放射性标记成纤维活化蛋白抑制剂PET/CT在心脏疾病诊断中的应用进展

王成栋，孙芳芳，杜雪梅*

心脏疾病是全球死亡率最高的疾病之一，其死亡人数占我国因疾病死亡人数的40%以上[1-2]。随着国民生活方式的变化，以及加速的人口老龄化，心脏病患病率和发病率仍持续增高。心脏病的早期诊断和及时干预对于提高病人生活质量、降低社会经济压力具有重要意义。成纤维活化蛋白（fibroblast activated protein，FAP） 在活化的心肌成纤维细胞（cardiac fibroblasts, CF）中高表达，而活化的CF 又与心室重构直接相关[3]。活化的CF 是一个有吸引力的治疗靶点，可以调节心肌重塑过程并改善心功能[4]。以FAP 为靶点的正电子发射体层成像（PET）/CT 成像方法可以评估心脏活化CF 水平。其具有无创性，且特异性、敏感性、准确性均较高。目前已有多个研究组开展了靶向FAP 的PET/CT 成像分子探针的研究及临床应用转化工作，本文综述近年来靶向FAP PET/CT 成像在心脏疾病诊断中的研究进展。

1 心肌纤维化机制

心肌梗死（myocardial infarction,MI）、肥厚型心肌病和扩张型心肌病等多种心脏疾病的发生发展都涉及心肌纤维化。心肌纤维化是一种以CF 异常增殖、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）过度沉积及异常分布为特征的病理表现，是各类心脏疾病的重要病理特征之一，也是心功能障碍的重要诱因。CF 是健康心脏ECM 的来源，也是心脏病理改变的重要中介。在缺血、缺氧或炎症刺激条件下，CF 受到自身分泌或旁分泌的促炎症因子如肿瘤坏死因子-α、白介素-1β 等或是促纤维化因子如醛固酮、血管紧张素-Ⅱ、内皮素-1、转化生长因子-β 等的刺激，以及胞内转录因子WT1、T-box-18/20 等的作用，会促进CF 的活化。功能性CF 被活化并分化为肌成纤维细胞，肌成纤维细胞表现出增殖和侵袭特性，并启动修复性的愈合反应。它们分泌大量的细胞因子、生长因子和胶原蛋白纤维，促进心脏组织中纤维化瘢痕生成。心脏组织内过度纤维化和活性成纤维细胞持续存在可导致基质硬度增加和心功能异常，如左心室僵硬增加等风险，从而降低心脏功能。此外，过量ECM 的存在可能会降低心肌对氧和营养的摄取和利用，损害心脏功能[5-7]。

2 心肌纤维化显像剂及显像机制

FAP 是一种同二聚体膜结合丝氨酸蛋白酶，具有胞内和胞外可溶性截断形式。正常情况下，CF 处于静止状态，几乎不表达FAP。当心肌受到损伤或发生炎症时，CF 被活化，并大量表达FAP[8]。因而针对心肌表达FAP 的显像即是对心肌纤维化的可视化评估。

目前，针对FAP 表达的放射标记FAP 抑制剂（FAP inhibitor,FAPI）已经成功地在小鼠肿瘤模型和不同类型恶性肿瘤病人中应用，并显示出良好的显像性能[9-10]。近年来，不同修饰结构的放射性FAPI被不断开发[11-12]，不仅大量应用于临床肿瘤病人的诊断，在心脏疾病以及其他疾病中的应用前景亦被证实[13-14]。

3 放射性FAPI PET/CT 成像在心脏疾病中的应用

3.1 MI MI 是指心肌缺血引起的心肌坏死，可引发心力衰竭（heart failure,HF）、心律失常等。MI 后，纤维化反应在左心室重构中发挥关键作用。活化的CF 已被确定是这种修复反应的中心介质[3]。因而针对CF 及其表达产物FAP 的靶向显像可以评估MI后心脏重构。放射性FAPI PET/CT 成像作为一种新的检测方式，比血清生物标志物更直接、更可靠。但是，目前临床应用仍处于起步阶段，动物实验及临床应用案例仍在不断进行中，且病人心肌的样本获取又比较困难，临床组织病理学的验证仍是一大难题。

