2-18F-氟丙酸在荷乳腺癌小鼠模型中的显像性能和体内分布

党永红，蔡 炯，李 欣，王 玲，李 方

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院核医学科，北京100730

2-18F-氟丙酸在荷乳腺癌小鼠模型中的显像性能和体内分布

党永红，蔡 炯，李 欣，王 玲，李 方

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院核医学科，北京100730

目的 研究一种新的正电子显像剂2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠模型中的显像性能和体内分布情况。方法 于4只乳腺癌小鼠尾静脉注射7．4～11．1 MBq的2-18F-氟丙酸，分别在注射药物后60、120 min用小动物正电子发射断层显像进行动物显像。采用Inveon Research软件将乳腺癌病灶的单位体积放射性(Bq/ml)转化为每克组织注射剂量百分率(%ID/g)，分析4只乳腺癌小鼠体内2-18F-氟丙酸的分布情况，并用同样的动物模型与18F-FDG进行对照。结果 注射2-18F-氟丙酸后60、120 min，放射性主要浓聚于小鼠的膀胱、肠道和肝脏。右侧腋下乳腺癌病灶摄取明显，在注射显像剂后60、120 min的生物分布分别为(13．74±1．97)%ID/g和(14．84±1．06)%ID/g，差异无统计学意义(P=0．454);肌肉、背部的棕色脂肪对放射性摄取不明显。注射18F-FDG后60 min，小鼠乳腺癌病灶的生物分布是(10．27±2．34)%ID/g，背部棕色脂肪有明显的放射性浓聚。结论 正电子显像剂2-18F-氟丙酸能够清晰显示乳腺癌，有可能应用于临床乳腺癌的全身无创性检测。

2-18F-氟丙酸;乳腺癌小鼠模型;小动物正电子发射断层显像;显像

Acta Acad Med Sin，2015，37(3):320-324

2-18F-氟-2-脱氧-D-葡萄糖(2-［18F］fluoro-2-deoxy-D-glucose，18F-FDG)是正电子发射断层显像(positron emission tomography，PET)中最广泛使用的示踪剂，因肿瘤细胞对葡萄糖的利用量大，在肿瘤显像中具有很高的灵敏度［1］。肿瘤细胞的葡萄糖转运蛋白表达和己糖激酶活性增加可导致对18F-FDG的高摄取［2］。然而，对于前列腺癌、肝细胞癌和乳腺癌，18F-FDG的灵敏度会出现降低［1，3-5］，而11C-乙酸可能比18F-FDG在这些肿瘤的检测灵敏度上具有优势［3，5-7］。虽然这种差异出现的机制不清，但推测可能与肿瘤的低氧消耗和脂质合成增加有关［7-8］。11C-乙酸的缺陷在于放射性核素的半衰期短(t1/2=20 min)，难以在没有医用回旋加速器的医院推广使用。18F-氟乙酸虽然比11C-乙酸的同位素半衰期长，但是体内脱氟造成显像背景高［9］。相比之下，2-18F-氟丙酸在体内不会脱氟，有可能检测到直径小于0．6 cm的肿瘤，检测灵敏度有望优于18F-FDG。但迄今为止，2-18F-氟丙酸只用于前列腺癌的研究［10］，并未应用于乳腺癌检测。本研究观察了2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠模型中的显像性能和体内分布情况，以期为今后的临床应用提供参考。

材料和方法

材料 BALB/c裸鼠5只，体重18～20 g，购自北京华阜康生物技术有限公司。2-溴丙酸乙酯(纯度＞97%)、无水K2CO3(纯度99．995%)购自美国Aldrich公司，无水乙腈(99．9%，extra dry)购自比利时Acros公司，K222(纯度98%)购自德国ABX公司，色谱乙腈购自瑞士Fisher公司，其余试剂均为国产分析纯。QMA(Sep-pak Light)购自美国Waters公司，色谱柱Symemetry 300TMC18(4．6 mm×250 mm，5 μ)购自美国Waters公司，色谱柱Alltima C18(250 mm×10．0 mm，10 μ)购自美国Grace公司，除菌过滤器(Millex-GS 0．22 μm)购自美国Millipore公司，20%胎牛血清、双抗(青霉素100 U/ml，硫酸链霉素100 μg/ml)磷酸缓冲液(phosphorate buffer solution，PBS)及MBAMB-361乳腺癌细胞由中国医学科学院基础医学研究所细胞中心提供。RDS111型回旋加速器购自美国CTI公司，PET-MF-2V-IT-I型18F正电子药物合成模块购自北京派特科技有限公司，高效液相色谱仪配515型泵、486型高效液相色谱紫外检测器购自美国Waters公司，高效液相色谱放射性检测器购自美国Bio-Scan公司，microPET购自德国西门子公司，CRC-15R型放射性活度计购自美国CAPINTEC公司。

