心肌梗死分子影像學(xué)研究進(jìn)展

李 爽，趙世華，陸敏杰

(國(guó)家心血管病中心 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院磁共振影像科，北京 100037)

心肌梗死(myocardial infarction，MI)指冠狀動(dòng)脈內(nèi)不穩(wěn)定斑塊破裂形成血栓完全堵塞管腔、造成持續(xù)性缺血缺氧所致心肌壞死[1]。近年全球MI發(fā)生率逐年上升，且趨于年輕化[2]，據(jù)《中國(guó)心血管病報(bào)告2018》[3]報(bào)道，2016年我國(guó)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)死亡率仍處于上升趨勢(shì)，城市居民冠心病死亡率約為113.46/10萬(wàn)，農(nóng)村居民為118.74/10萬(wàn)，缺血性心臟病已成為危害我國(guó)人民健康及生活質(zhì)量的重要危險(xiǎn)因素。MI后，心臟修復(fù)及重構(gòu)過(guò)程主要分為早期炎癥期、增殖期及愈合期[4]。雖然針對(duì)MI的治療方法不斷改進(jìn)，但心肌細(xì)胞再生能力差，梗死區(qū)域心肌常常修復(fù)為較為薄弱的瘢痕組織而易形成室壁瘤甚至發(fā)生心臟破裂，且瘢痕組織不可逆。早期評(píng)估受損心肌、及時(shí)挽救尚存活的心肌，可極大改善預(yù)后。WEISSLEDER[5]于1999年提出分子影像學(xué)概念，即運(yùn)用影像學(xué)方法在體顯示分子水平變化，并定性、定量觀察其生物學(xué)行為，以在疾病早期發(fā)現(xiàn)分子變異及病理改變，實(shí)現(xiàn)真正意義上的早期診斷，同時(shí)可闡明心肌損傷與修復(fù)過(guò)程，了解疾病發(fā)生機(jī)制和特征，通過(guò)在體方式進(jìn)一步觀察藥物和基因治療效果，有助于臨床個(gè)體化治療。本文對(duì)基于分子影像學(xué)的MI相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 炎癥成像

心肌損傷后24 h內(nèi)，中性粒細(xì)胞聚集于梗死區(qū)，并分泌多種促炎癥細(xì)胞因子，如白介素-1β、白介素-12及腫瘤壞死因子-α等，進(jìn)一步增強(qiáng)炎癥反應(yīng)[6]；損傷后3～5天，主要炎癥細(xì)胞為M1巨噬細(xì)胞[4]，其蛋白酶活性較高，可清除死亡心肌細(xì)胞及其碎片，激活一系列炎癥反應(yīng)，產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，促進(jìn)瘢痕形成，還可降解細(xì)胞外基質(zhì)，使肌壁變薄，增加心臟破裂和猝死的易感性。不利的炎癥反應(yīng)將造成不良心室重構(gòu)，導(dǎo)致心力衰竭或其他不良預(yù)后。

心肌缺血損傷會(huì)引起中性粒細(xì)胞和單核/巨噬細(xì)胞聚集，于局部產(chǎn)生大量髓過(guò)氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)。在特定條件下，MPO催化反應(yīng)生成過(guò)量氧化劑，導(dǎo)致氧化應(yīng)激和氧化性組織損傷[7]。WANG等[8]基于氟18標(biāo)記的活化髓過(guò)氧化物酶PET探針(18F-myeloperoxidase-activatable PET probe，18F-MAPP)行活體小鼠PET MPO顯像，結(jié)果顯示其敏感度和特異度均較高，有助于在心肌發(fā)生不可逆損傷前予以干預(yù)；且該顯像劑可穿過(guò)血腦屏障，半衰期短、穩(wěn)定性良好，且無(wú)細(xì)胞毒性表現(xiàn)。

18F-FDG多用于檢測(cè)腫瘤細(xì)胞或測(cè)定心肌及腦組織功能。浸潤(rùn)梗死處心肌的白細(xì)胞具有較高代謝活性，需消耗大量葡萄糖，故FDG成像可基于糖代謝變化實(shí)現(xiàn)可視化疾病不同階段炎癥反應(yīng)。RISCHPLER等[9]以18F-FDG PET/MRI前瞻性觀察49例接受經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療的ST段抬高型MI患者，發(fā)現(xiàn)透壁瘢痕處18F-FDG攝取最高，標(biāo)準(zhǔn)攝取值(standard uptake value，SUV)平均值與術(shù)后6個(gè)月心臟功能轉(zhuǎn)歸呈負(fù)相關(guān)，推測(cè)18F-FDG攝取可能作為判斷心肌損傷的生物信號(hào)。由于心肌細(xì)胞代謝活性高，易干擾成像，故需探索可于核素顯像中抑制心肌細(xì)胞攝取的方法。THACKERAY等[10]通過(guò)測(cè)試小鼠模型，發(fā)現(xiàn)禁食或高脂肪膳食可加強(qiáng)脂肪酸代謝及抑制心肌細(xì)胞葡萄糖攝取，但其心肌抑制效果有限。尋找更具特異性的靶點(diǎn)用于檢測(cè)炎癥反應(yīng)當(dāng)為后續(xù)研究的關(guān)注點(diǎn)之一。