动物实验方面，Varasteh 等[15]对大鼠MI 模型进行68Ga-FAPI PET/CT 成像，这也是首次对MI 和心脏疾病的68Ga-FAPI PET/CT 成像探索。该结果显示在冠状动脉结扎后的第6 天，梗死区域出现了68Ga-FAPI 的摄取增高，而手术组大鼠远离梗死区的心肌以及假手术组的心肌始终保持示踪剂的微量摄取。Qiao 等[16]的大鼠MI 模型68Ga-FAPI-04 PET/CT 成像中也在术后第6 天获得与Varasteh 等研究一致的发现。同时Qiao 等延长了实验的进程至心肌梗死后35 d，并采用68Ga-FAPI-04 PET/CT 成像对MI 术后修复性纤维化动态变化进行验证。FAPI PET 影像与大鼠心脏组织切片FAP 免疫荧光染色结果相符合，MI 发生后3 d FAP 开始表达，此时FAPI 影像也显示出与对照组的差异。随着时间的变化，FAP 的表达在第6 天达到高峰，PET 影像也显示出最高的FAPI 摄取。在第28-30 天，FAPI 显像图片变为完全的阴性，免疫荧光也显示FAP 表达消失。同时心脏组织切片整体的免疫荧光染色结果与68Ga-FAPI 的放射自显影结果非常吻合。放射性68Ga-FAPI-04 PET/CT 能够实现对MI 大鼠梗死区域的准确、特异和动态判断，但是仍缺少关于验证MI 中心区域以及边缘区域CF 表达FAP 机制的研究。

在临床应用方面，Siebermair 等[17]研究了32 例进行癌症分期病人的68Ga-FAPI PET/CT 心脏影像，结果发现有6 例（18.8%）显示局灶性心肌的最大标准摄取值（SUVmax）为7.1±4.8、平均标准摄取值（SUVmean）为5.2±4.0，明显高于背景和远端心肌的SUVmax（2.2±0.6）和SUVmean（1.6±0.4）。同时，局灶性心肌示踪剂摄取组远端心肌的SUVmax为2.2±0.6、SUVmean为1.6±0.4，均高于非局灶性心肌示踪剂摄取组（SUVmax：1.5±0.4 和SUVmean：1.2±0.3），表明这些病人的整个左心室在重构，这一点在动物实验中未被发现。在其中的3 例冠心病病人中，主要病变心肌的面积与这些病人的局部FAPI 摄取也有良好的相关性。在已知心血管危险因素的病人中观察到局灶性富集更多，局部炎症反应或间歇性局部缺血可能是这种局部68Ga-FAPI 信号积累的解释[18]。对于MI 治疗预后的监测，68Ga-FAPI PET/CT 亦能发挥优势，不论是接受再灌注治疗后11 d 内、治疗1 个月后或者是经皮冠状动脉介入治疗术后病人，放射性FAPI PET/CT 成像均显示梗死区域68Ga-FAPI 摄取增高，但是相较于心脏MR（CMR），放射性FAPI PET/CT成像比CMR 成像能检出更多受累心肌，有高估实际梗死区面积的可能性[19-22]。同时在临床应用中也发现，MI 后成熟的瘢痕组织是不摄取示踪剂的，提示放射性FAPI PET/CT 成像在MI 早期诊断中的重要价值[19]。综上，放射性FAPI PET/CT 无创成像可以在心肌纤维化发生初期明确诊断，在分子水平上提供研究心脏重塑的方法，动态监测纤维化进程，可指导医生适时干预，防止过度纤维化引起的HF。同时进行PET/MRI可以从MRI 中获得更多的信息以提高诊断准确度，识别需要预防性干预的早期重塑表现，因而建议有条件的单位补充PET/MRI 诊断。

