放射性核素分子显像在心肌损伤中的研究进展

庞泽堃 李剑明

(泰达国际心血管病医院核医学科，天津 300457)

心血管相关疾病是目前全世界范围内死亡率最高的疾病之一，而心肌是其重要的致病损伤靶点之一。由于多种原因导致的心肌细胞受损，甚至坏死的表现，称为心肌损伤。单光子发射计算机断层成像(single photon emission computed tomography，SPECT)和正电子发射型计算机断层成像(positron emission tomography/computed tomography，PET/CT)能用于心肌损伤的无创影像学检测，如最常用的SPECT或PET/CT心肌灌注显像技术能区分出可逆性与不可逆性心肌缺血。通常可逆性灌注缺损提示早期及慢性的冠状动脉血流储备和/或微血管功能受损，可导致心脏负荷状态下的心肌缺血；不可逆性灌注缺损则更可能导致心肌顿抑、心肌冬眠、心肌梗死(myocardial infarction， MI)，甚至心肌纤维化或变性坏死，预后更差[1-2]。因此，早期和及时地探测心肌损伤并进行相应的干预治疗则显得尤为重要，有助于去除致病因素，中断损伤，延缓并逆转心肌损伤的程度。

心肌损伤可由与其供血和供氧相关密切因素(如冠状动脉疾病)或心肌细胞自身因素所导致，亦可由外部致病因素所导致。例如，对于急性心肌梗死(acute myocardial infarction， AMI)患者，虽然及时开通闭塞血管恢复心肌血流是最有效的干预措施，但较长时间的血流受限后的再灌注本身可能是心肌损伤的主要原因，即缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury， IRI)，会使患者的预后恶化[3]。此外，放射治疗、化学治疗和靶向治疗使广大肿瘤患者的复发率和死亡率下降，生存时间显著延长。但随着数十年的观察，肿瘤治疗相关的心血管和心肌损伤也逐渐引起人们的注意和警惕。肿瘤患者因放射治疗、化学治疗及靶向治疗过程中导致的心脏组织结构一系列病理性变化，如心肌纤维化、心肌坏死、冠状动脉微循环功能障碍以及心肌炎性病变等均为常见的心肌损伤表现形式[4]。

因此，尽管导致心肌损伤的致病因素多样，某些机制复杂不明，但都伴随着复杂的分子水平的生理生化过程的改变。放射性核素分子显像能从活体上示踪心肌损伤过程的分子活动变化而被寄予厚望，它在此类患者心肌损伤的早期识别和早期诊断中起着关键而独特的作用。基于放射性核素种类丰富的特性，能通过不同的特异性放射性核素分子探针提供组织功能与代谢等分子水平信息，对于早期发现心肌损伤及潜在机制的研究十分重要。为此，现拟从目前发现的有望用于心肌损伤诊断的新型放射性核素分子探针角度，对其基本原理、相关研究进展与潜在应用价值做一综述。

1 新型放射性核素分子显像剂及其对心肌损伤的研究

1.1 18F标记的化合物

1.1.118F-FGA

葡糖二酸是一种葡萄糖的天然衍生物，研究发现99mTc标记的葡糖酸盐会在梗死心肌中大量聚集，由此设计出FGA用于MI的显像。18F-FGA作为一种新型的梗死灶显像剂，以氟代脱氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose， FDG)为前体可较为容易地制备而获得，它可在坏死区域积聚，从而直接检测梗死组织，明确区分心脏缺血区域和坏死区域。由于组织坏死在冠状动脉闭塞的最初几个小时内就已开始，因此对坏死组织直接成像所获得的信息对MI患者的早期评估具有潜在的巨大价值[5]。18F-FGA具有以下优点：(1)注射18F-FGA后4 h进行正电子发射断层成像(positron emission tomography，PET)较注射后1 h显像时靶/非靶的比值大幅提高；(2)血液清除较快，在肝脏、肺或骨骼等组织器官中滞留极少；(3)在心肌损伤的早期即可出现浓聚。因此，18F-FGA是一种很有前景的分子显像剂，它可与传统心肌灌注显像相结合，提高MI和心肌损伤诊断的特异性。

