龐澤堃 李劍明

(泰達國際心血管病醫(yī)院核醫(yī)學科，天津 300457)

心血管相關疾病是目前全世界范圍內死亡率最高的疾病之一，而心肌是其重要的致病損傷靶點之一。由于多種原因導致的心肌細胞受損，甚至壞死的表現，稱為心肌損傷。單光子發(fā)射計算機斷層成像(single photon emission computed tomography，SPECT)和正電子發(fā)射型計算機斷層成像(positron emission tomography/computed tomography，PET/CT)能用于心肌損傷的無創(chuàng)影像學檢測，如最常用的SPECT或PET/CT心肌灌注顯像技術能區(qū)分出可逆性與不可逆性心肌缺血。通?？赡嫘怨嘧⑷睋p提示早期及慢性的冠狀動脈血流儲備和/或微血管功能受損，可導致心臟負荷狀態(tài)下的心肌缺血；不可逆性灌注缺損則更可能導致心肌頓抑、心肌冬眠、心肌梗死(myocardial infarction， MI)，甚至心肌纖維化或變性壞死，預后更差[1-2]。因此，早期和及時地探測心肌損傷并進行相應的干預治療則顯得尤為重要，有助于去除致病因素，中斷損傷，延緩并逆轉心肌損傷的程度。

心肌損傷可由與其供血和供氧相關密切因素(如冠狀動脈疾病)或心肌細胞自身因素所導致，亦可由外部致病因素所導致。例如，對于急性心肌梗死(acute myocardial infarction， AMI)患者，雖然及時開通閉塞血管恢復心肌血流是最有效的干預措施，但較長時間的血流受限后的再灌注本身可能是心肌損傷的主要原因，即缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury， IRI)，會使患者的預后惡化[3]。此外，放射治療、化學治療和靶向治療使廣大腫瘤患者的復發(fā)率和死亡率下降，生存時間顯著延長。但隨著數十年的觀察，腫瘤治療相關的心血管和心肌損傷也逐漸引起人們的注意和警惕。腫瘤患者因放射治療、化學治療及靶向治療過程中導致的心臟組織結構一系列病理性變化，如心肌纖維化、心肌壞死、冠狀動脈微循環(huán)功能障礙以及心肌炎性病變等均為常見的心肌損傷表現形式[4]。

因此，盡管導致心肌損傷的致病因素多樣，某些機制復雜不明，但都伴隨著復雜的分子水平的生理生化過程的改變。放射性核素分子顯像能從活體上示蹤心肌損傷過程的分子活動變化而被寄予厚望，它在此類患者心肌損傷的早期識別和早期診斷中起著關鍵而獨特的作用?；诜派湫院怂胤N類豐富的特性，能通過不同的特異性放射性核素分子探針提供組織功能與代謝等分子水平信息，對于早期發(fā)現心肌損傷及潛在機制的研究十分重要。為此，現擬從目前發(fā)現的有望用于心肌損傷診斷的新型放射性核素分子探針角度，對其基本原理、相關研究進展與潛在應用價值做一綜述。

1 新型放射性核素分子顯像劑及其對心肌損傷的研究

1.1 18F標記的化合物

1.1.118F-FGA

葡糖二酸是一種葡萄糖的天然衍生物，研究發(fā)現99mTc標記的葡糖酸鹽會在梗死心肌中大量聚集，由此設計出FGA用于MI的顯像。18F-FGA作為一種新型的梗死灶顯像劑，以氟代脫氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose， FDG)為前體可較為容易地制備而獲得，它可在壞死區(qū)域積聚，從而直接檢測梗死組織，明確區(qū)分心臟缺血區(qū)域和壞死區(qū)域。由于組織壞死在冠狀動脈閉塞的最初幾個小時內就已開始，因此對壞死組織直接成像所獲得的信息對MI患者的早期評估具有潛在的巨大價值[5]。18F-FGA具有以下優(yōu)點：(1)注射18F-FGA后4 h進行正電子發(fā)射斷層成像(positron emission tomography，PET)較注射后1 h顯像時靶/非靶的比值大幅提高；(2)血液清除較快，在肝臟、肺或骨骼等組織器官中滯留極少；(3)在心肌損傷的早期即可出現濃聚。因此，18F-FGA是一種很有前景的分子顯像劑，它可與傳統心肌灌注顯像相結合，提高MI和心肌損傷診斷的特異性。