3.2 肿瘤心脏病 恶性肿瘤在治疗过程中病人很可能同时发生多器官不良事件，如心脏病[23]。心脏毒性常在接受胸部放射治疗和化学治疗期间或治疗后发生，包括心肌病、血栓、高血压、左心室功能不全。一些化疗药物，如长春碱、蒽环类药物、拉米珠单抗、曲妥珠单抗、环磷酰胺和5-氟尿嘧啶等，都可能增加肿瘤病人发生心脏病的风险[24]。

放射性FAPI PET/CT 可为肿瘤放化疗过程中产生的心脏毒性以及心肌损伤提供一种无创、即时和无偏差的诊断方法[11]。Totzeck 等[25]报道了1 例67岁男性胰腺导管腺癌病人的68Ga-FAPI PET/CT 心脏成像，在接受了多种抗肿瘤药物的化疗方案后，病人PET/CT 影像显示左心室心肌的大量示踪剂摄取。有些研究[18-19,26]也发现放射性FAPI 的摄取增高与既往接受蒽环类药物或烷基化剂治疗，亦或是接受免疫检查点抑制剂治疗均具有相关性。放疗相关肿瘤心脏病方面，Wei 等[27]首次使用18F-FAPI-04 PET/CT 对放射相关肿瘤心脏病进行了系统性研究，结果发现同步放化疗治疗后，病人心肌示踪剂摄取的组织与血液比明显增高（治疗后：1.88±0.70；治疗前：1.53±0.53），提示心肌损伤和重构。在放射性治疗-肿瘤心脏病大鼠模型中，从辐射暴露后的第2周开始，损伤心肌中示踪剂摄取显著增加，并在第5周达到峰值。与远端心肌相比，在受损心肌中观察到更强的示踪剂摄取，且早于心脏超声检查左室射血分数的变化，提示18F-FAPI-04 PET/CT 具有先于左室射血分数变化前早期监测辐射心肌损伤的临床潜力。动物组织切片实验中，放射自显影结果显示18F-FAPI-04 的摄取主要在受损心肌组织中（平均强度为:1 250.00±84.46），而在远端未受累心肌组织中未发现明显的摄取（平均强度为:493.80±49.74），Masson 和HE 染色显示的病灶位置与动物PET/CT成像结果也是相匹配的。同时，免疫组化结果显示辐照后心脏的FAP 表达明显高于对照组。Heckmann等[18]研究发现放射性FAPI 示踪剂的摄取增高与既往胸部放射治疗（OR=3.5，P=0.024）呈正相关，而且1 例食管癌病人在靠近心脏的位置予以放射治疗后显示心肌FAPI 强度显著增加。但Siebermair 等[17]研究发现1 例早期接受胸部放射治疗的病人（累积剂量为1.04 Gy）未表现出局灶性FAPI 示踪剂摄取，与前述研究结果相悖，这可能是由于治疗时间久远，心肌损伤已经修复完全。放射性FAPI 示踪剂最先开发出来是用在肿瘤诊断和分级中，对心脏疾病的诊断和预后监测效果已经初步显现，使用放射性FAPI 示踪剂对肿瘤诊断的同时，能否对肿瘤放化疗所引起的肿瘤心脏病实现早诊和监测治疗是值得探讨和期待的。但是肿瘤治疗过程中相关心肌病的发病率较低（约为1.4%）[21]，而且这种新型综合征的表型具有高度的可变性，因此明确诊断仍然具有挑战性。

3.3 HF HF 是一种由多种因素引起的心脏结构或功能异常的慢性进行性临床综合征。随着病情进展，HF 病人的生存期降低，可被视为心血管“恶性肿瘤”[28]。心脏损伤后，CF 开始通过分泌过量的ECM 重塑心肌，导致组织硬度增加，顺应性降低。有创的心肌内膜活检和MRI 可用于评估CF 密度和病理，但是不能在疾病早期发现病理性CF。

