肿瘤是严重危害人类健康的疾病之一。尽管现代医学诊断水平不断提高,但肿瘤患者的5年生存率和生活质量的提高仍不太理想,原因之一是缺乏能获得早期肿瘤组织病理生理、生化代谢改变等信息的探测技术。随着影像设备的发展和靶向肿瘤药物的研制开发,利用放射性核素,荧光染料或其它标记物的标记的药物对肿瘤进行显像,在对肿瘤的早期诊断及疗效检测中已显示出其独特优势。与其它分子成像手段相比,光学成像具有高分辨率,高敏感性,低放射性和易用性,在肿瘤的诊断和治疗中的应用研究越来越受到国内外学者的重视,进一步开拓和发展的潜力不可小视。蛋白酶类已经被证明与多种疾病密切相关,其中基质金属蛋白酶家族(Matrix Metalloproteinases,MMPs)由于其对细胞外基质的水解能力而受到广泛关注。MMPs是由细胞分泌的Zn2+依赖的内肽酶家族的总称,它参与细胞外基质的降解并在调控细胞因子、生长因子、激素和细胞粘附分子受体等的合成和分泌中发挥重要作用,MMPs的过表达同肿瘤以及其它疾病的发展之间的因果关系已经在多种动物模型得到证明。膜I型基质金属蛋白酶(MT1-MMP)是MMP家族中的关键成员之一,它在许多生理(如伤口愈合,脂蛋白分化,骨的生长和重塑)和病理(关节炎,肿瘤的血管新生,肿瘤生长,浸润和转移,组织纤维化)条件下都发挥着重要的作用。定性或定量地检测MT1-MMP的表达量有助于深入了解MT1-MMP的生理生化功能,从而达到通过调节改变MT1-MMP而诊断和治疗肿瘤的目的,因此找到一类特异性,敏感性识别MT1-MMP的探针尤为重要。多肽类分子探针具有高亲和力、高特异性、血液清除快和组织穿透能力强等特点,且容易得到能在较短时间内获得高对比度的肿瘤影像,并几乎不存在人体免疫反应。以此为理论基础,在本研究中我们以基质金属蛋白酶为靶点,筛选,优化并在肿瘤小鼠模型应用了多肽类分子探针,探讨多肽类分子探针在识别肿瘤内MMP的能力,从而研究MMP靶向多肽在肿瘤早期诊断中的可行性。首先我们继续了硕士期间利用噬菌体展示技术筛选出来的MT1-MMP亲和多肽研究,经过体外物理方法检测和细胞标记实验验证MT1-MMP亲和多肽的靶向结合能力和体内肿瘤成象实验,我们证实了MT1-MMP亲和肽在检测MT1-MMP阳性肿瘤方面的可行性。然而,我们发现荧光标记的多肽探针常有较高的背景值,为了解决这个问题,我们进一步研究了以MT1-MMP为靶点的可活化探针(activatable probe)。这种探针在未接触到靶分子前处于“淬灭”状态,而只有在与靶分子MT1-MMP结合被水解后才显示出可被检测到的荧光,体外实验和体内成像实验表明,我们设计的MT1-MMP可活化探针具有低背景和高肿瘤特异性的性质。为了进一步增加对靶分子的亲和力和降低探针在体内的背景值,我们以MMP-2和整合素(Integrin)为靶点设计了双靶向的可活化探针。整合素(Integrin)是一类在肿瘤和新生血管中高表达的细胞表面受体,并与MMP结合从而共同作用于某些肿瘤相关的信号通路中。因此,我们将IntegrinαVβ3靶向多肽RGD通过化学偶联方法与MMP可活化探针偶联后,可同时靶向于两类肿瘤相关的标志物。经体外细胞结合实验和体内肿瘤成像实验证明,我们设计的双靶向可活化探针具有更高的细胞亲和力和肿瘤靶向性。综上所述,我们筛选,设计,合成基质金属蛋白酶的靶向多肽探针,在肿瘤内MMP检测以及肿瘤的早期诊断当中取得了初步成功。类似的,我们的筛选,设计和优化多肽探针的方法,具有普遍性和实用性,可以作为其他蛋白酶类多肽探针的开发平台做进一步研究开发。鉴于多肽类分子探针在肿瘤分子影像方面的广阔的应用前景,开发出理想的多肽分子探针对肿瘤及其他疾病的预防,诊断和治疗将意义重大。