1.1.218F-FEDAC

线粒体在调节细胞代谢、产生三磷酸腺苷促进细胞生长以及参与凋亡通路等方面起着至关重要的作用，线粒体功能障碍已被证实是细胞死亡的前兆[6]。因此，对于线粒体功能障碍的可逆病理改变，尤其是凋亡和自噬过程中发生的超微结构改变的早期检测显得十分重要。在线粒体功能障碍早期阶段进行干预可能会阻止细胞死亡，从而挽救缺血心肌、抑制心肌重构和维护整体的心功能。

线粒体外膜转运蛋白是参与调控线粒体功能的重要成分，18F标记的FEDAC是目前作为转运蛋白靶向分子探针的最佳选择[7-8]。18F-FEDAC具有以下优势：(1)标记方法相对简单且稳定性良好；(2)血液清除快；(3)肝脏摄取分布低，克服了常规心肌灌注显像剂肝脏摄取分布较高对心肌下壁遮挡的问题。但目前存在肺和肾上腺摄取较高的缺点，未来需研究者的进一步改进。

1.1.318F-DHMT

过量的活性氧(reactive oxygen species， ROS)产生已被认为与各种心血管疾病的发生和进展有关，如心肌IRI和蒽环类药物引起的心脏毒性和心力衰竭[9]。既往对ROS的无创测定仅限于评估ROS生成酶的活性、ROS的氧化产物或尿液中的生物标志物[10]。然而，这些生物标志物对心肌并不具有特异性，而且经常检测到非心肌组织来源的ROS。最近，Wu等[11]报道了一种新型18F标记的二氢乙锭类似物DHMT，18F-DHMT可直接检测体内心肌过氧化物的生成情况。结果表明18F-DHMT PET能在进行性蒽环类药物诱导的心脏毒性啮齿动物模型中，在左室射血分数下降前检测到心肌过氧化物的生成。

我家门口的鞋柜台上，立着一个银色的小闹钟。它有一张大大的玻璃圆脸，时刻直播着时针、分针、秒针三兄弟的跑步比赛。一双细长的小腿，斜撑着整个身体。后脑勺有四个黑色按钮，头上有两个浑圆大银耳，中间竖着一把小铁锤，到了设定的时间就会用力地左右摇摆，敲打在两个耳朵上，发出“叮叮叮……”的巨大声响，把我从甜美的梦中拉回现实，催我起床“开工”去。

18F-DHMT作为一种过氧化物探针，可用于绝对定量测定心肌ROS的产生，对于阐明ROS在许多心血管疾病的病理生理学和进展中的潜在作用至关重要。

1.2 68Ga标记的化合物

1.2.1 C-X-C型趋化因子受体4/C-X-C型趋化因子配体12相关的68Ga标记物

C-X-C型趋化因子受体4 (C-X-C motif chemokine receptor 4， CXCR4)是一种跨膜G蛋白耦联受体，通过与其配体C-X-C型趋化因子配体12(C-X-C motif chemokine ligand 12， CXCL12)相互作用，在血管形成以及将免疫细胞向损伤和炎症组织的募集中发挥关键作用，现已成为具有广泛应用前景的炎症显像剂[12-13]。最近，一种CXCR4的特异性配体68Ga-pentixafor被用于检测CXCR4表达的临床分子影像学研究中。Derlin等[14]对37例因急性ST段抬高心肌梗死行支架植入再灌注治疗的患者进行成像，结果表明68Ga-pentixafor有助于识别由血管壁炎症以及支架损伤引起的罪犯和非罪犯血管斑块中CXCR4的表达增加，对研究心肌IRI及其机制和治疗方法提供了帮助。CXCR4/CXCL12相关的68Ga标记物具有以下优势：(1)成像方法相对简单且稳定性良好，成像前无需调节血糖；(2)血液清除快；(3)对于鉴别心肌炎症结果可靠。

由上可知，进一步研究CXCL12/CXCR4分子成像的潜在预后和治疗价值，以及趋化因子显像在更多临床相关模型如心肌IRI以及其他心肌炎症中的价值将是未来研究的目标。

1.2.268Ga-DOTA及其衍生物

68Ga-DOTA可用于MI的检测，表现为静息心肌血流灌注减少和后期显像剂滞留增加。这是由于该显像剂分布于细胞外间隙，不能被动地扩散到完整的细胞中，细胞外间隙的显像剂延迟洗脱，即延迟对比增强。因此在成像的后期，梗死区的放射性浓度升高，这一发现类似于心脏磁共振成像中使用的延迟增强成像，它可观察到梗死心肌中细胞失去膜的完整性或心肌被纤维化取代的情况[15]。