1.1.218F-FEDAC

線粒體在調節(jié)細胞代謝、產生三磷酸腺苷促進細胞生長以及參與凋亡通路等方面起著至關重要的作用，線粒體功能障礙已被證實是細胞死亡的前兆[6]。因此，對于線粒體功能障礙的可逆病理改變，尤其是凋亡和自噬過程中發(fā)生的超微結構改變的早期檢測顯得十分重要。在線粒體功能障礙早期階段進行干預可能會阻止細胞死亡，從而挽救缺血心肌、抑制心肌重構和維護整體的心功能。

線粒體外膜轉運蛋白是參與調控線粒體功能的重要成分，18F標記的FEDAC是目前作為轉運蛋白靶向分子探針的最佳選擇[7-8]。18F-FEDAC具有以下優(yōu)勢：(1)標記方法相對簡單且穩(wěn)定性良好；(2)血液清除快；(3)肝臟攝取分布低，克服了常規(guī)心肌灌注顯像劑肝臟攝取分布較高對心肌下壁遮擋的問題。但目前存在肺和腎上腺攝取較高的缺點，未來需研究者的進一步改進。

1.1.318F-DHMT

過量的活性氧(reactive oxygen species， ROS)產生已被認為與各種心血管疾病的發(fā)生和進展有關，如心肌IRI和蒽環(huán)類藥物引起的心臟毒性和心力衰竭[9]。既往對ROS的無創(chuàng)測定僅限于評估ROS生成酶的活性、ROS的氧化產物或尿液中的生物標志物[10]。然而，這些生物標志物對心肌并不具有特異性，而且經常檢測到非心肌組織來源的ROS。最近，Wu等[11]報道了一種新型18F標記的二氫乙錠類似物DHMT，18F-DHMT可直接檢測體內心肌過氧化物的生成情況。結果表明18F-DHMT PET能在進行性蒽環(huán)類藥物誘導的心臟毒性嚙齒動物模型中，在左室射血分數下降前檢測到心肌過氧化物的生成。

我家門口的鞋柜臺上，立著一個銀色的小鬧鐘。它有一張大大的玻璃圓臉，時刻直播著時針、分針、秒針三兄弟的跑步比賽。一雙細長的小腿，斜撐著整個身體。后腦勺有四個黑色按鈕，頭上有兩個渾圓大銀耳，中間豎著一把小鐵錘，到了設定的時間就會用力地左右搖擺，敲打在兩個耳朵上，發(fā)出“叮叮?！钡木薮舐曧懀盐覐奶鹈赖膲糁欣噩F實，催我起床“開工”去。

18F-DHMT作為一種過氧化物探針，可用于絕對定量測定心肌ROS的產生，對于闡明ROS在許多心血管疾病的病理生理學和進展中的潛在作用至關重要。

1.2 68Ga標記的化合物

1.2.1 C-X-C型趨化因子受體4/C-X-C型趨化因子配體12相關的68Ga標記物

C-X-C型趨化因子受體4 (C-X-C motif chemokine receptor 4， CXCR4)是一種跨膜G蛋白耦聯受體，通過與其配體C-X-C型趨化因子配體12(C-X-C motif chemokine ligand 12， CXCL12)相互作用，在血管形成以及將免疫細胞向損傷和炎癥組織的募集中發(fā)揮關鍵作用，現已成為具有廣泛應用前景的炎癥顯像劑[12-13]。最近，一種CXCR4的特異性配體68Ga-pentixafor被用于檢測CXCR4表達的臨床分子影像學研究中。Derlin等[14]對37例因急性ST段抬高心肌梗死行支架植入再灌注治療的患者進行成像，結果表明68Ga-pentixafor有助于識別由血管壁炎癥以及支架損傷引起的罪犯和非罪犯血管斑塊中CXCR4的表達增加，對研究心肌IRI及其機制和治療方法提供了幫助。CXCR4/CXCL12相關的68Ga標記物具有以下優(yōu)勢：(1)成像方法相對簡單且穩(wěn)定性良好，成像前無需調節(jié)血糖；(2)血液清除快；(3)對于鑒別心肌炎癥結果可靠。

由上可知，進一步研究CXCL12/CXCR4分子成像的潛在預后和治療價值，以及趨化因子顯像在更多臨床相關模型如心肌IRI以及其他心肌炎癥中的價值將是未來研究的目標。

1.2.268Ga-DOTA及其衍生物

68Ga-DOTA可用于MI的檢測，表現為靜息心肌血流灌注減少和后期顯像劑滯留增加。這是由于該顯像劑分布于細胞外間隙，不能被動地擴散到完整的細胞中，細胞外間隙的顯像劑延遲洗脫，即延遲對比增強。因此在成像的后期，梗死區(qū)的放射性濃度升高，這一發(fā)現類似于心臟磁共振成像中使用的延遲增強成像，它可觀察到梗死心肌中細胞失去膜的完整性或心肌被纖維化取代的情況[15]。

