髓鞘探針在脫髓鞘疾病的應(yīng)用進(jìn)展

李國棟，翁娜，李祥林，劉巖，王旭*

作者單位：1.濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，濱州 256600；2.濱州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，煙臺 264100

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system, CNS）中，脫髓鞘疾病是以腦和脊髓內(nèi)髓鞘破壞、炎性細(xì)胞浸潤為主要特征的一類自身免疫性疾病[1]。臨床上常見的CNS脫髓鞘疾病主要包括多發(fā)性硬化癥（multiple sclerosis, MS），急性播散性腦脊髓炎（acute disseminated encephalomyelitis, ADEM），視神經(jīng)脊髓炎譜系疾?。╪euromyelitis optica spectrum disorders, NMOSD）等[2]。全球MS患病率為（5～300）/10萬人，可導(dǎo)致身體殘疾、認(rèn)知障礙和生活質(zhì)量下降[3-4]。我國每年MS患病率是0.235/10 萬人，其中成人為0.288/10 萬人，近年來發(fā)病率呈逐年升高趨勢[5]。ADEM 是一種兒童罕見疾病，發(fā)病年齡在3～7歲之間，發(fā)病率為（0.2～0.4）/10萬人，病程長、易復(fù)發(fā)，使患者和家屬背負(fù)巨大生活負(fù)擔(dān)[6]。NMOSD為高復(fù)發(fā)、高致殘性疾病，總體預(yù)后較差，全球患病率約為（1～5）/10萬人[7]，在我國NMOSD的年均發(fā)病率為0.278/10萬人[8]。目前，脫髓鞘疾病的發(fā)病機(jī)制尚且不明[9]，但髓鞘破壞及再生與脫髓鞘疾病嚴(yán)重程度和治療有效性密切相關(guān)[10-11]。此外，我們也缺乏直接檢測髓鞘完整性的成像方法，直接影響了臨床上髓鞘修復(fù)療法的評估[12]。因此，迫切需要可靠的非侵入性影像學(xué)方法定量檢測體內(nèi)髓鞘含量，以確定髓鞘丟失和再生情況，從而為臨床研究脫髓鞘疾病提供影像學(xué)理論依據(jù)和為評估新興藥物提供可靠保證[13]。

近年來隨著成像技術(shù)的更新迭代，以髓鞘為靶點(diǎn)用于不同模態(tài)顯像的分子探針研究呈幾何量級增長，此類探針對反映髓鞘變化具有較高的特異性，對指導(dǎo)脫髓鞘疾病的早期診斷、治療及預(yù)后具有重大臨床價(jià)值。筆者對應(yīng)用于脫髓鞘疾病的不同成像方式中髓鞘探針研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 光學(xué)成像

光學(xué)成像模式，如近紅外熒光成像是臨床前髓鞘成像的主要方法，是以非入侵的方式評估臨床前藥物篩選和開發(fā)的有力工具。此部分介紹的是3,3'-二乙基硫代三碳菁碘化物（3,3'-diethylthiatricarbocyanine iodide, DBT）和高性能髓鞘成像（high-performance myelin imaging, PM-ML）熒光探針（圖1）。

圖1 熒光髓鞘探針結(jié)構(gòu)式示意圖。1A：3,3'-二乙基硫代三碳菁碘化物（DBT）探針；1B：高性能髓鞘成像（PM-ML）探針。

1.1 DBT探針

DBT是一種近紅外熒光髓鞘探針，首次驗(yàn)證了近紅外熒光成像可以作為一種新型髓鞘成像工具。雙環(huán)己酮草酰二腙（cuprizone, CPZ）模型誘導(dǎo)脫髓鞘/髓鞘再生縱向研究顯示DBT直接定量體內(nèi)髓鞘含量，是一種高敏感性和高特異性的髓鞘標(biāo)記物[14]。在實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE）模型中，DBT 信號增加的程度能夠反映髓鞘纖維的炎癥水平[15]。此后，研究人員進(jìn)行光學(xué)成像系統(tǒng)的三維成像研究，發(fā)現(xiàn)DBT 血腦屏障的穿透性較差，髓鞘區(qū)域的鄰近組織也出現(xiàn)較高聚集[16]。受限于此，針對DBT探針尚無更多研究。

