靶向巨噬細胞TSPO受體示蹤劑在類風濕關節(jié)炎中的研究進展

朱星星，謝吉奎，張依凡，倪 明，石 彬，孫芳芳，汪世存，謝 強

（1中國科學技術大學附屬第一醫(yī)院-安徽省立醫(yī)院核醫(yī)學科，安徽合肥 230001；2青島大學附屬醫(yī)院核醫(yī)學科；3大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學科）

類風濕性關節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種以關節(jié)滑膜炎為起病特征的慢性自身免疫性疾病，持續(xù)性滑膜炎會導致嚴重的進行性關節(jié)損害、功能殘疾，增加發(fā)病率和死亡率[1]。此外，類風濕性關節(jié)炎也是一種全身性自身免疫性疾病，可影響許多組織和器官，并與其他疾病有關，包括感染、惡性腫瘤和心血管疾病[2]。至今世界上大約有1%～2%的人口受到類風濕性關節(jié)炎的傷害[3]，年齡在40～60 歲之間的女性比男性更容易受到影響且RA疾病進展速度女性較男性更快，病情更重[4]。由于RA 的發(fā)病機理不明確，致殘率高，治愈不理想，給家庭和社會帶來沉重的醫(yī)療與經(jīng)濟負擔。早期診斷，早期預防和早期針對性治療對于RA 極為重要。通過在體內成像所需分子靶點的獨特能力，PET 有可能成為檢測和定量RA 滑膜炎的一種高度敏感和特異的成像工具。研究表明，活化的巨噬細胞在類風濕關節(jié)炎中起著關鍵作用[5-6]，巨噬細胞在RA 早期就滲透到滑膜中，其巨噬細胞活化的數(shù)量和水平與臨床疾病活動息息相關[7]。

轉運蛋白18 kDa（translocator protein 18 kDa,TSPO），以前也被稱為外周苯二氮卓類受體（periph?eral benzodiazepine receptor PBR）[8]，它是位于線粒體外膜的具有5 個跨膜結構域的多功能蛋白[9]。TSPO參與多種細胞功能，包括類固醇生物合成、膽固醇代謝、細胞增殖和凋亡等[10]。在過去的20 年里，許多TSPO特異性正電子發(fā)射斷層掃描(PET)示蹤劑被開發(fā)和使用，用于各種疾病的成像，例如：皰疹腦炎[11]、膠質瘤[12]、多發(fā)性硬化癥[13]和阿爾茲海默病等[14]。目前線粒體外膜TSPO功能尚不明確，但據(jù)報道其在活化的巨噬細胞線粒體外膜上高度表達[15-16]。眾所周知巨噬細胞在類風濕性關節(jié)炎的發(fā)病機制中起著關鍵作用[17-18]，并且已有報道指出巨噬細胞與疾病活動性[19-20]和關節(jié)破壞[21-22]相關，這就為TSPO 作為巨噬細胞顯像的靶點奠定了基礎。特異性靶向巨噬細胞有希望成為診斷RA 的理想靶點。本文擬對靶向巨噬細胞的TSPO 受體分子探針作為RA 的影像標志物進行綜述，旨在為后續(xù)開展的TSPO 受體靶向RA的相關研究提供理論依據(jù)。

1 11C-(R)-PK11195

早在1997 年體外研究就表明配體PK11195 與巨噬細胞中大量存在的TSPO結合且R-異構體具有更高的親和力[23-24]。2002 年11C-(R)-PK11195 與關節(jié)炎中的巨噬細胞的特異性結合就在兔子模型上得到了驗證[25]。2008年Laken等[26]通過PET顯像和免疫組織化學分析證實了11C-(R)-PK11195對RA患者炎癥關節(jié)中巨噬細胞的非侵入性成像是可行的且滑膜組織下層的PBR染色與巨噬細胞CD68染色呈顯著正相關。2009 年研究發(fā)現(xiàn)11C-(R)-PK11195 標準化攝取值（SUV）可定量類風濕關節(jié)炎炎癥程度[27]。2012年研究表明11C-(R)-PK11195 PET 靶向巨噬細胞可以顯示具有抗瓜氨酸蛋白抗體(ACPA)的關節(jié)痛患者的亞臨床滑膜炎，為RA 的早期干預提供了有價值的思路[28]。同時2014 年以關節(jié)紅斑為臨床療效指標證實了11C-(R)-PK11195 PET 靶向巨噬細胞能夠顯示無臨床關節(jié)炎的RA患者治療過程中或治療后的亞臨床關節(jié)炎癥[29]。盡管11C-(R)-PK11195 PET 作為首例TSPO 受體探針在診斷RA 方向取得了一定的進展，但是它受到腦穿透不足和高非特異性結合的限制，信號背景低，靈敏度差[30]，限制其廣泛應用。