基于超順磁性氧化鐵納米顆粒(superparamagnetic iron oxide nanoparticle，SPION)可顯示損傷部位巨噬細(xì)胞[11]。巨噬細(xì)胞吞噬SPION后在T2*加權(quán)梯度回波序列圖像中顯示為低信號(hào)，由此可反映炎癥變化及其程度。YILMAZ等[12]發(fā)現(xiàn)采用超小型超順磁性氧化鐵(ultra-small superparamagnetic iron oxide，USPIO)對(duì)比劑可更詳細(xì)地描述急性ST段抬高M(jìn)I的特征，不僅梗死核心區(qū)和梗死周?chē)鷧^(qū)T2WI表現(xiàn)為低信號(hào)，其遠(yuǎn)端心肌信號(hào)也顯著下降；且USPIO顆粒安全性較高，目前僅在體外培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞中檢測(cè)到其大量攝取納米氧化鐵。

其他針對(duì)炎癥反應(yīng)的成像靶點(diǎn)如11C-蛋氨酸、生長(zhǎng)抑素受體及趨化因子受體4等[13]特異度均不理想，仍處于臨床前階段。開(kāi)發(fā)特異度高且安全性高的探針仍為必須面臨的挑戰(zhàn)。

2 新生血管成像

心肌損傷后第7天，心肌修復(fù)進(jìn)入增殖期，M2巨噬細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞釋放抗炎標(biāo)記物，致梗死區(qū)出現(xiàn)大量新生血管，以代替閉塞血管，支持瘢痕組織中的肉芽組織[14]。通過(guò)對(duì)新生血管顯像可顯示心肌缺血損傷后心肌修復(fù)和血管生成潛力，為后續(xù)治療提供依據(jù)。

整合素αVβ3為二聚體的跨膜糖蛋白質(zhì)，是特異性表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的黏附因子，且不表達(dá)于成熟血管，使其成為新興的成像及治療靶點(diǎn)。整合素αVβ3可識(shí)別細(xì)胞外基質(zhì)及細(xì)胞膜表面由精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸組成的短肽序列，現(xiàn)階段開(kāi)發(fā)的顯像劑多集中于此，如GAO等[15]成功將αVβ3靶向PET試劑用于評(píng)價(jià)MI患者新生血管情況。

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是血管形成的關(guān)鍵。RODRIGUEZ-PORCEL等[16]成功開(kāi)發(fā)了64Cu標(biāo)記的l,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷-l,4,7,10-四乙酸-VEGF121(64Cu-1,4,7,10-tetraazadodecane-N,N′,N″,N′″-tetraacetic acid-VEGF121，64CU-DOTAVEGF121)PET示蹤劑，可顯示大鼠MI模型VEGF受體表達(dá)；但為減少混雜變量的影響(如缺血再灌注)，該研究采用永久性動(dòng)脈結(jié)扎術(shù)構(gòu)建MI模型，與實(shí)際情況存在較大區(qū)別，使之無(wú)法用于臨床，但仍邁出了開(kāi)發(fā)新成像模式的關(guān)鍵步驟。

3 細(xì)胞外基質(zhì)成像

新生血管可促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成、肌成纖維細(xì)胞增殖和重組。在成熟期，心肌形成瘢痕，以防止心臟擴(kuò)張或破裂；纖維瘢痕存在與否及其范圍對(duì)預(yù)后至關(guān)重要。

基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是炎癥細(xì)胞分泌的蛋白水解酶，幾乎能夠降解細(xì)胞外基質(zhì)中的各種蛋白成分，進(jìn)一步擴(kuò)大梗死灶，使左心室進(jìn)行性擴(kuò)張。THORN等[17]開(kāi)發(fā)了雙核素SPECT/CT顯像，利用99mTc-RP805和201Tl，不僅能評(píng)估局部心肌MMP活性，還可觀察心肌血流量、梗死程度及心功能。另一種成像策略則基于對(duì)MMP-2和MMP-9敏感的可激活細(xì)胞穿透肽探針(activatable cell-penetrating peptide probes，ACPP)，van DUIJNHOVEN等[18]成功利用該探針對(duì)小鼠MI模型行MMP顯像，發(fā)現(xiàn)梗死心肌對(duì)探針的攝取量明顯高于其遠(yuǎn)端心肌。評(píng)估該成像方法的預(yù)測(cè)價(jià)值和MMP抑制劑治療效果可能是未來(lái)研究方向之一。