1.2 PM-ML探針

近紅外聚集誘導(dǎo)發(fā)射活性探針PM-ML 是以質(zhì)膜為靶點(diǎn)用于三維髓鞘熒光成像的探針，具有高信號背景比、良好的光穩(wěn)定性和深穿透度[17]，特異性標(biāo)記坐骨神經(jīng)和小鼠腦組織的有髓纖維，驗(yàn)證了PM-ML 探針在動物模型的實(shí)際應(yīng)用[18]。PM-ML探針可視化腦部深層組織將會極大促進(jìn)脫髓鞘疾病的病理學(xué)機(jī)制研究。

此類探針存在自淬滅現(xiàn)象，也無法直接用于臨床患者，但有望為其他髓鞘靶向探針合成奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。此前，二苯乙烯衍生物，如N-甲基-4,4'-二氨基二苯乙烯（N-methyl-4,4'-diaminostilbene, MeDAS）或DAS。由于它們具有熒光結(jié)構(gòu)特性，放射性標(biāo)記后（如：11C-MeDAS、18F-TAFDAS、18F-PENDAS、Gd-DODAS 等二苯乙烯衍生物）成功用于其他髓鞘顯像研究[19]（圖2、圖3）。

圖2 核醫(yī)學(xué)髓鞘示蹤劑結(jié)構(gòu)式示意圖。2A：11C-MeDAS（11C 標(biāo)記N-甲基-4,4′-二氨基二苯乙烯）探針；2B：18F-TAFDAS探針（二苯乙烯衍生物）；2C：123/125I-21探針（香豆素衍生物）；2D：11C-PIB（11C-匹茲堡復(fù)合物B）；2E：18F-PENDAS 探 針（二苯乙烯衍生 物）；2F：123/125I-1,2,4-PODP-DM探針（香豆素衍生物）。

圖3 磁共振髓鞘對比劑結(jié)構(gòu)式示意圖。3A：髓鞘特異性對比劑（MIC）探針；3B：基于釓劑的二苯乙烯衍生物（Gd-DODAS）探針。

2 核醫(yī)學(xué)成像

核醫(yī)學(xué)成像是目前最成熟的一種神經(jīng)系統(tǒng)疾病分子成像的影像學(xué)手段，可實(shí)時(shí)地監(jiān)測髓鞘變化以及微觀結(jié)構(gòu)損傷。近年來，硫磺素衍生物，如11C-匹茲堡復(fù)合物B（11C-PIB）、18F-AV45（18F-florbetapir，商品名Amyvid）、18F-FBB（18F-florbetaben，商品名NeuraCeq）、18F-FMM（18F-flutemetamol，商品名Vizamyl）等[20]和香豆素衍生物，如123/125I衍生物等展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。這些髓鞘示蹤劑可能會成為日后臨床脫髓鞘疾病診斷與治療的有效手段（圖2、圖4）。

圖4 PET/MRI 多模態(tài)成像18F-Florbetapir（商品名Amyvid）探針結(jié)構(gòu)式示意圖。

2.1 11C-MeDAS

二苯乙烯類衍生物具有相對較高的髓鞘結(jié)合力，11C 標(biāo)記的此類示蹤劑中最有前途的是11C-MeDAS[21]。在EAE 大鼠模型中對脊髓的脫髓鞘和再髓鞘形成過程發(fā)現(xiàn)髓鞘含量呈現(xiàn)先降低再增加的趨勢，反映了11C-MeDAS 標(biāo)記的動態(tài)髓鞘再生變化[22]。2021 年在正電子發(fā)射斷層顯像（positron emission computed tomography,PET）上11C-MeDAS首次用于臨床，該研究納入了11 例MS 患者和6 例健康對照者，分析測量髓鞘密度以及鑒定最佳量化方法，結(jié)果顯示11C-MeDAS PET 成像可區(qū)分灰質(zhì)和白質(zhì)的髓鞘密度和2T3K 模型（一種藥代動力學(xué)模型）可能是定量的優(yōu)選方式，表明11C-MeDAS 可能是用于髓鞘再生療效評價(jià)的潛在生物標(biāo)志物[23]。上述研究更加證實(shí)11C-MeDAS是具有廣闊的臨床應(yīng)用前景的PET示蹤劑。