2-18F-氟丙酸合成 由RDS111型回旋加速器生产的18F-被QMA柱捕获后，由K222/乙腈和K2CO3/水的混合溶液洗脱至1号反应管中，加热除去溶剂，再加入2 ml无水乙腈共沸除水，冷却后加入2-溴代丙酸乙酯的无水乙腈溶液，于90℃反应5 min。加入2 ml注射用水稀释后，进入HPLC进行分离(色谱柱为Alltima C18，10 μ，10．0 mm×250 mm，流动相为乙腈/ 水=40/60，流速为4 ml/min，检测波长为210 nm)，收集370～420 s的组分。将此组分转移至2号反应管，加入0．5 ml 2 mol/L NaOH溶液于100℃加热反应5 min，减压蒸除溶剂，冷却后加入0．5 ml 2 mol/L HCl中和，过0．22 μm除菌滤膜转移至收集瓶，即得产品。目测其澄清度，用精密pH试纸测定其pH值。通过HPLC(色谱柱:Waters Symemetry 300TMC18，5 μ，4．6 mm×250 mm，流动相20 mmol/L NaH2PO4溶液，流速1．0 ml/min)测定2-18F-氟丙酸的放射化学纯度。

乳腺癌小鼠模型建立 用添加20%胎牛血清和双抗(青霉素100 U/ml，硫酸链霉素100 μg/ml)的L15培养基37℃、5%CO2培养MBA-MB-361乳腺癌细胞。待细胞达到90%融合后用胰蛋白酶/EDTA消化分离成单细胞悬液，于BALB/c裸鼠皮下注射。MBAMB-361乳腺癌细胞注射量为5×105(悬于100 μl PBS)，右侧腋下接种。1个月后肿瘤直径达到0．3 cm即可用于实验。

乳腺癌小鼠体内2-18F-氟丙酸显像 于4只乳腺癌小鼠尾静脉注射7．4～11．1 MBq 2-18F-氟丙酸，注射前后测量注射器放射性，精确计算注射活度。分别在注射药物后60、120 min于2%异氟烷麻醉下(加2．0 L/min氧气)用西门子Inveron专用microPET进行动物显像。能量窗口设定为350～650 keV，符合时间设定为3．432 ns，采集时间设定为5 min。第2天于相同4只乳腺癌小鼠尾静脉注射7．4～11．1 MBq18F-FDG，注射后60 min进行动物显像，采集条件同2-18F-氟丙酸。

乳腺癌小鼠体内2-18F-氟丙酸生物分布测定 采用Inveron Research软件分析4只乳腺癌小鼠体内2-18F-氟丙酸的分布情况，假设肿瘤密度为1，将注射药物后60、120 min乳腺癌病灶单位体积放射性(Bq/ml)转化为每克组织注射剂量百分率(%ID/g)。同时计算肿瘤、心脏、肝脏、肺、肾、大脑、盲肠、膀胱、肌肉和胸椎骨骼的%ID/g。采用同样方法分析注射18F-FDG后60 min乳腺癌病灶、肿瘤、心脏、肝脏、肺、肾、大脑、盲肠、膀胱、肌肉和骨骼的%ID/g。

统计学处理 采用EXCEL 2007统计软件，注射药物后60、120 min荷瘤裸鼠各脏器和组织(乳腺癌肿瘤、心脏、肝脏、肺、肾、大脑、盲肠、膀胱、肌肉和胸椎骨骼)生物分布时间点差异的比较采用Student t检验，P＜0．05为差异有统计学意义。

结果

2-18F-氟丙酸的合成 合成过程需时约40 min。产品澄清无颗粒，pH值为6．8。产品的放化纯度＞99%，放化收率30%(未经时间校正)。HPLC色谱图中保留时间为3．1 min(图1)。

