11C-PIB合成物在小鼠體內(nèi)分布及在人體顯像中的應(yīng)用*

王治國 左 峰 張國旭* 張宗鵬 石慶學(xué) 吳銳先

11C-PIB合成物在小鼠體內(nèi)分布及在人體顯像中的應(yīng)用*

王治國①左 峰①張國旭①*張宗鵬①石慶學(xué)①吳銳先①

目的：通過GE公司合成器Tracerlab FX C合成β淀粉樣蛋白(Aβ)的正電子發(fā)射斷層掃描(PET)顯像劑11C-熒光匹茲堡化合物B(11C-PIB)，研究其在小鼠體內(nèi)分布，并探討其在人體顯像中的應(yīng)用價值。方法：將經(jīng)過合成器合成的質(zhì)量控制顯像劑注射于12周齡正常小鼠，測出各個時間點的放射性攝取分布。同時將此顯像劑分別用于阿爾茨海默病(AD)患者與健康志愿者的檢查，對比PET-CT圖像特點。結(jié)果：產(chǎn)品放射性化學(xué)產(chǎn)出率為13.5%(校正后)，其純度＞98%。小鼠注射顯像劑5 min后放射性攝取分布達(dá)到最大，10～15 min后小鼠體內(nèi)藥物分布已經(jīng)趨近平衡。11C-PIB在人體內(nèi)圖像分布特點是，額前葉(包括眶回)、內(nèi)側(cè)頂葉(特別在楔前葉)、外側(cè)頂葉、部分外側(cè)顳葉皮層以及紋狀體呈高分布區(qū)域；島葉、丘腦及枕葉相關(guān)皮層相對低攝??；初級視覺皮層及周圍區(qū)域、內(nèi)側(cè)顳葉、初級感覺和(或)運動區(qū)域呈更低的區(qū)域分布；小腦基本無11C-PIB分布。結(jié)論：11C-PIB是較理想的Aβ斑塊顯像劑，合成快速方便，適于AD患者的診斷與療效評價。

11C-熒光匹茲堡化合物B；自動化合成；體內(nèi)分布；PET-CT顯像；阿爾茨海默病

老年癡呆又稱阿爾茨海默病(alzheimer disease，AD)是影響老年人生活質(zhì)量及生命健康的主要疾病之一，是臨床上多見的疾病。目前，臨床上對AD診斷主要是靠問詢患者的癥狀及神經(jīng)心理量表測試檢查，其結(jié)果的誤差導(dǎo)致診斷特異性及敏感性較低，甚至影響治療時機(jī)，嚴(yán)重影響患者的預(yù)后發(fā)展[1]。近年來，隨著分子生物學(xué)、分子影像學(xué)研究的發(fā)展，AD在臨床前期甚至早期診斷成為可能。如正電子發(fā)射斷層掃描(positron-emission tomography，PET)，其機(jī)制是應(yīng)用同位素示蹤原理將短壽命放射性核素標(biāo)記在生物分子上，以三維立體成像形式將體內(nèi)器官、組織以及細(xì)胞的生理情況及病理變化靈敏地反映出來[2]。11C標(biāo)記的熒光匹茲堡化合物B(pittsburgh compound11C-PIB)，與AD的特征性病理沉積β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)特異結(jié)合并顯像[3]。研究顯示，11C-PIB PET在AD的診斷、鑒別診斷以及藥物研發(fā)方面均有重要價值[4-5]。因此，本研究采用GE自動化合成器合成11C-PIB，其產(chǎn)品經(jīng)質(zhì)量控制合格后用于測量小鼠體內(nèi)放射性分布，并對5例臨床診斷為癡呆的患者以及5例智能正常的健康老年人分別進(jìn)行了11C-PIB PET檢查，以探討11C-PIB PET在AD診斷和鑒別價值。

1 資料與方法

1.1 實驗動物

選用昆明小鼠，12周齡，體質(zhì)量17～20 g，由沈陽軍區(qū)總醫(yī)院動物研究所提供。

1.2 主要儀器與試劑

(1)主要儀器。MINItrace型回旋加速器、TRACERlab FXc合成器、配半制備HPLC、色譜柱為反向C18柱和PET-CT均為美國GE公司生產(chǎn)；WIZARD 1470型γ計數(shù)器(美國PE公司)；CRC-15R活度儀(美國Capintec公司)；UC-3220高效液相色譜(HPLC)分析系統(tǒng)(配放射性檢測器，北京優(yōu)聯(lián)光電技術(shù)公司)；色譜柱為XB-C18柱(5 μm，250.0 mm×4.6 mm)；Mini Scan型薄層掃描儀(美國Bioscan公司)。