2 11C-DPA-713和18F-DPA-714

由于11C-(R)-PK11195的局限性，第二代TSPO示蹤劑應運而生。這些示蹤劑比11C-(R)-PK11195表現(xiàn)出更高的結合親和力和更好的特異性與非特異性結合率。符合這一特征的兩個候選化合物包括11C-DPA-713和18F-DPA-714[31-32]。2014 年18F-DPA-714 首次作為RA大鼠模型PET的生物標志物得到研究，結果表明18F-DPA-714 非常適合于研究實驗性(RA)嚙齒動物模型的外周炎癥[33]。隨之通過體外競爭實驗和免疫組織化學研究證實在人巨噬細胞THP-1 中DPA-713 和DPA-714 的相對TSPO 結合量分別是PK11195 的7 倍和25 倍，在健康志愿者的CD14+單核細胞中也觀察到了類似的結果[34]。這表明11C-DPA-713 和18F-DPA-714 是大鼠RA 模型中靶向關節(jié)炎的有前途的放射性配體。近兩年11C-DPA-713 和18F-DPA-714 已被應用臨床檢測患者 RA 的疾病活動性[35-36]。結果發(fā)現(xiàn)與11C-(R)-PK11195相比，兩種DPA示蹤劑的背景攝取率都較低，PET 陽性關節(jié)的平均絕對攝取11C-DPA-713 顯著高于18F-DPA-714，后者與11C-(R)-PK11195 攝取無顯著差異。11C-DPA-713 可以進一步改善關節(jié)炎的影像特征，示蹤劑攝取水平與臨床存在和關節(jié)炎嚴重程度相對應且不可逆雙室模型是評價11C-DPA-713 攝取速率的最佳定量模型。由此可見DPA 示蹤劑為RA 的早期診斷和治療監(jiān)測提供了新的契機。

3 11C-PBR28

TSPO 配體11C-PBR28 在2013 年就被證明可在兩種大鼠關節(jié)炎模型中檢測出滑膜炎[37]。2018 年11C-PBR28 作為RA 的PET 影像標志物也走向了臨床[38]。利用RA患者和健康志愿者以及他們的滑膜組織證實了配體PBR28 結合在RA 血管膜上，在健康關節(jié)和組織中幾乎沒有信號。隨后相關研究發(fā)現(xiàn)當用11C-PBR28 PET 檢測RA 患者時，腦TSPO 結合與RA疾病活動性之間存在強烈的負相關[39]，為開辟潛在的RA治療策略提供了新思路。

4 18F-FEDAC

18F-FEDAC 是具有高選擇性的第二代TSPO 配體，Chung等[40]發(fā)現(xiàn)18F-FEDAC可以通過靶向激活的巨噬細胞TSPO 的表達來顯示CIA 小鼠模型關節(jié)炎關節(jié)的活動性炎癥，表明了18F-FEDAC 顯像在RA早期診斷中具有潛在的應用價值。隨后他們又發(fā)現(xiàn)18F-FEDAC可用于活體監(jiān)測炎癥關節(jié)中活化的巨噬細胞[41]，是拮抗劑依那西普(ETN)通過腫瘤壞死因子(TNF)拮抗作用的治療靶點，使用18F-FEDAC的活體顯像可以用來預測那些具有抗炎作用以抑制活化的巨噬細胞的生物修飾抗風濕藥物(bDMARD)的治療效果。

5 18F-VUIIS1008和VUIIS1018A

18F-VUIIS1008與18F-DPA-714在結構上有一定的相似性，但它與TSPO 的親和力卻是DPA-714 的36 倍多[42]，是一種很有發(fā)展前景的吡唑并嘧啶類TSPO配體。廈門大學附屬中山醫(yī)院核醫(yī)學科王亮亮等[43]發(fā)現(xiàn)18F-VUIIS1008 MicroPET-CT 顯像示小鼠左踝關節(jié)炎性反應組織清晰可見，18F-VUIIS1008可與炎性反應部位巨噬細胞特異性結合，具有良好的靶向性，且在炎性反應部位停留時間長，有望成為用于RA的新型PET顯像分子探針。隨后Tang D等[44]在18F-VUIIS1008結構基礎上進行了改造，開發(fā)出了新的TSPO 顯像劑18F-VUIIS1018A，與先前報道的18F-VUIIS1008 和18F-DPA-714 的TSPO 示蹤劑相比，18F-VUIIS1018A 具有更高的結合親和力和腦結合潛力，它有望成為更理想的炎癥示蹤劑。