乳腺癌小鼠体内显像 注射2-18F-氟丙酸后60～120 min，放射性主要浓聚于膀胱;右侧腋下乳腺癌摄取明显，并随时间推移略有增加;心脏摄取略有降低;肝脏、盲肠等肠道有明显摄取;肌肉、背部棕色脂肪摄取不明显。注射18F-FDG 60 min后主要分布于膀胱、棕色脂肪、心脏、乳腺癌病灶和肌肉(图2)。

图1 2-18F-氟丙酸的HPLC放化纯度色谱图Fig 1 Radiochemical purity chromatogram of 2-［18F］fluoropropionic acid with HPLC

图2 乳腺癌小鼠体内显像Fig 2 In vivo imaging of MBA-MB-361 breast cancer xenografed mice

乳腺癌小鼠体内生物分布 注射后60、120 min，2-18F-氟丙酸在乳腺癌病灶的生物分布分别为(13．74± 1．97)和(14．84±1．06)%ID/g，有上升趋势，但差异无统计学意义(P=0．454);在肺、心脏、大脑、肝脏生物分布均有下降趋势，但差异也均无统计学意义(P均＞0．05)(表1)。注射后60 min，2-18F-氟丙酸在乳腺癌病灶对肺、心脏、脑、盲肠、膀胱、肝、肾、肌肉和骨骼的每克组织注射剂量百分率比值分别为1．355、0．934、0．928、0．612、0．292、0．937、1．346、1．791和0．928。注射18F-FDG后60 min，乳腺癌病灶对肌肉每克组织注射剂量百分率比值为1．178(表2)。

讨论

丙酸钠、丙酸钾、丙酸钙被广泛用做食品添加剂。药物代谢研究表明，根据物种的不同，丙酸可以作为合成脂肪酸、氨基酸、糖原的前体［11-13］。研究显示，氟丙酸没有急性毒性，安全可靠［10，14］。2009年，Pillarsetty等［10］研究发现，在前列腺癌小鼠模型中，2-18F-氟丙酸能浓聚在肿瘤部位，具有较高的肿瘤-背景比值，而且比11C-乙酸具有更高的%ID/g，表明其可以作为潜在的肿瘤显像剂进行深入研究。

表1 注射60和120min后2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠体内分布的比较(n=4，±s，%ID/g)Table 1 Comparison of in vivo biodistribution of 2-［18F］fluoropropionic acid in breast cancer xenografted micebetween 60min and 120min(n=4，±s，%ID/g)

表1 注射60和120min后2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠体内分布的比较(n=4，±s，%ID/g)Table 1 Comparison of in vivo biodistribution of 2-［18F］fluoropropionic acid in breast cancer xenografted micebetween 60min and 120min(n=4，±s，%ID/g)

时间Time 肿瘤Cancer 肺Lung 心脏Heart 脑Brain 盲肠Caecum 60 min 13．74±1．97 10．14±0．84 14．71±1．00 14．80±0．98 22．44±7．27 120 min 14．84±1．06 9．76±0．37 14．04±0．83 14．02±1．09 23．04±6．33 P 0．454 0．528 0．425 0．409 0．920时间Time 膀胱Urinary bladder 肝Liver 肾Kidney 肌肉Muscle 骨骼Bone 60 min 47．12±9．35 14．67±0．76 10．21±0．62 7．67±0．70 14．80±0．98 120 min 36．22±10．91 14．75±0．87 10．45±0．62 8．27±0．48 13．57±0．86 P 0．261 0．914 0．665 0．298 0．177

表2 18F-FDG在乳腺癌小鼠体内的分布(n=4)Table 2 In vivo biodistribution of18F-FDG in breast cancer xenografted mice(n=4)