(2)主要試劑。6-OH-BTA-0(德國ABX公司)；丙酮、乙醇(德國Merck公司)；PIB標(biāo)準(zhǔn)品(德國ABX公司)。

1.311C碘代甲烷的合成

在MINItrace合成器上的加速器中利用14N(p，α)11C反應(yīng)生產(chǎn)11C，在靶內(nèi)與氧氣反應(yīng)生成11CCO2，共轟擊50 min，束流30 μA；前體3.9 mg以0.5 ml丙酮溶解，2號瓶加淋洗液(60%乙醇)1 ml，而后加熱MeI爐至730 ℃，此過程約需要10 min，CH4trap開始降溫至140 ℃，需要14 min。同時傳輸11CCO2與H2反應(yīng)生成11C-CH4，后經(jīng)CH4trap捕獲，進(jìn)入碘爐與I2反應(yīng)循環(huán)，后11C-碘代甲烷由CH3I trap捕獲。

1.411C-Triflate-CH4及產(chǎn)品的合成

在不銹鋼管(10 mm×70 mm)內(nèi)，裝入0.4 g三氟甲基磺?；y與0.65 g石墨的混合物。通入氦氣，加熱到190 ℃活化40 min以上，將合成的11C-碘代甲烷通入該管，在線轉(zhuǎn)換為11C-Triflate-CH4，將其傳到反應(yīng)瓶經(jīng)丙酮溶解與6-OH-BTA-0反應(yīng)，反應(yīng)后經(jīng)高效液相色譜(high performance liquid chromatography，HPLC)UV 254 nm分離產(chǎn)品。

1.511C-PIB質(zhì)量控制

采用HPLC分析放射化學(xué)純度，HPLC柱為Ultimate XB-C-18，5 μm，4.6 mm×250 mm，放射化學(xué)純度＞98%。需注意因為淋洗液中含有乙醇，具有刺激性，產(chǎn)品收集后用生理鹽水稀釋后方可用于顯像。

1.6 小鼠體內(nèi)分布實驗

取正常12周齡小鼠14只，測量其體內(nèi)放射性分布，采用10%水合氯醛腹腔麻醉實驗小鼠，經(jīng)尾靜脈注入37 MBq/ml(1ml)的11C-PIB(6.7±0.7)MBq，分別于5 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min和60 min后同時取2只小鼠取心臟、肝臟、肺、腎臟、血液及膀胱等器官，稱取質(zhì)量，用γ計數(shù)器測定放射生計數(shù)，取平均數(shù)，計算放射性攝取值(%ID/g)。

1.7 人體顯像

(1)患者資料。選擇2015年1月至2016年12月在沈陽軍區(qū)總醫(yī)院行11C-PIB PET-CT檢查的5例AD患者為AD組，其中男性4例，女性1例；年齡51～83歲，平均年齡(75.5±10.6）歲；另選擇智力行為正常的5名老年人為正常組，其中男性3名，女性2名；年齡80～85歲，平均年齡(83.1±7.23)歲。正常組智力行為檢查均正常，檢查排除神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病。AD組全部病例經(jīng)3名專家同時進(jìn)行了系統(tǒng)的病史采集，?？撇轶w，認(rèn)知功能量表測試，均進(jìn)行顱腦CT、MR檢查。進(jìn)行11C-PIB PET-CT檢查前告知本人或家屬檢查信息，并簽署知情同意書。

(2)顯像方法。所有受檢者在注射11C-PIB前平靜休息，將經(jīng)質(zhì)量控制合格后的11C-PIB(555～740 MBq)靜脈注射后立即行PET動態(tài)掃描，受檢者平躺在掃描床上，頭顱躺在頭托內(nèi)，檢查時保持環(huán)境安靜，仰臥位，盡量保持頭部不動。定位后采用3D模式動態(tài)連續(xù)采集60 min，經(jīng)濾波反投影(filtered back projection，F(xiàn)BP)重建。在11C-PIB PET采集完20 min后PET數(shù)據(jù)經(jīng)低劑量CT進(jìn)行衰減校正、迭代重建后和CT圖像一同傳送至Xeleris工作站進(jìn)行同機(jī)圖像融合，進(jìn)行橫斷面、冠狀面及矢狀面多幅圖像顯示。采用圖像視覺分析方法由2名核醫(yī)學(xué)醫(yī)師盲法目測分析兩組受試者的顯像圖像結(jié)果。