2.2 11C-PIB

11C-PIB屬于淀粉樣蛋白標(biāo)記物，最初應(yīng)用于研究阿爾茨海默病[24]。2011年11C-PIB對動物模型和MS患者進(jìn)行髓鞘成像[20]。11C-PIB成為首次用于人腦髓鞘成像和髓鞘脫失的示蹤劑。對比分析18F-florbetaben,18F-florbetapir,18F-flutemetamol,11C-PIB與11C-MeDAS 這5 種示蹤劑定量評估4 只狒狒PET 成像，發(fā)現(xiàn)18F-florbetapir 和18F-florbetaben 具有更高的髓鞘攝取量[25]。11C-PIB短半衰期和需要短距離生產(chǎn)場地的局限性限制了其臨床應(yīng)用。而氟化示蹤劑因半衰期長和結(jié)合潛力高，可能取代11C-PIB成為臨床有力的工具。

2.3 18F-TAFDAS和18F-PENDAS

18F-TAFDAS 是一種雙模態(tài)髓鞘探針，該化合物易進(jìn)入大腦和脊髓并選擇性結(jié)合髓鞘，首次證明PET 和三維冷凍成像的結(jié)合是一種高敏感性和高空間分辨率的新型成像工具[26]。隨即該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了18F-PENDAS，在動物模型脊髓白質(zhì)證實(shí)了與18F-TAFDAS 和11C-MeDAS 相 比，18F-PENDAS 在 脊 髓 中 攝 取 量最高，藥代動力學(xué)結(jié)果更好[27]。由此可知18F-PENDAS 用于診斷髓鞘相關(guān)疾病的成像標(biāo)記物的合理性，但缺乏臨床安全性和藥毒性驗(yàn)證。

2.4 123/125I衍生物

眾所周知單光子發(fā)射斷層顯像（single-photon emission computed tomography,SPECT）比PET更常用，而SPECT髓鞘探針很少被報(bào)道。有團(tuán)隊(duì)首次合成香豆素衍生物123/125I-21，在EAE小鼠模型脊髓檢測到脫髓鞘，表明了該SPECT探針選擇性結(jié)合髓鞘[28]。隨后，該團(tuán)隊(duì)合成123/125I-1,2,4-PODP-DM{5-[5-(4-123/125I-iodophenyl)-1,3,4-oxadiazol-2-yl]-N,N-dimethylpyridin-2-amine,123/125I-1,2,4-PODP-DM}探針，放射自顯影術(shù)發(fā)現(xiàn)脫髓鞘動物模型白質(zhì)的示蹤劑積聚較少，意味著此探針有潛力成為MS 的SPECT 探針[29]。該SPECT髓鞘探針的有效性仍需要活體動物實(shí)驗(yàn)和組織病理學(xué)進(jìn)行交叉驗(yàn)證。

PET 優(yōu)勢在于顯示髓鞘修復(fù)與軸突損傷病變，但價(jià)格昂貴[30]。雖然SPECT經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但合成有效探針的報(bào)道極少，目前尚需針對SPECT研發(fā)更多的髓鞘示蹤劑。

3 MRI成像

MRI是臨床診斷MS主要影像工具[30]，雖然對檢測疾病有效，但常規(guī)和先進(jìn)的定量MRI技術(shù)均不具備直接監(jiān)測髓鞘所需的準(zhǔn)確性[31-32]。所以需要開發(fā)有效結(jié)合髓鞘的MRI探針，如髓鞘特異性對比劑（myelin-specific contrast agent, MIC）[29,33]（圖3）。