6 18F-GE-180

盡管第二代TSPO 示蹤劑受體特異性和圖像信噪比得到了改善，但是第二代示蹤劑對TSPO的親和力分為三種結合類型[45]：高親和力（Ala/Ala），混合親和力（Ala/Thr）和低親和力（Thr/Thr）。不同顯像劑與不同TSPO的結合類型存在差異，難以定量分析和比較第二代TSPO成像劑的圖像[46]，這限制了第二代TSPO 顯像劑的臨床應用[47]。為了彌補第二代TSPO示蹤劑對部分基因型親和力的不足，Wadsworth等[48]開發(fā)了一種新的三環(huán)吲哚系列TSPO配體，該系列中的化合物18F-GE-180具有高親和力、良好的腦攝取和高特異性結合。該示蹤劑目前被證實在神經(jīng)炎癥區(qū)域攝取較高，非特異性結合低，比11C-PK 11195和18F-DPA-714 顯示出更好的成像特性[49-50]。2019 年Groot等[51]將18F-Ge～180攝取與18F-FDG和DCE-MRI的炎癥測量結果進行了比較。18F-Ge-180 PET/CT顯像顯示RA 患者關節(jié)周圍有明顯的滑膜外攝取，但18F-Ge-180 攝取與腕部DCE-MRI 參數(shù)無或僅弱相關(r=0.09～0.31)，對RA 的敏感性和量化疾病活動性的能力較差。雖然18F-GE-180 PET-CT在檢測RA癥狀性關節(jié)方面可能稍具特異性，但其較低的靈敏度和量化RA滑膜炎癥的能力將在很大程度上阻礙該示蹤劑在該疾病中的進一步應用。

7 99mTc-DTPA-CB86

雖然PET 具有更高的分辨率和靈敏度，但單光子發(fā)射計算機斷層掃描（SPECT）具有成本低、應用范圍廣、良好的物理和成像特性（γ射線=140 keV，半衰期=6.02 h）等優(yōu)點。TSPO配體除了上述提及的常用于PET呈像的經(jīng)典配體外，CB86作為其新型配體近年來愈發(fā)受人重視[52]。CB86可以特異性結合細胞中的TSPO蛋白，其親和力約為PKlll95的10倍[53]，并且可以利用較遍及的放射性核素99mTC 標記CB86 從而在較便宜、普及的SPECT/CT 下對炎癥模型進行顯像。CB86 分子不能直接用于99mTc 標記，需引入雙功能螯合劑，二乙烯三胺五乙酸鹽（DTPA）螯合劑在較低的配體濃度下即對99mTc或111In等金屬核素有很高的標記率[54]。劉鵬等[55-56]發(fā)現(xiàn)99mTc-DT?PA-CB86 SPECT顯像可識別RA模型大鼠滑膜關節(jié)內活化的巨噬細胞，另外99mTc-DTPA-CB86 具有合成簡單、背景低、可清晰顯示關節(jié)炎、監(jiān)測抗炎治療反應等優(yōu)點，有望成為關節(jié)炎SPECT 顯像靶向TSPO的新型分子探針。

8 結論與展望

目前TSPO 特異性配體主要分為以下幾類：異喹啉類、吡唑并吡啶類、苯氧苯基乙酰胺類、2-芳基-8-氧化嘌啉類、三環(huán)吲哚類、咪啶并吡啶類等。盡管異喹啉類配體PK11195 是第一個被證實對TSPO 具有高親和力的配體，它仍存在腦滲透能力低、背景噪音大和靈敏度差等不足。吡唑并吡啶類配體DPA-713、DPA-714 以及VUIIS1008 均表現(xiàn)出合適的體外成像和高的靶標特異性，但它們在人類體內的量化還會受到多個復雜的因素影響。苯氧苯基乙酰胺類配體PBR28 在活化的滑膜FLS 和M2 表型巨噬細胞上表達最高，在檢測(RA)中以FLS 和巨噬細胞為主的炎癥方面可能具有獨特的敏感性。2-芳基-8-氧化嘌啉類配體FEDAC能夠顯示CIA模型中關節(jié)炎關節(jié)的活躍炎癥部位；三環(huán)吲哚類配體GE-180作為第三代顯像劑具有比第一、二代更好的特異性和信噪比，可更好地反映TSPO的表達和巨噬細胞活化情況，但二者的臨床應用價值仍需大量實驗驗證。咪唑并吡啶類配體CB86 能夠特異性結合TSPO，使其圖像有更高的靶本底，但CB86的熒光信號分布不均勻致其熒光顯像受到限制。利用分子影像的手段靶向巨噬細胞成像，對RA 的診斷、預后、療效監(jiān)測以及理解疾病發(fā)展過程中的機制都非常有幫助。此外，巨噬細胞又分M1、M2 型[57-58]，通過免疫學方法鑒別炎性反應部位巨噬細胞的種類、數(shù)量，可改進TSPO 配體結構進一步增加炎性反應部位的攝取。

盡管TSPO受體在巨噬細胞上高度表達，是檢測RA 的重要靶點之一，但靶向巨噬細胞的TSPO 受體示蹤劑也并非檢測RA 的唯一指標，除此之外還有細胞代謝、增殖類示蹤劑[59-60]，B細胞靶向示蹤劑[61]，內皮細胞靶向示蹤劑[62]，骨代謝示蹤劑[63]等。目前也開發(fā)了基于這些靶點的RA核素探針，為RA的早期檢測拓寬了思路，為后人開發(fā)新穎的分子探針提供了借鑒。雖然目前靶向活化巨噬細胞特異性的TSPO顯像劑還比較少，遠不能滿足臨床對RA 診斷的需求，但相信隨著對RA發(fā)病機制的深入探究，越來越多的分子顯像探針會被開發(fā)出來，用于RA 早期診斷的可視化研究.