目前，关于HF 的放射性FAPI PET/CT 应用仍局限于动物实验研究，临床研究甚少。但是相关发现也足以证实其在HF 疾病中的诊断前景。Wang 等[29]使用68Ga-FAPI-04 PET/CT 对高血压型HF 大鼠模型（主动脉缩窄术）的心脏纤维化进行可视化研究，结果发现在术后的第2 周就出现了相较于假手术组的68Ga-FAPI-04 摄取，第4 周和第8 周更是始终保持高摄取状态，且最后也通过FAP 免疫组化等实验进行了验证。Song 等[30]对异丙肾上腺素诱导的HF 大鼠模型进行了68Ga-FAPI PET/CT 成像实验，研究发现HF 组大鼠心脏在实验第7 天68Ga-FAPI的摄取达到峰值，随时间的推移，心肌68Ga-FAPI 的摄取不断减弱，而心肌纤维化程度和心肌损伤程度仍不断增加。放射自显影结果显示，HF 组大鼠68Ga-FAPI 吸收量在第7、14 天逐渐升高，在第21及28 天减少。FAP 免疫荧光染色结果显示FAP 表达在第7 天达到峰值，第21 天开始下降，第28 天已检测不到。Masson 和HE 染色结果也显示HF 组大鼠在0～28 d 纤维化程度增加。因而，68Ga-FAPI 摄取结果与心肌Masson 染色和FAP 免疫荧光染色结果是一致的。造成HF 的原因是多样的。尽管主动脉缩窄术或异丙肾上腺素诱导的HF 动物模型对于揭示HF 的原因是非常有意义的，但仍有其局限性，因此迫切需要在临床应用中探索经验。总之，放射性FAPI PET/CT 可以监测HF 早期成纤维细胞的动态变化，可较好地预测非缺血性HF 预后。

3.4 肺动脉高压 肺动脉高压（pulmonary hypertension,PAH）是一种由多因素引起的疾病，其特征是肺血管阻力增加导致右心室负荷升高，右心室肥厚和适应性纤维化不断发生并最终导致右心室功能衰竭。使用传统的心脏成像（包括超声心动图、CT和CMR）评估右心室功能较困难，因为右心室具有复杂的新月形几何形状，具有小梁结构和非常薄的游离壁[31]。有关PAH 所致心肌纤维化的68Ga-FAPI PET/CT 诊断报道仍较少，但大多数研究的结果和结论基本一致。右心室游离壁、右心房整体以及右心室插入点均可见显著摄取68Ga-FAPI[32]。示踪剂摄取程度与右心室面积变化分数、三尖瓣环收缩期位移以及N 端B 型利钠肽水平均有显著相关性[31,33]。以上研究表明，68Ga-FAPI PET/CT 成像可能是评估PAH 病人右心室纤维化重塑的一种有前途和独特的方法，但由于研究的病人数量有限，与CMR 成像的关系仍需要进一步的研究。

3.5 肥厚型心肌病与扩张型心肌病 肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy, HCM）是一种常染色体显性疾病，其特征为心室肥厚，而无其他病因引起心脏负荷过重，其中心肌纤维化是HCM 的病理学特征[34-35]。针对HCM 的18F-FAPI PET/CT 成像已有系统性的临床研究，Wang 等[36]通过对50 例HCM病人的18F-FAPI PET/CT 影像研究发现，左室心肌18F-FAPI 摄取显著且不均匀，均高于22 例健康对照组，18F-FAPI 摄取的平均靶与背景比分别为8.8和2.1。在HCM 病人中，对比CMR 影像显示18FFAPI 摄取的节段显著多于心肌肥厚节段的数量，大量的非肥厚节段也显示18F-FAPI 摄取[37]。法布里病病人不仅在左心室均观察到显著且不均匀的18FFAPI 摄取，右心室也有同样表现[38]。Shi 等[39]报道了1 例非缺血性扩张型心肌病的68Ga-FAPI-04 PET/CT 影像，结果发现心脏摄取68Ga-FAPI-04 显著，左室下壁摄取最明显。以上研究表明，放射性FAPI PET/CT 相对于CMR 不仅可为心肌病提供早期和补充的信息，而且可为抗炎或靶向治疗减少成纤维细胞活化提供分子证据。18F-FAPI 显像比CMR 能识别更多受累心肌，有助于了解肥厚心肌以及扩张心肌的发病机制。

