成纤维细胞活化蛋白（Fibroblast Activation Protein， FAP），作为一种在超过90%的上皮性恶性肿瘤的癌症相关成纤维细胞（Cancer-Associated Fibroblasts， CAFs）中过度表达的丝氨酸蛋白酶，已成为诊疗一体化放射药物极具前景的泛癌靶点。然而，单体FAP抑制剂（FAPIs）尽管在诊断成像上表现出色，但其快速的体内清除限制了其治疗疗效。为了克服这一限制，多价化策略——特别是二聚体和异源二聚体构建体——应运而生，旨在通过增强结合亲合力和延长肿瘤滞留时间来提升探针性能。
分子设计与化学合成
多价效应是FAPI多聚体设计的核心原理。当多个靶向配体连接在同一个支架上时，它们可以协同结合多个相邻的受体，从而产生远高于单个结合事件总和的表观结合亲合力（亲合力）。基于FAPI-46支架构建的二聚体探针如DOTA-2P(FAPI)2，在肝细胞癌患者来源异种移植（PDX）模型中，其肿瘤摄取和滞留时间显著优于单体FAPI-46。更高价态的多聚体如FAPI四聚体DOTA-4P(FAPI)4，在临床前模型中展现出更高的肿瘤摄取和更长的滞留，进一步证实了增加价数可增强肿瘤积累和治疗潜力。
连接体化学是优化探针性能的关键“分子调谐器”。连接体的长度、柔韧性、化学性质和可裂解性深刻影响着探针的空间构象、靶标亲和力、代谢稳定性、药代动力学和生物分布。例如，使用聚乙二醇（PEG）连接体可以调节清除途径，延长循环时间；而可裂解连接体（如酶响应或氧化还原响应型）则能利用肿瘤微环境（Tumor Microenvironment， TME）的生理特性，实现“前药”策略，调控探针行为。此外，连接体的亲疏水性决定了探针的排泄途径，亲水性探针倾向于肾脏排泄，而疏水性探针则通过肝胆系统排泄，设计时需要平衡快速血液清除与可接受的器官摄取。
螯合剂的选择和放射性核素配对对于诊疗一体化至关重要。常见的螯合剂如DOTA、NOTA等，能够与多种诊断性（如68Ga、64Cu）和治疗性（如177Lu、225Ac）放射性核素形成稳定复合物。真正的诊疗一体化依赖于使用化学性质相同或高度相似的载体，匹配成对的放射性核素（如68Ga用于正电子发射断层扫描（PET）诊断，177Lu用于放射配体治疗（Radioligand Therapy， RLT））。二聚化实现的肿瘤滞留时间延长，与治疗性核素（如177Lu）的物理半衰期更好匹配，为有效辐射剂量递送奠定了基础。
常见的FAPI多聚体结构类型
同源二聚体是研究较早且广泛的多聚体类型，其特征是两个相同的FAPI药效团通过连接体连接到一个中心螯合剂上。这种对称设计充分利用了针对FAP的多价效应，具有改善的血浆稳定性、增强的肿瘤结合亲合力、更高的肿瘤背景比和提升的诊断灵敏度等优势。DOTA-2P(FAPI)2就是一个典型例子。
异源二聚体则代表了更创新的设计思路，它将一个FAPI配体与另一个靶向不同互补受体的配体（如整合素αvβ3或前列腺特异性膜抗原（Prostate-Specific Membrane Antigen， PSMA））连接起来。这种策略在保留多价优势的同时，通过靶向两个不同的生物通路（通常是基质FAP成分和肿瘤细胞特异性抗原），有效应对肿瘤异质性，从而显著提高整体诊断灵敏度和治疗覆盖范围。突出的例子包括：
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FAPI-RGD：靶向CAFs上的FAP和肿瘤新生血管及部分癌细胞上的整合素αvβ3。
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FAPI-PSMA（如68Ga-PSFA-01）：靶向前列腺癌细胞上的PSMA和周围反应性基质中的FAP。
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SSTR2-FAP（如68Ga-FAPI-LM3）：靶向神经内分泌肿瘤细胞上的生长抑素受体亚型2（Somatostatin Receptor Subtype 2， SSTR2）和相关成纤维细胞上的FAP。
临床前评估
体外结合研究一致证实了二聚体探针增强的亲合力。在FAP表达的CAFs中，68Ga-DOTA-2P(FAPI)2的摄取量大约是单体68Ga-FAPI-46的两倍。尽管竞争性结合实验在单个结合位点水平可能显示出相似的内在亲和力，但二聚体在细胞环境中表现出更优越的功能性亲合力。重要的是，外排实验揭示了多价结合的细胞内后果：例如，177Lu-BiOncoFAP显示出比其单体形式更长的细胞内半衰期，直接将增强的滞留与多价结合和内化联系起来。
体内生物分布和成像研究在不同异种移植模型中一致显示，二聚化能显著增加肿瘤摄取并延长滞留时间。然而，优化至关重要，因为结构修饰可能改变非靶器官的药代动力学。一些二聚体显示出升高且持久的肾脏活性，这是RLT潜在肾毒性的主要关注点。而像68Ga-FAPI-LM3这样的探针则展示了优化的清除谱和高肿瘤背景对比度。这些发现强调，未来的研究必须专注于微调化学结构，以平衡高肿瘤滞留和低健康组织暴露。
成像研究直观地证实了这些优势。例如，在临床前模型中，双重靶向异源二聚体放射性示踪剂68Ga-FAPI-RGD的微PET/CT成像显示，在所有时间点，其肿瘤可视化和肿瘤背景比均优于单一靶标的单体68Ga-RGDfK和68Ga-FAPI-02。
FAPI二聚体延长的肿瘤滞留时间直接转化为临床前RLT模型中增强的治疗潜力。研究表明，单剂量177Lu-BiOncoFAP能剂量依赖性地显著抑制HT-1080.FAP异种移植瘤的生长。除了单独的RLT，联合策略正在兴起。例如，在CT26-FAP结直肠癌模型中，177Lu-DOTA-2P(FAPI)2能诱导免疫原性细胞死亡并上调PD-L1，将其与抗PD-L1抗体联合应用产生了强大的协同抗肿瘤效应，突出了FAPI靶向RLT与免疫疗法结合的美好前景。