乳腺癌的诊断有磁共振成像、X线、超声和18FFDG-PET等检测方法，其中18F-FDG-PET诊断乳腺癌的灵敏度较低［4，15-16］，需要寻找新的示踪剂。本研究在建立乳腺癌小鼠模型、化学合成2-18F-氟丙酸的基础上，利用MicroPET对荷乳腺癌小鼠进行了2-18F-氟丙酸的显像和动物体内分布研究，结果发现注射2-18F-氟丙酸后60到120 min，0．3 cm直径乳腺癌病灶可见放射性浓聚。乳腺癌对2-18F-氟丙酸摄取的机制尚不清楚，推测可能和乳腺癌组织脂肪酸合成酶的活性较高有关［17］。乳腺癌小鼠2-18F-氟丙酸显像结果显示，脑、心脏、肝脏和肾脏放射性浓聚较低，与文献报道一致［10］，提示2-18F-氟丙酸对这些部位肿瘤的检测可能优于18F-FDG。此外本研究显示，2-18F-氟丙酸在乳腺癌小鼠体内主要通过泌尿系统清除，并且没有出现明显的脱氟现象;盲肠等肠道的放射性摄取相对较高，正常小鼠体内分布也观察到同样的现象，推测可能与肠道微生物的活动、短链脂肪酸的吸收利用有关［18］，也提示2-18F-氟丙酸可以在一定程度上反映短链脂肪酸丙酸的生理代谢和分布情况。荷瘤鼠体内2-18F-氟丙酸分布结果显示，在注射后60和120 min，乳腺癌病灶的放射性浓聚有增加趋势，%ID/g分别为13．74±1．97和14．84±1．06，但统计学意义不显著，而肺、心脏、大脑、肝脏有下降趋势，统计学意义也不显著，说明该显像剂注射60 min后在肿瘤及各脏器中的代谢趋于平缓，对延迟显像不具有意义。对比2-18F-氟丙酸和18F-FDG在注射后60 min的动物体内分布结果可以发现，前者的肿瘤-本底(肌肉)比值(1．791)明显高于后者(1．178)，提示2-18F-氟丙酸对乳腺癌的诊断可能比18F-FDG灵敏度高。

18F-FDG是PET显像中最广泛使用的示踪剂，但临床上对于肿瘤检测容易受到棕色脂肪、肌肉摄取等干扰，增加假阳性诊断，在本研究动物模型上也可观察到这种干扰。在同样实验条件下，棕色脂肪对2-18F-氟丙酸的摄取低，不足以干扰乳腺癌显像，提示2-18F-氟丙酸PET显像在乳腺癌的诊断上可能具有优势，具有潜在应用前景。但是，由于2-18F-氟丙酸在肠道的摄取高，不利于肠道肿瘤检测与诊断。综上，正电子显像剂2-18F-氟丙酸能够清晰显示乳腺癌，有可能应用于临床乳腺癌的全身无创性检测。

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Imaging Potential and Biodistribution in vivo of 2-［18F］Fluoropropionic Acid in Breast Cancer-bearing Mice

DANG Yong-hong，CAI Jiong，LI Xin，WANG Ling，LI Fang

Department of Nuclear Medicine，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

Objective To investigate the imaging potential and biodistribution in vivo of a novel positron imaging agent，2-［18F］fluoropropionic，in breast cancer-bearing mice．Methods 2-［18F］fluoropropionic acid(7．4-11．1 MBq)was injected into the breast cancer-bearing mice via tail vein，followed by micro positron emission tomography at 60min and 120min．The radioactivity per volume(Bq/ml)in organs was transferred to percentage injected dose per gram(%ID/g)by Inveon Research software and the biodistribution of 2-［18F］fluoropropionic acid in organs was deduce．The same operations were done with18F-FDG．Results 2-［18F］fluoropropionic acid was mainly distributed in the urinary bladder，intestine，and liver between 60 min to 120 min．The breast cancer at right flank was visualized clearly，and the radioactivity uptake was(13．74± 1．97)%ID/g and(14．84±1．06)%ID/g，respectively，at these two time points(P=0．454)．The radioactivity uptakes in muscle and brown tissue were relatively low．The radioactivity uptake of18F-FDG was(10．27± 2．34)%ID/g at the breast cancer 60 min after injection，and radioactivity uptake of the brown fat on the back was obvious．Conclusions Positron imaging agent 2-［18F］fluoropropionic acid can be used to image breastcancer．It may be applied in the noninvasive imaging of breast cancer in clinical settings．

2-［18F］fluoropropionic acid;breast cancer-bearing mice;micro positron emission tomography;imaging

CAI Jiong Tel:010-69155510，E-mail:jiongcai@sina．com

R445．5

A

1000-503X(2015)03-0320-05

10．3881/j．issn．1000-503X．2015．03．014

2015-04-07)

蔡 炯 电话:010-69155510，电子邮件:jiongcai@sina．com

国家自然科学基金(30670741)Supported by the National Natural Sciences Foundation of China(30670741)