2 結(jié)果

2.111C-PIB情況

HPLC分離，出峰時間約10 min，反應(yīng)用時50 min，11C-PIB放射性活度為65 mCi(1Ci=3.7×1010Bq)，放射性化學(xué)產(chǎn)出率為13.5%(未校正)，如圖1所示。

2.2 小鼠放射性攝取分布

正常12周齡小鼠放射性攝取5 min時，全身各部分組織攝取11C-PIB較多，腦內(nèi)含量(%ID)為0.0129，60 min后降為0.0019。其次，在肝和腎中含量(%ID)分別從0.1203和0.0841降至0.0986和0.0483。注射顯像劑10～15 min后小鼠體內(nèi)藥物分布已經(jīng)趨近平衡。正常小鼠放射性攝取分布結(jié)果分析見表1；腦內(nèi)放射性分布如圖2所示。

圖1 11C-PIB的HPLC分離圖譜

表1 11C-PIB在正常小鼠體內(nèi)不同臟器不同時間點的放射性攝取分布(%ID)

圖2 正常小鼠腦內(nèi)不同時間的放射性分布圖

2.3 兩組受檢者圖像分析

(1)正常組腦顯像未見明顯萎縮征象，注射顯像劑后10 min時大腦皮質(zhì)及兩側(cè)海馬區(qū)域顯示清晰，左右對稱；皮質(zhì)下各核團(tuán)(紋狀體、丘腦)及橋腦顯像結(jié)構(gòu)完整、清晰對稱，放射性分布較皮質(zhì)及海馬區(qū)高；小腦對稱；白質(zhì)顯像欠清晰。30 min時腦組織放射性明顯減退，皮質(zhì)及皮質(zhì)下核團(tuán)、腦橋和小腦放射性較10 min時明顯減低。60 min左右時皮質(zhì)及皮質(zhì)下核團(tuán)、腦橋和小腦放射性放射性均已基本清除，腦結(jié)構(gòu)分辨不清。

(2)AD組患者腦萎縮明顯，腦室系統(tǒng)擴(kuò)大。10 min時AD患者腦圖像即可見皮質(zhì)、皮質(zhì)下核團(tuán)、海馬、小腦和腦橋的放射性分布顯著高于正常組，以紋狀體和丘腦為著，提示上述部位存在11C-PIB的放射性滯留，白質(zhì)放射性相對較低。30 min時皮質(zhì)、皮質(zhì)下核團(tuán)、海馬和腦橋放射性較10 min時有清除，但總體放射性清除緩慢，相對健康對照者清除不明顯，皮質(zhì)及皮質(zhì)下核團(tuán)、海馬和腦橋仍存在較高的放射性滯留，白質(zhì)部分放射性較低，小腦部分放射性清除相對明顯。60 min顯像仍可區(qū)分皮質(zhì)、皮質(zhì)下核團(tuán)及腦橋，放射性清除緩慢。小腦部位顯影不清，放射性已基本清除。

3 討論

大腦皮質(zhì)Aβ沉積是AD特征性病理改變之一[6]。11C-PIB作為可與Aβ特異性結(jié)合的分子探針，自2004年首次報道以來，在AD及相關(guān)疾病的診斷及鑒別診斷研究中應(yīng)用廣泛[7]。本研究中AD組患者腦組織較之正常組老年人腦組織攝取11C-PIB明顯增高，尤其是病理改變嚴(yán)重的顳葉、額葉和頂葉。這一研究結(jié)果表明，11C-PIB PET在AD早期診斷中具有重要作

用[8-10]。

AD患者腦皮質(zhì)中有不同程度的淀粉樣蛋白沉積，因此11C-PIB可以與之結(jié)合，11C-PIB圖像與正常人群有所差異，早期同正常人群，到后期僅小腦的11C-PIB洗脫率與對照者相同，其他腦灰質(zhì)表現(xiàn)為較慢的初始攝取，且由于較慢速度的11C-PIB洗脫而保持較高水平的活性(與小腦比較)。典型的AD圖像11C-PIB分布特點是，額前葉(包括眶回)、內(nèi)側(cè)頂葉(特別在楔前葉)、外側(cè)頂葉、部分外側(cè)顳葉皮層和紋狀體呈高分布區(qū)域；島葉、丘腦和枕葉相關(guān)皮層相對低攝取；初級視覺皮層及周圍區(qū)域、內(nèi)側(cè)顳葉、初級感覺和(或)運動區(qū)域呈更低區(qū)域分布，小腦基本無11C-PIB分布。

