前面注明放射性核素，也可把标记核素直接写在分子式内，如125I-碘化钠或Na125I）。

2．常用术语

标记分子的具体情况常用下列术语或符号来说明：

(l）定位标记（specific labeling）即分子中的标记原子限定在指定的位置上。常用“S”表示，如1-14C（S）-乙酸或1-14C-乙酸。表示1位碳原子被14C标记。

(2)准定位标记（nominal labeling）在3H标记中，理论上应获得预期的定位标记分子，实际上，3H在预期位置上的分布，有时低于化合物中3H总量的95％，或百分比值不详。此类标记称准定位标记，用“n”表示。是一种名义上的定位标记。

(3)均匀标记（uniform labeling）是一种非定位标记（non-specific labeling），指整个分子中的某元素所有的原子均被放射性核素取代，或是放射性原子在分子中均匀地分布或者是达到统计学上的均一性。用“U”表示，如[U-14C]-乙酸。

(4)全标记（general labeling）是非定位标记，指分子内所有相同的氢原子都可被3H取代，机遇各不相同。不具有统计学上的均一性。用“G”表示，如[G-14C]-乙酸。

(5)双标记或多标记（double labeling or multiple labeling）指在标记化合物内引入两种或两种以上的元素的同位素，或引入一种元素的两种或两种以上的同位素原子，如15NH214CHCOOH。生物医学示踪研究中，有时将一种化合物的两种或两种以上单标记物混合起来应用，通常也称为双标记或多标记物。

第二节制备标记化合物的基本技术

一、放射性核素的选择及标记要求

由于放射性核素有其自身的特点，因此选择核素时应注意：（1）有合适的核性质。例如发射γ射线的核素容易测量，往往成为制备标记化合物的首选；半衰期不能太短，以便完成制备和实验；但是太长的寿命给处理放射性废物带来诸多麻烦,以及比活度偏低，不易测量。（2）得到的产物应与被示踪化合物性质尽量接近，以便得到可信的实验结果和结论。（3）标记方便，得到的化合物稳定。

放射性标记化合物在标记时也有一些特殊的要求：（1）标记时应充分利用放射性核素，标记率应尽量高，未标记的核素应注意回收利用。（2）放射性核素标记是一种微量化学过程，需用微量或超微量方法进行标记、纯化和鉴定。标记时应尽量减少放射性核素的稀释，避免加入不必要的载体。（3）选择标记方法时，最好用同位素标记；如使用非同位素标记，则标记核素的位置应以不影响整个标记分子的特定功能为佳；各种放射性核素的化学状态不同，标记方法也有差别。（4）标记过程应简单、快速；最好在标记的最后阶段加入放射性核素，以减少损失和污染；有条件时，在标记前作冷实验，以取得经验。

二、标记方法

制备放射性标记化合物的常用方法归纳如下：

（一）化学合成标记法（chemical synthesis）

此方法是通过化学反应将放射性核素引入化合物中。换言之，就是将放射性核素的初始原料，通过选定的工艺步骤，合成所需要的标记化合物。此法可定位标记，但合成

步骤较多。14C，3H标记化合物常用此法进行合成标记。

(二) 同位素交换标记法（isotope exchange）

一般系指两种不同分子之间同一元素的同位素相互替代的过程，利用这个交换过程直接把某种特定的放射性核素引入化合物中。该方法操作快速、简便。在放射性核素半衰期短、化学合成步骤多的情况下，该方法的实用意义更大。适用于大量有机化合物或天然产物的3H标记，是制备3H标记化合物的重要方法。

(三) 生物合成标记法（biosynthesis）

该方法是利用酶、微生物、动植物的生理代谢过程，引入放射性核素合成有机化合物。特别是对目前尚不能用人工方法合成的物质，如某些激素、蛋白质、抗生素、核酸、维生素等，生物合成法则成为其惟一的制备方法。在酶的催化下，该方法合成的标记化合物大都是具有旋光性的异构体，产物不必经过分离。用微生物或动植物进行生物合成的缺点是产额低，标记位置不易控制，易造成污染。

此外，还有加速离子和热原子反冲标记法。实际上，这种反冲标记法与中子活化标记、辐射诱发激活标记一样、都属于辐射合成标记法。一般它们多用于化合物的3H标记，如甾族化合物、激素和维生素的3H标记。

三、常用的标记化合物及其制备

常用的标记化合物通常指3H、14C和放射性碘标记的化合物，目前碘标记化合物用得比较多。

（一）放射性碳的标记化合物

碳是构成生命物质的基本元素。在碳的放射性同位素中，生物医学中用得最多的是14C 和11C。14C由反应堆生产，半衰期为5，730年,只发射β- 粒子（0.159 MeV），用液闪测量很方便，外照射较弱，易防护。用于自显影时，影像清晰。半衰期长，能保证连续实验，又不需要进行放射性衰变校正。理论上，14C标记化合物的放射性比活度可高达2.3088 TBq ／g，丰度可达100％（商品达80％以上）。与3H相比，14C标记化合物辐射自分解速度低。由于构成物质的C－C键比较牢固，标记化合物中的14C原子也比较稳定，所以在生物示踪研究中很有用。

11C标记化合物用于核医学诊断，由加速器生产，它发射β+ 射线，半衰期为20.1 min，需要用快速标记和分离方法制备相应的化合物。由于11C的良好核性质，因此它的化合物，如11C-蛋氨酸、11C-甲基螺环哌啶酮等是PET（proton emission tomography，正电子发射断层术）显像中所用的主要放射性药物之一。

放射性碳的标记常从最简单的化合物（如11CO2或Ba14CO3）开始，然后逐步合成得到所需的产品，可定位标记，纯化方便，放射性比活度高。14C标记化合物的制备方法，基本上分为化学合成法、生物合成法和辐射合成法3类。14C标记化合物制备工艺复杂，要求设备条件高和防护措施全。一般放射性实验室从事14C标记有一定的困难。11C的标记通常用全自动装置，在几分钟内可得到所需的产品。

(二) 3H标记化合物