免疫檢查點抑制劑(immune checkpoint inhibitor， ICI)已成為最有前景的抗腫瘤藥物之一，目前臨床應用十分廣泛。需注意的是，ICI引起免疫相關毒性不容小覷，部分表現為嚴重致死性毒性。尤其是ICI相關心肌炎是一種罕見但可能致命的不良事件，因此早期診斷和治療是改善患者預后的關鍵。68Ga-DOTATOC是一種68Ga-DOTA的生長抑素受體衍生物，Boughdad等[16]納入9例臨床懷疑ICI相關心肌炎的患者進行68Ga-DOTATOC PET，結果顯示心肌炎患者左心室表現出明顯顯像劑異常攝取，表明這是一種高度敏感的ICI相關心肌炎的檢測手段，并且得到心內膜活檢病理的證實。68Ga-DOTA螯合物具有以下優(yōu)勢：(1)與18F-FDG相比，68Ga-DOTA用于檢測ICI相關心肌炎時不需要幾天的準備過程，非常適合于緊急情況下的檢查；(2)單次注射示蹤劑后可進行全身采集。

1.2.368Ga-FAPI

成纖維細胞活化蛋白(fibroblast activation protein， FAP)是一種膜錨定蛋白，會在被激活分化為肌成纖維細胞的成纖維細胞中特異表達[17]。在動物模型中，心肌缺血后梗死區(qū)域的FAP表達明顯增加，并被證明是心臟結構重構和導致心肌纖維化進展的關鍵因素[18]。68Ga標記的FAP抑制劑(68Ga-FAPI)最初用于癌癥相關的成纖維細胞顯像，近年的研究[19]表明也可用于心肌成纖維細胞激活情況的檢測。Kessler等[20]對10例AMI后的患者進行68Ga-FAPI PET，所有患者均觀察到有局灶性心肌FAPI異常攝取，并且攝取部位與冠狀動脈造影檢出的罪犯血管匹配性良好，結果表明AMI患者缺血后的心肌存在成纖維細胞的激活情況，這種成像方式可真實地反映AMI后心肌損傷的程度。

1.2.468Ga-NODAGA-RGD

整合素是異源二聚體跨膜糖蛋白受體，介導細胞與周圍環(huán)境之間的相互作用。當缺血誘導新生毛細血管的形成時，新生毛細血管中的整合素αvβ3會有高表達[21]。因此，它是PET血管生成顯像中最常用的分子靶點。正電子示蹤劑68Ga-NODAGA-RGD是αvβ3整合素的配體，通過結合整合素αvβ3反映血管生成。Bentsen等[22]對一只小型豬的冠狀動脈左前降支短暫閉塞120 min，8周后在PET/MR上進行成像。在磁共振成像的心肌延遲強化掃描中可見大范圍的前間壁MI。梗死區(qū)域與PET/MR融合圖像上68Ga-NODAGA-RGD高攝取的區(qū)域相對應，且PET圖像上的梗死范圍略大于磁共振成像圖像，而健康的心肌無攝取。同時，研究者還從梗死邊緣和健康心肌取樣活檢，用免疫組化法檢測αvβ3的表達，結果表明與正常心肌相比，MI邊緣毛細血管的αvβ3表達增高，這也支持了68Ga-NODAGA-RGD攝取可以反映血管生成的假設。

上述研究結果表明68Ga-NODAGA-RGD有助于鑒定與冠狀動脈狹窄所致的心肌損傷修復相關的整合素αvβ3的激活，還可以檢測心肌缺血中近期出現心肌損傷的區(qū)域，有助于臨床的早期治療和決策。

1.3 99mTc標記的化合物

1.3.199mTc標記的耐久霉素

磷脂酰乙醇胺是人體內含量第二豐富的甲基磷脂，同時也是凋亡細胞分子成像的一個重要靶點[23]。近幾年開發(fā)了一種磷脂酰乙醇胺特異性分子探針99mTc標記的耐久霉素(99mTc-duramycin)，廣泛應用于檢測IRI和動脈粥樣硬化中的細胞凋亡[24]。先前研究[25]證實了99mTc-duramycin用于腦IRI成像的可行性，并在大鼠卒中模型中展示了良好的藥代動力學。由于99mTc-duramycin的SPECT可定量地評估細胞損傷的程度，因此也將其用于MI和心肌IRI模型中心肌細胞凋亡的檢測。Liu等[26]利用IRI模型大鼠驗證了99mTc-duramycin SPECT檢測心肌IRI的可行性，研究發(fā)現缺血區(qū)熱點在注射顯像劑后30 min內即可明確定位，2 h時熱點的放射性水平等于或高于肝臟。相對于正常的心肌區(qū)域，99mTc-duramycin在缺血區(qū)表現出持續(xù)高攝取模式，24 h時仍可檢測到較高的攝取，并且缺血區(qū)域范圍較前有擴大的趨勢。