免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitor， ICI)已成为最有前景的抗肿瘤药物之一，目前临床应用十分广泛。需注意的是，ICI引起免疫相关毒性不容小觑，部分表现为严重致死性毒性。尤其是ICI相关心肌炎是一种罕见但可能致命的不良事件，因此早期诊断和治疗是改善患者预后的关键。68Ga-DOTATOC是一种68Ga-DOTA的生长抑素受体衍生物，Boughdad等[16]纳入9例临床怀疑ICI相关心肌炎的患者进行68Ga-DOTATOC PET，结果显示心肌炎患者左心室表现出明显显像剂异常摄取，表明这是一种高度敏感的ICI相关心肌炎的检测手段，并且得到心内膜活检病理的证实。68Ga-DOTA螯合物具有以下优势：(1)与18F-FDG相比，68Ga-DOTA用于检测ICI相关心肌炎时不需要几天的准备过程，非常适合于紧急情况下的检查；(2)单次注射示踪剂后可进行全身采集。

1.2.368Ga-FAPI

成纤维细胞活化蛋白(fibroblast activation protein， FAP)是一种膜锚定蛋白，会在被激活分化为肌成纤维细胞的成纤维细胞中特异表达[17]。在动物模型中，心肌缺血后梗死区域的FAP表达明显增加，并被证明是心脏结构重构和导致心肌纤维化进展的关键因素[18]。68Ga标记的FAP抑制剂(68Ga-FAPI)最初用于癌症相关的成纤维细胞显像，近年的研究[19]表明也可用于心肌成纤维细胞激活情况的检测。Kessler等[20]对10例AMI后的患者进行68Ga-FAPI PET，所有患者均观察到有局灶性心肌FAPI异常摄取，并且摄取部位与冠状动脉造影检出的罪犯血管匹配性良好，结果表明AMI患者缺血后的心肌存在成纤维细胞的激活情况，这种成像方式可真实地反映AMI后心肌损伤的程度。

1.2.468Ga-NODAGA-RGD

整合素是异源二聚体跨膜糖蛋白受体，介导细胞与周围环境之间的相互作用。当缺血诱导新生毛细血管的形成时，新生毛细血管中的整合素αvβ3会有高表达[21]。因此，它是PET血管生成显像中最常用的分子靶点。正电子示踪剂68Ga-NODAGA-RGD是αvβ3整合素的配体，通过结合整合素αvβ3反映血管生成。Bentsen等[22]对一只小型猪的冠状动脉左前降支短暂闭塞120 min，8周后在PET/MR上进行成像。在磁共振成像的心肌延迟强化扫描中可见大范围的前间壁MI。梗死区域与PET/MR融合图像上68Ga-NODAGA-RGD高摄取的区域相对应，且PET图像上的梗死范围略大于磁共振成像图像，而健康的心肌无摄取。同时，研究者还从梗死边缘和健康心肌取样活检，用免疫组化法检测αvβ3的表达，结果表明与正常心肌相比，MI边缘毛细血管的αvβ3表达增高，这也支持了68Ga-NODAGA-RGD摄取可以反映血管生成的假设。

上述研究结果表明68Ga-NODAGA-RGD有助于鉴定与冠状动脉狭窄所致的心肌损伤修复相关的整合素αvβ3的激活，还可以检测心肌缺血中近期出现心肌损伤的区域，有助于临床的早期治疗和决策。

1.3 99mTc标记的化合物

1.3.199mTc标记的耐久霉素

磷脂酰乙醇胺是人体内含量第二丰富的甲基磷脂，同时也是凋亡细胞分子成像的一个重要靶点[23]。近几年开发了一种磷脂酰乙醇胺特异性分子探针99mTc标记的耐久霉素(99mTc-duramycin)，广泛应用于检测IRI和动脉粥样硬化中的细胞凋亡[24]。先前研究[25]证实了99mTc-duramycin用于脑IRI成像的可行性，并在大鼠卒中模型中展示了良好的药代动力学。由于99mTc-duramycin的SPECT可定量地评估细胞损伤的程度，因此也将其用于MI和心肌IRI模型中心肌细胞凋亡的检测。Liu等[26]利用IRI模型大鼠验证了99mTc-duramycin SPECT检测心肌IRI的可行性，研究发现缺血区热点在注射显像剂后30 min内即可明确定位，2 h时热点的放射性水平等于或高于肝脏。相对于正常的心肌区域，99mTc-duramycin在缺血区表现出持续高摄取模式，24 h时仍可检测到较高的摄取，并且缺血区域范围较前有扩大的趋势。