Aβ的過量沉積并非AD患者所特有，該病理表現(xiàn)還可存在于路易體癡呆及淀粉樣血管病變患者，尸檢發(fā)現(xiàn)正常老年人腦內(nèi)也可以見到淀粉樣蛋白的沉積[11-12]。11C-PIB為能夠與Aβ特異性結(jié)合的小分子探針，與腦組織中Aβ的結(jié)合幾乎為1∶1，因此，可以設(shè)想上述Aβ沉積同樣也可以被11C-PIB標(biāo)記，部分研究也證實了這一點[13-15]。體外試驗結(jié)合了放射自顯影法與組織化學(xué)技術(shù)，表明[3H]-PIB不僅能夠標(biāo)記AD患者的經(jīng)典斑塊(classic plaques，CPs)，同樣也可以標(biāo)記含有的病理學(xué)改變的腦淀粉樣血管病變

參考文獻(xiàn)

[1]Norton S，Matthews FE，Brayne C.A commentary on studies presenting projections of the future prevalence of dementia[J].BMC Public Health，2013，13：1.

[2]Ercoli LM，Small GW，Siddarth P，et al.Assessment of dementia risk in aging adults using both FDG-PET and FDDNP-PET immaging[J].Int J Geriatr Psychiatry，2012，27(10)：1017-1027.

[3]劉慧慧，孫虹，劉賽男，等.分子影像學(xué)在阿爾茨海默病診斷及鑒別診斷中的價值[J].中華老年心腦血管病雜志，2015，17(4)：399-401.

[4]孫慧萍，周衛(wèi)華，張錦明，等.AD顯像劑11C-PIB合成效率的影響因素[J].同位素，2012，25(4)：235-248.

[5]張錦明，王武尚，張曉軍，等.Aβ斑塊顯像劑：11C-PIB的合成及標(biāo)記[J].核化學(xué)與放射化學(xué)，2011，33(3)：189-191.

[6]郭喆，姚樹林，張錦明，等.阿爾茨海默病11C-PIB PET連續(xù)動態(tài)顯像結(jié)果分析[J].軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院學(xué)報，2010，31(7)：637-642.

[7]Ly JV，Donnan GA，Villemagne VL，et al.11CPIB binding is increased in patients with cerebral amyloid angiopathy-related hemorrhage[J]. Neurology，2010，74(6)：487-493.

[8]Rinne JO，Brooks DJ，Rossor MN，et al.11C-PIB PET assessment of change in fibrillar amyloidbeta load in patients with Alzheimer's disease treated with bapineuzumab：a phase 2，doubleblind，placebo-controlled，ascending-dose study[J]. Lancet Neurol，2010，9(4)：363-372.

[9]Jagust W.The proteomics of positron emission tomography[J].Ann Neurol，2004，55(3)：303-305.

[10]Mikhno A，Devanand D，Pelton G，et al.Voxelbased analysis of11C-PIB scans for diagnosing Alzheimer's disease[J].J Nucl Med，2008，49(8)：1262-1269.

[11]富麗萍，張熙，張錦明，等.早期相11C-PIB作為神經(jīng)功能指標(biāo)：與18F-FDG比較分析[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2013，29(12)：1919-1922.

[12]Barrio JR，Satyamurthy N，Huang SC，et al. Dissecting molecular mechanism in the living brain of dementia patients[J].ACC Chem Res，2009，42(7)：842-850.

[13]Cheung MK，Ho CL.A simple，versatile，lowcost and remotely operated apparatus for[11C] acetate，[11C]choline，[11C]methionine and[11C]PIB synthesis[J].Appl Radiat Isot，2009，67(4)：581-589. [14]Blennow K，Hampel H，Weiner M，et al.Cerebrospinal fluid and plasma biomarkers in Alzheimer disease[J].Nat Rev Neurol，2010，6(3)：131-144.

[15]Teipel SJ，Buchert R，Thome J，et al.Development of Alzheimer-disease neuroimaging-biomarkers using mouse models with amyloidprecursor protein-transgene expression[J].Prog Neurobiol，2011，95(4)：547-556.

[16]Rostomian AH，Madison C，Rabinovici GD，et al. Early11C-PIB frames and18F-FDG PET measures are comparable：A study validated in a cohort of AD and FTLD patients[J].J Nucl Mde，2011，52(2)：173-179.