临床转化与应用
新型FAPI二聚体和异源二聚体探针正迅速从实验室走向临床，在临床PET/CT中展现出卓越的成像性能。
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泛癌成像：在与18F-FDG的临床比较中，68Ga-FAPI-RGD在原发性肿瘤和转移灶中显示出显著更高的标准摄取值最大值（SUVmax）和肿瘤背景比。重要的是，它能检测出在68Ga-FAPI-46 PET成像中阴性但对整合素αvβ3呈阳性的病灶，证明了双靶向策略能够克服单靶向的异质性假阴性。
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肺癌：在疑似肺肿瘤患者中，68Ga-FAPI-RGD PET/CT对原发病灶显示出更高的检出率、更高的肿瘤背景比以及对纵隔淋巴结分期更优的准确性。
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肾细胞癌：针对肾细胞癌（Renal Cell Carcinoma， RCC），异源二聚体18F-AlF-LNC1007在原发性病灶和转移灶的检出率、灵敏度和SUVmax值上均显著优于18F-FDG和单体18F-AlF-NOTA-FAPI-04。
FAP（参与纤维化）和整合素αvβ3（参与血管生成/炎症）的生物学功能将这些示踪剂的效用扩展到了肿瘤学之外。
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类风湿关节炎：在活动性类风湿关节炎（Rheumatoid Arthritis， RA）患者中，18F-AlF-FAPI-RGD PET/CT能以高灵敏度可视化滑膜炎，其定量参数与临床疾病活动度评分显著相关，并能检测出常规方法遗漏的亚临床病灶。
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间质性肺病：在结缔组织病相关间质性肺病（Connective Tissue Disease-associated Interstitial Lung Disease， CTD-ILD）患者中，18F-FAPI-RGD PET/CT成功将患者与对照组区分开来，肺部SUVmax对ILD具有极好的预测价值，并与肺功能下降相关。
诊疗一体化：整合诊断与治疗
FAPI多聚体的真正力量在诊疗一体化范式中得以实现。该方法使用化学性质相同或高度相似的探针进行诊断成像和后续靶向放射治疗。
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诊断阶段：患者使用诊断性放射性核素（如68Ga标记的FAPI二聚体）进行PET/CT扫描，获得所有FAP阳性病灶的高质量全身图谱，实现精确分期和为治疗筛选患者。
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治疗阶段：如果诊断扫描确认了高且特异的肿瘤摄取，则使用相同或类似的FAPI二聚体构建体，标记上治疗性放射性核素（如177Lu）进行给药。由于靶向载体相同，治疗剂会生物分布到诊断扫描中“看到”的完全相同的病灶。
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个性化治疗：这确保了精确的、聚焦于肿瘤的细胞毒性辐射递送，同时保护了健康组织，是精准医疗的典范。二聚体的持久滞留确保了在核素半衰期内有足够的辐射剂量递送。
临床前研究和早期临床应用验证了这一策略。例如，在转移性乳腺癌患者中使用177Lu-DOTAGA.(SA.FAPi)2进行挽救性治疗的研究显示，其临床疾病控制率和客观缓解率很高，中位无进展生存期和总生存期得到延长，并且超过90%的患者观察到显著的疼痛缓解。
当前挑战与展望
尽管FAPI二聚体和异源二聚体探针已成功在广泛的临床前模型和早期临床试验中证明了其卓越的诊断灵敏度和强大的治疗功效，但仍面临一些挑战。
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非靶器官摄取与剂量限制性毒性：由于肾脏排泄，高且持久的肾脏摄取是主要的剂量限制因素和潜在的放射性核素治疗风险，需要探索肾脏保护策略。
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分子结构优化的复杂性：寻找连接体长度、刚性和化学性质的最佳平衡点对整体药代动力学起着决定性作用，这一优化过程极具挑战性。此外，研发成本和生产难度的增加也是主要关切点。
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排泄器官摄取增加：二聚体增强的肿瘤滞留和增加的分子量可能导致排泄器官（尤其是肾脏）摄取升高和延长，在RLT期间存在潜在的肾毒性风险。这需要持续优化探针设计（如微调连接体亲水性）并探索肾脏保护策略。
未来发展方向是多方面的。首先，探索更高价态的多聚体（三聚体、四聚体）和针对特定癌症亚型的新型异源二聚体组合具有前景。其次，开发集诊断、治疗和实时成像（如荧光）功能于一体的多功能探针是一个令人兴奋的前沿领域。第三，联合疗法，例如将FAPI靶向RLT与免疫疗法（如PD-L1抑制剂）相结合，已在临床前模型中显示出协同疗效，代表了一个高度活跃的研究领域。最后，向纤维化和关节炎等非肿瘤学领域的扩展，展示了FAPI靶向探针在肿瘤学之外的广泛潜力。探针的优化及其诊疗一体化临床应用的最终实现，严重依赖于多学科合作。