因此，99mTc-duramycin SPECT的优点是能无创地动态观察小鼠模型心肌IRI和MI时的细胞凋亡变化，这将为今后心肌损伤细胞凋亡程度的诊断以及治疗MI新药的体内评价提供有力的影像学指导。

1.3.299mTc-rCR2

补体激活是公认的IRI的媒介，心肌细胞是补体蛋白的已知来源，其激活产物可介导组织炎症、细胞死亡和坏死信号[27]。研究表明AMI患者的心肌再灌注治疗与补体沉积显著增加有关，这反映出再灌注可能会增强缺血心肌中补体的激活[28]，为从影像学上对激活的补体进行成像提供了可能。

Sharif-Paghaleh等[29]研究了通过体外成像检测和量化补体成分3(complement 3， C3)的潜力，作为小鼠心肌IRI模型中补体激活的标志，他们使用99mTc标记的重组补体受体2(99mTc-rCR2)进行配位标记，该受体在补体激活的部位专门用于检测C3。与对照组相比，在补体完整的小鼠中使用99mTc-rCR2能在再灌注的心肌中检测到特异性显像剂摄取，这表明99mTc-rCR2成像可用于无创性检测激活的补体。同时，损伤心肌组织中C3d的无创评估有可能用于定量补体介导的损伤程度，对可能使用补体抑制剂治疗的患者进行分层，并评估对此类治疗的反应。因此，99mTc-rCR2在未来可用来量化补体激活导致的心肌损伤的严重程度，在临床上对IRI的预防和治疗提供帮助。

1.3.399mTc-RP805

炎症细胞是蛋白酶的主要来源，基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是一种锌依赖性的蛋白水解酶，可降解细胞外基质中的多种蛋白，它的激活会导致血管内斑块破裂和MI后心肌重构不良。作为一种MMP的放射性靶向示踪剂，99mTc-RP805已在MI后心肌重构和动脉粥样硬化等临床研究中显示出较好的应用前景[30]。在动脉粥样硬化和主动脉瓣钙化的小鼠模型中，99mTc-RP805的组织摄取与MMP活性和CD68巨噬细胞的表达有很好的相关性，因此，MMP靶向成像可间接地了解到心血管炎症的程度。例如，在血管紧张素Ⅱ诱导的动脉瘤小鼠模型中[31]，SPECT图像上的99mTc-RP805在主动脉的显影与酶谱仪量化的MMP活性以及CD68信使RNA表达呈现出较好的相关性，而后者则是单核细胞和巨噬细胞的标志物。因此，99mTc-RP805炎症显像提供了一种无创的方法，可潜在地指导和评估早期干预性治疗，以减少心肌炎性反应以及调节MI后的心肌重构，评估该成像方法的预测价值和MMP抑制剂治疗效果可能是未来的研究方向之一。

2 总结与展望

心肌损伤的病因多样，某些发病机制复杂不明，且大都伴随着复杂的分子水平的生理和生物化学活动的改变。迄今为止，放射性核素显像作为分子成像的代表性手段，特别是随着众多新型的放射性核素分子显像剂被发明、研究和应用，能在分子水平对心肌损伤进行早期识别、诊断和评估，在活体分子成像层面上对机体心肌损伤的分子及病理生理学机制提供丰富而有价值的信息，然而，目前大多数的新型放射性核素分子显像剂仍处于动物实验阶段，生物利用度较低、毒性及不良反应较多以及临床有效性较差都是制约其发展和临床应用的因素。因此，目前仍需更深层次的研究用于进一步筛选和制备更加理想的特异性分子显像剂。未来，放射性核素分子显像剂在心血管相关疾病的早期精确诊断、指导治疗方案制定以及疗效预测和评价等方面必将发挥出更加重要的作用。