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背景与目的:乏氧是恶性肿瘤普遍存在的一个病理生理特征,乏氧可以促进肿瘤侵袭和转移,以及对放化疗等多种治疗更加耐受。肿瘤内乏氧情况的检测一直是重要的研究热点。在核医学领域,尽管开发出的用于乏氧显像的放射性药物有很多,但目前用于临床的只有18F-MISO、123I-IAZA、99mTc-HL91等少数几种,而且受化学结构和生物学特性等影响,它们作为乏氧显像剂也并非十分理想。更新的、药代动力学更优秀的、肿瘤/本底比值更高的放射性药物尚需进一步开发。近年来探测器等硬件和重建算法的改进使核素单光子显像可定量分析的时代也已到来,在不久的将来,利用SPECT/CT一体机完全可能获得分辨率高、组织结构清晰的肿瘤图像,并可能指导放疗勾划乏氧生物靶区。锝(99mTc)具有众多优点,99mTc标记的乏氧放射性药物可与PET正电子药物优势互补。本课题设计合成一种新型5-硝基咪唑-天冬氨酸酰胺衍生物,研究化合物的结构修饰和99mTc标记方法,进行元素分析验证及物理化性质质控的检测,并从分子水平、体外细胞和小鼠移植瘤模型三个层面进行肿瘤乏氧选择性研究,并与当前SPECT乏氧药物中性能优良而又未在国内进行过研究的2-硝基咪唑类代表99mTc-BRU59-21进行对比研究,为开发结构简单、便于制备、性价比高、乏氧选择性好的SPECT新型放射性药物提供依据。方法:设计合成5-硝基咪唑天冬氨酸酰胺衍生物（3-氨基-4-[2-（2-甲基-5-硝基-1H-咪唑基）-乙胺基]-4-氧代-丁酸,代号NASn）和2-硝基咪唑HMPAO衍生物（代号BRU59-21）,用NMR与MS进行验证。探讨并优化了99mTc核素标记方法。用放射性TLC及HPLC对标记物进行质控并检测标记物的体内外稳定性、脂水分配系数、电荷分布、血浆蛋白结合率、异常毒性等一般性质。通过CCK-8法细胞活性检测、Western Blot及RT-PCR检测内源性乏氧标志物HIF-1α确定了A549肺腺癌细胞的最佳乏氧培养时间。通过体外细胞摄取实验、荷A549肺腺癌裸鼠体内生物分布实验,研究上述两种标记物在乏氧细胞和各组织中的聚集情况以及在正常小鼠体内的血液清除情况,比较两种标记物在瘤体积不同的荷A549肺腺癌裸鼠模型体内分布及SPECT断层显像结果的差异。最后通过肿瘤病理组织切片乏氧标志物哌莫硝唑（Pimonidazole,PIMO）和HIF-1α的免疫组化染色与相同瘤组织切片的放射自显影结果两者对比,定性、定量检测上述两种放射性标记物在肿瘤中的分布是否反映肿瘤的乏氧情况。结果:（1）两种配体化合物的NMR与MS分析显示与设计的结构一致,NASn通过两步法99mTc标记形成[99mTcN]-NASn,BRU59-21直接99mTc标记形成99mTc-BRU59-21,优化了NASn的放射性标记条件,两种标记产物放射性化学纯度均>95%。（2）[99mTcN]-NASn、99mTc-BRU59-21均为电中性化合物,其脂水分配系数logP为1.7和1.38,均为亲脂性。在室温、人血白蛋白37℃、小鼠肝匀浆中37℃三种条件下放置4h,标记物的放化纯均无明显下降。两种标记物的血浆蛋白结合率分别为68.8%和50.5%。两种标记物74MBq尾静脉注入实验小鼠并持续观察7天,小鼠全部存活且未见明显不良反应。（3）A549细胞乏氧培养不同时间的存活率比较,差异有显著性（P=0.009）,以乏氧24 h组细胞存活率最高（96.30±2.79）%。正常氧和缺氧条件下将A549细胞培养不同时间（4h?48h）,乏氧状态下培养4h HIF-1a蛋白表达开始增加,到24h达到峰值,48h后其表达有所降低,与常氧条件下的表达有统计学差异（峰值24h 3.69±0.37 vs 1.01±0.04,P=0.000）;在12h HIF-1a mRNA表达开始明显增加,24h表达达到峰值,与常氧条件下的表达有统计学差异（3.27±0.32 vs 1.03±0.28,P=0.000）。体外细胞摄取实验表明:加入标记物后l0min,乏氧体系中A549细胞对标记物的摄取百分数随时间延长而逐渐增高,且均高于相应时相常氧体系中细胞对标记物的摄取百分数。99mTc-NASn摄取的达峰时间在60min,99mTc-BRU59-21的细胞摄取达峰时间在120min,分别为（28.51±2.36）%和（24.34±2.65%）;摄取值都为常氧状态的5倍左右,差异有统计学意义（p<0.05）。（4）血液清除实验表明两种标记物99mTc-NASn、99mTc-BRU59-21在正常小鼠体内的血液清除符合二室代谢模型,消除相半衰期分别为112.47min和61.28min。荷肺腺癌A549裸鼠体内分布数据表明:进入血液后清除较慢,标记物主要经肝肠排泄,还有部分经肾脏排泄。肿瘤摄取随时间延长逐渐升高,NAsn至120min时摄取达峰值（4.57±0.29）%ID/g,瘤体/肌肉摄取比（T/M）为6.80;NAsn的肿瘤绝对摄取值优于BRU-5921,后者于60min时摄取达峰值（2.66±0.22）%ID/g,T/M为3.54。BRU-5921血液清除更快,60min前肿瘤与血液比值（T/B）都高于NASn（3.09±0.88 vs 1.87±0.67）。荷A549腺癌裸鼠SPECT/CT显像与体内分布结果大致类似,统计检验发现0.5cm和1.5cm两种瘤体积的荷A549裸鼠显像对比,同体积肿瘤两种标记物显像的瘤/本底比（T/N）有统计学意义（1.5cm-5.17土0.68 vs 2.45±0.53,0.5cm-4.53土0.55 vs 2.09土0.48,p均<0.005）。对比相同瘤组织切片HIF-1a免疫组化的结果与显像发现瘤体积越大（1.5cm vs 0.5 cm）,HIF-1a表达含量越高（88.23%±4.78%vs 48.62%±3.48%）,显像T/N越高（NASn 5.17土0.68 vs 4.53土0.55;BRU59-21 2.45±0.53vs 2.09土0.48）,表明两种标记物在肿瘤中均有较好的乏氧选择性。（5）这两种核素标记物摄取与免疫组织化学PIMO的染色均具有显著正相关:放射自显影中的肿瘤99mTc-NASn摄取与PIMO阳性的相关性（Pearson相关系r=0.861,P=0.000）;99mTc-BRU59-21摄取与PIMO阳性的关系（r=0.71,P=0.002）。99mTc-NASn和PIMO之间的相关性高于99mTc-BRU59-21和PIMO之间的相关性（χ2=8.38,P=0.001）。结论:[99mTcN]-NASn、99mTc-BRU59-21均为电中性的脂溶性化合物,几无异常毒性,且在体内外条件下稳定性好。体外细胞摄取及荷瘤动物模型SPECT显像、免疫组化及放射性自显影研究表明二者均具有较好的乏氧选择性。[99mTcN]-NASn相对较慢的血液清除模式和结构内两个乏氧还原基团可能使肿瘤摄取与滞留更佳,值得进一步开发为肿瘤乏氧显像的放射性药物。