[17]Sperling RA，Aisen PS，Beckett LA，et al.Toward defining the pre-clinical stages of Alzheimer's disease：recommendations from the National Institute on Aging- Alzheimer's Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer's disease[J]. Alzheimers Dement，2011，7(3)：280-292.

[18]Drzezga A，Perneczky R.Imaging amyloid in the human brain：a promising tool for improved early diagnosis and treatment monitoring in Alzheimer's Disease[J].Open Nucl Med J，2010，2(1)：53-57. (cerebral amyloid angiopathy，CAA)及標(biāo)記部分彌散斑塊(diffuse plaques，DPs)與神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NTFs)。DPs在AD發(fā)病機(jī)制中的作用尚不清楚，其與剛果紅及硫磺素的結(jié)合較弱，推測DPs中淀粉樣蛋白的β片層結(jié)構(gòu)含量低，其與顯像劑11C-PIB之間的結(jié)合較弱。此外，11C-PIB與NTFs結(jié)合相對于Aβ的結(jié)合也要弱得多[16-18]。上述研究結(jié)果均提示，11C-PIB PET能夠特異性及敏感性的標(biāo)記Aβ沉積相關(guān)性疾病，同時也提示不能夠把該檢查陽性結(jié)果的發(fā)現(xiàn)等同于AD的診斷，而應(yīng)該作為臨床診斷及病情評估的一種重要輔助手段。

11C-PIB是較理想的Aβ斑塊顯像劑，適于AD患者的診斷與療效評價。目前合成方法淋洗溶劑為乙醇，經(jīng)稀釋后注射仍有一定的刺激性。日后可試驗其他刺激性較小或者無刺激的溶劑體系，對實際應(yīng)用有重要意義。11C-PIB PET-CT能夠在疾病早中期鑒別AD與正?；颊?，無創(chuàng)性的反映患者腦組織的病理改變，為早期診斷提供較為客觀的檢查資料，進(jìn)一步結(jié)合患者的臨床病史、實驗室檢查、神經(jīng)心理學(xué)量表及結(jié)構(gòu)影像學(xué)結(jié)果，有助于提高診斷的準(zhǔn)確性，以指導(dǎo)早期治療。

The distribution of11C-PIB in mouse body and its application in imaging of body/

WANG Zhi-guo, ZUO Feng, ZHANG Guo-xu, et al//China Medical Equipment,2017,14(8):154-157.

Objective: To research the distribution of11C-PIB that was composited by synthesizer Tracerlab FX C of GE company in mouse body and its application value in imaging of body. Methods: The photographic developer composited by synthesizer was injected in normal aged mouse (12 weeks), and then the relative distribution of radioactivity at various time point were detected. At the same time, this photographic developer was injected in patient with alzheimer disease (AD) and healthy volunteers, respectively, and the imaging characteristics of PET-CT between the two groups were compared. Results: The rate of output of radioactivity was 13.5% and its purity was more than 98%. The distribution of radioactivity achieved largest level after the photographic developer was injected 5min, and the distribution approached balance after 10-15 min. The distribution characteristics of11C-PIB in imaging were: the prefrontal lobe (including orbital gyrus), medial parietal lobe (especially precuneus), lateral parietal lobe, partial outer temporal lobe cortex, striatum were high distribution area. The intakes in insular lobe, thalamus, occipital relevant cortex were relatively lower. The distributions in primary visual cortex and peripheral region, medial temporal lobe, primary sensory and (or) sport region appeared lower level. In cerebellum, there was almost no distribution of11C-PIB. Conclusion:11C-PIB is relatively suitable photographic developer for plaque of Aβ and it is convenient and fast in composition speed. Therefore, it fits with diagnosis and evaluation for curative effect of patients with AD.

11C-PIB; Automated synthesis; Internal distribution; PET/CT imaging; Alzheimer disease(AD)

Department of Nuclear Medicine, The General Hospital of Shenyang Military, Shenyang 110840, China.

1672-8270(2017)08-0154-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.08.043

王治國,男,(1974- ),碩士，副主任技師。沈陽軍區(qū)總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，研究方向：核醫(yī)學(xué)技術(shù)。

2017-03-13

遼寧省自然科學(xué)基金（2014020066）“11C-PIB PET-CT腦顯像在阿爾茲海默病(AD)及輕度認(rèn)知障礙(MCI)診斷和研究中的應(yīng)用”

①沈陽軍區(qū)總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 遼寧 沈陽 110840

*通訊作者：zhangguoxv502@sina.com