釓類(lèi)對(duì)比劑為細(xì)胞外對(duì)比劑，釓對(duì)比劑延遲強(qiáng)化(late gadolinium enhancement，LGE)MRI是目前在體檢測(cè)心肌瘢痕的標(biāo)準(zhǔn)手段。慢性心肌損傷時(shí)，心肌細(xì)胞被瘢痕組織取代，纖維間隙明顯增大，導(dǎo)致對(duì)比劑聚集。由于需要正常心肌作為對(duì)照，LGE評(píng)價(jià)纖維化存在誤差。采用分子影像學(xué)技術(shù)可直接靶向細(xì)胞外基質(zhì)成分，且無(wú)需對(duì)照，極具前景。HELM等[19]通過(guò)基于釓的膠原靶向?qū)Ρ葎?duì)小鼠MI后瘢痕模型行纖維化分子成像，基于釓的彈性蛋白特異性MR對(duì)比劑，不僅成功在MI小鼠模型的梗死瘢痕內(nèi)實(shí)現(xiàn)了靶向彈性蛋白，還可定量檢測(cè)瘢痕內(nèi)的彈性蛋白含量[20]，而MI后形成彈性蛋白可提高射血分?jǐn)?shù)、降低心臟破裂風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)的出現(xiàn)為預(yù)測(cè)心肌缺血瘢痕形成后心臟擴(kuò)張和破裂風(fēng)險(xiǎn)提供了可能。

4 心肌細(xì)胞凋亡成像

冠狀動(dòng)脈阻塞可致心肌細(xì)胞損傷和死亡，包括程序性死亡(凋亡)及非程序性死亡(壞死)。壞死通常發(fā)生于梗死后較短時(shí)間內(nèi)，但細(xì)胞凋亡可在較低水平持續(xù)數(shù)月，并造成左心室重構(gòu)甚至心力衰竭[21]。通過(guò)凋亡顯像指導(dǎo)心肌抗凋亡治療能減少心肌損傷，保護(hù)心功能。磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine，PS)存在于正常細(xì)胞的細(xì)胞膜脂質(zhì)雙層內(nèi)側(cè)，細(xì)胞凋亡時(shí)則翻向外側(cè)；膜聯(lián)蛋白Ⅴ為磷脂結(jié)合蛋白，與PS有親和力，故可作為檢測(cè)細(xì)胞凋亡的重要探針。膜聯(lián)蛋白Ⅴ標(biāo)記的交聯(lián)氧化鐵Cy5.5(annexin-V cross-linked iron oxide-Cy5.5，AnxCLIO-Cy5.5)納米顆粒是心肌凋亡顯像中最具前景之一的探針，SOSNOVIK等[22]以之實(shí)現(xiàn)了大鼠活體心肌細(xì)胞凋亡的高分辨率MR成像，所獲心功能斷層電影圖像空間分辨率≤100 μm，為SPECT的10倍，且可同時(shí)觀察心功能和室壁運(yùn)動(dòng)情況。SOSNOVIK等[23]聯(lián)合應(yīng)用該探針與新型熒光標(biāo)記的釓螯合物GD-DTPA-NBD(gadolinium diethylenetri aminepentaacetic acid nemo binding domain)延遲增強(qiáng)成像，可在缺血4～6 h內(nèi)同時(shí)行心肌凋亡和壞死成像；但由于顯像劑動(dòng)力學(xué)復(fù)雜，難以確定最佳重復(fù)時(shí)間和劑量，限制了其臨床應(yīng)用。

除此之外，凋亡成像還存在其他靶點(diǎn)，如半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶及磷脂酰肌醇3激酶等，但多用于腫瘤細(xì)胞，用于心肌細(xì)胞尚待進(jìn)一步觀察。

5 小結(jié)與展望

近年MI分子影像學(xué)飛速發(fā)展，產(chǎn)生了新的分層方式，對(duì)于心肌缺血后愈合重構(gòu)各階段均有相應(yīng)的針對(duì)性探針靶點(diǎn)正在開(kāi)發(fā)研制，但多處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段。探針結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其動(dòng)力學(xué)及安全性應(yīng)予全面評(píng)估，轉(zhuǎn)化用于臨床仍需更多研究。除制備特異度更高的分子探針外，還應(yīng)進(jìn)一步了解心肌缺血后分子生物學(xué)反應(yīng)，并亟待開(kāi)發(fā)高分辨率顯像系統(tǒng)。多模態(tài)顯像可能是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。期待分子影像學(xué)未來(lái)應(yīng)用于基因治療、開(kāi)發(fā)新藥物等各方面。