3.6 心肌淀粉样变 轻链型淀粉样变是一种罕见但危及生命的疾病，心脏受累在受累器官中预后最差，早期识别心脏受累可以及时进行干预，防止不可逆的心肌重构。Guo 等[40]报道1 例经心脏MR 诊断为心肌淀粉样变的女性病人，在行68Ga-FAPI PET/CT 检查后，显示增厚的左心室心肌弥漫性和不均匀的68Ga-FAPI 摄取。Xi 等[41]对1 例轻链型心脏淀粉样变病人进行18F-FAPI 显像，并进行CMR 检查，结果显示双心室心肌摄取显著但不均匀，在心尖前壁摄取最高（SUVmax=3.7）；此外，还观察到双房心肌轻度摄取（SUVmax=2.6）。以上2 例报道进一步证明了放射性FAPI PET/CT 成像在检测心肌淀粉样变心房成纤维细胞激活的能力，但均为个案报道，仍需要大量临床研究来验证。

3.7 其他心脏疾病 除应用于常见的心脏病外，放射性FAPI 也应用于其他罕见的心脏病。Lin 等[42]报道了1 例高血压病人心脏的68Ga-FAPI PET/CT 弥漫摄取，在给予一定的改善心脏重构等药物治疗后病人症状改善。Kupusovic 等[43]回顾性分析了经冷冻消融和射频技术行肺静脉隔离（pulmonary vein isolation, PVI）术后病人的左心房肺静脉区68Ga-FAPI 的摄取情况，结果发现，在大多数PVI 病人中示踪剂摄取增加[SUVmax：4.3±2.2，标准摄取峰值（SUVpeak）：2.9±1.4]，而在对照组中没有摄取（SUVmax：1.6±0.2，SUVpeak：1.3±0.2），且与射频病人（SUVpeak：2.5±0.8）比，冷冻消融病人的摄取值（SUVpeak：4．4±1.5）更高，表明在心肌热损伤后特异性的成纤维细胞激活。但该回顾性研究有一些局限性，首先没能够提供组织学验证，而且在消融前没有进行68Ga-FAPI PET/CT，因此无法区分术后摄取和潜在的术前局部成纤维细胞激活之间的差异。未来的研究有必要评估这种方式是否有助于更好地理解PVI 后心房颤动复发的机制。Si 等[44]报道1 例罕见的嗜酸性粒细胞白血病合并进展性嗜酸性心肌炎且有心内血栓病人的18F-FAPI-04 PET/CT 影像，通过指导和监测18F-FAPI PET/CT 成像，并联合多模态成像技术，获得了心脏结构重构早期成纤维细胞激活变化的可视化影像，后期经抗纤维化治疗，取得了良好的临床疗效。

4 小结与展望

心脏疾病发生发展过程中，活化的CF 在心脏重塑过程中发挥作用，FAP 作为活化的CF 稳定表达蛋白，在心肌发生损伤时大量表达，靶向FAP 的放射性FAPI PET/CT 成像对于监测心脏疾病中的CF 的活化具有显著优势。损伤心肌对放射性FAPI的摄取也与FAP 的表达水平呈正相关。活化成纤维细胞的无创FAPI PET/CT 成像可凭借其独特的方式来反映心脏疾病发展过程中心脏重塑随时间的变化，并能够对防止心脏功能进行性下降的治疗干预措施进行评价。但是，相关疾病的临床病例仍较少，缺乏一定的系统性，临床研究有一定的特殊性；动物模型的临床前研究不能完全代表临床应用，因此放射性FAPI PET/CT 要在临床中发挥真正实力仍有很多问题亟待解决。同时，随着心脏疾病不断被重视，其分类更为细化，包括糖尿病心肌病、代谢性心肌病和射血分数保留型HF 在内的心脏疾病，其临床诊断和预后监测都需要更为精准的手段。因此，未来需要更多的核药学、核医学及临床医生的鼎力合作，最大程度发挥放射性FAPI PET/CT 的临床效能，助力心脏病和其他疾病的精准诊疗。