因此，99mTc-duramycin SPECT的優(yōu)點是能無創(chuàng)地動態(tài)觀察小鼠模型心肌IRI和MI時的細胞凋亡變化，這將為今后心肌損傷細胞凋亡程度的診斷以及治療MI新藥的體內評價提供有力的影像學指導。

1.3.299mTc-rCR2

補體激活是公認的IRI的媒介，心肌細胞是補體蛋白的已知來源，其激活產物可介導組織炎癥、細胞死亡和壞死信號[27]。研究表明AMI患者的心肌再灌注治療與補體沉積顯著增加有關，這反映出再灌注可能會增強缺血心肌中補體的激活[28]，為從影像學上對激活的補體進行成像提供了可能。

Sharif-Paghaleh等[29]研究了通過體外成像檢測和量化補體成分3(complement 3， C3)的潛力，作為小鼠心肌IRI模型中補體激活的標志，他們使用99mTc標記的重組補體受體2(99mTc-rCR2)進行配位標記，該受體在補體激活的部位專門用于檢測C3。與對照組相比，在補體完整的小鼠中使用99mTc-rCR2能在再灌注的心肌中檢測到特異性顯像劑攝取，這表明99mTc-rCR2成像可用于無創(chuàng)性檢測激活的補體。同時，損傷心肌組織中C3d的無創(chuàng)評估有可能用于定量補體介導的損傷程度，對可能使用補體抑制劑治療的患者進行分層，并評估對此類治療的反應。因此，99mTc-rCR2在未來可用來量化補體激活導致的心肌損傷的嚴重程度，在臨床上對IRI的預防和治療提供幫助。

1.3.399mTc-RP805

炎癥細胞是蛋白酶的主要來源，基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是一種鋅依賴性的蛋白水解酶，可降解細胞外基質中的多種蛋白，它的激活會導致血管內斑塊破裂和MI后心肌重構不良。作為一種MMP的放射性靶向示蹤劑，99mTc-RP805已在MI后心肌重構和動脈粥樣硬化等臨床研究中顯示出較好的應用前景[30]。在動脈粥樣硬化和主動脈瓣鈣化的小鼠模型中，99mTc-RP805的組織攝取與MMP活性和CD68巨噬細胞的表達有很好的相關性，因此，MMP靶向成像可間接地了解到心血管炎癥的程度。例如，在血管緊張素Ⅱ誘導的動脈瘤小鼠模型中[31]，SPECT圖像上的99mTc-RP805在主動脈的顯影與酶譜儀量化的MMP活性以及CD68信使RNA表達呈現出較好的相關性，而后者則是單核細胞和巨噬細胞的標志物。因此，99mTc-RP805炎癥顯像提供了一種無創(chuàng)的方法，可潛在地指導和評估早期干預性治療，以減少心肌炎性反應以及調節(jié)MI后的心肌重構，評估該成像方法的預測價值和MMP抑制劑治療效果可能是未來的研究方向之一。

2 總結與展望

心肌損傷的病因多樣，某些發(fā)病機制復雜不明，且大都伴隨著復雜的分子水平的生理和生物化學活動的改變。迄今為止，放射性核素顯像作為分子成像的代表性手段，特別是隨著眾多新型的放射性核素分子顯像劑被發(fā)明、研究和應用，能在分子水平對心肌損傷進行早期識別、診斷和評估，在活體分子成像層面上對機體心肌損傷的分子及病理生理學機制提供豐富而有價值的信息，然而，目前大多數的新型放射性核素分子顯像劑仍處于動物實驗階段，生物利用度較低、毒性及不良反應較多以及臨床有效性較差都是制約其發(fā)展和臨床應用的因素。因此，目前仍需更深層次的研究用于進一步篩選和制備更加理想的特異性分子顯像劑。未來，放射性核素分子顯像劑在心血管相關疾病的早期精確診斷、指導治療方案制定以及療效預測和評價等方面必將發(fā)揮出更加重要的作用。