3.1 MIC

MIC 為基于釓劑的首個(gè)髓鞘MRI 探針，大鼠側(cè)腦室注射MIC后發(fā)現(xiàn)該對比劑優(yōu)先定位于富含髓鞘的白質(zhì)區(qū)域，對比商用的對比劑MIC 有較高的弛豫率和結(jié)合髓鞘的能力[34]。MIC將會極大改善觀察脫髓鞘疾病神經(jīng)變性和炎癥微觀結(jié)構(gòu)的能力，難點(diǎn)在于MIC分子量過大，無法穿過完整的血腦屏障。

3.2 Gd-DODAS探針

這是第一個(gè)基于二苯乙烯結(jié)構(gòu)的MRI 髓鞘靶對比向劑，通過體內(nèi)MRI 和體外染色交叉驗(yàn)證Gd-DODAS 探針標(biāo)記腦白質(zhì)髓鞘纖維，結(jié)果成功檢測到體內(nèi)髓鞘變化[35]。目前這類靶向MRI 對比劑跨越完整的血腦屏障仍然是一種挑戰(zhàn)，但MS 等神經(jīng)退行性疾病活動期血腦屏障會短暫開放，基于此原因，髓鞘MRI 探針將是一種非常有前途的神經(jīng)系統(tǒng)疾病成像工具。

髓鞘靶向MRI 探針以其高空間分辨率，能對退行性病變活動進(jìn)行更為準(zhǔn)確細(xì)致的研究。目前僅限于動物模型研究，尚無直接應(yīng)用到脫髓鞘疾病患者的報(bào)道以及對比研究，開發(fā)更多的髓鞘對比劑是未來髓鞘定量評估的重要方向。

4 PET/MRI多模態(tài)成像

PET/MRI 融合成像能獲得更可靠的示蹤劑攝取的半定量分析[36]。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院首次提出采用18F-Florbetapir 一體化雙模態(tài)PET/MRI 定量分析了1 例59 歲ADEM 患者脫髓鞘和髓鞘再生情況，選取FLAIR 為高信號的白質(zhì)病變，勾畫出受損白質(zhì)區(qū)域，發(fā)現(xiàn)18F-Florbetapir 攝取量低于正常丘腦白質(zhì)[37]。最近，該醫(yī)院納入23 名MS 患者和9 名健康者進(jìn)行了髓鞘損失和恢復(fù)的縱向研究，發(fā)現(xiàn)18F-Florbetapir 在受損白質(zhì)區(qū)域攝取量降低，并且發(fā)現(xiàn)與患者擴(kuò)展殘疾狀態(tài)量表變化密切相關(guān)[38]。這標(biāo)志著18F-Florbetapir 利用PET 分子成像和高分辨率MRI 的優(yōu)勢相結(jié)合有效地描繪了髓鞘狀態(tài)和神經(jīng)恢復(fù)，揭示了MS 背后的病理生理學(xué)機(jī)制。

PET/MRI作為目前最先進(jìn)的影像學(xué)技術(shù)，與其他成像手段相比，它的敏感性高、準(zhǔn)確性好，具有早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了MRI系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)與PET系統(tǒng)的髓鞘示蹤劑功能代謝顯像的實(shí)時(shí)融合。現(xiàn)存的問題是軟硬件和算法技術(shù)相對不成熟，髓鞘示蹤劑在PET/MRI的安全性也有待進(jìn)一步研究。

5 總結(jié)與展望

熒光髓鞘探針易制備且可用性強(qiáng)、提供了髓鞘結(jié)合的構(gòu)效關(guān)系，有益于其他成像探針的研究，但缺乏深層組織穿透性限制了其應(yīng)用。核醫(yī)學(xué)髓鞘示蹤劑是目前種類最多、敏感性高、技術(shù)成熟且已應(yīng)用于臨床的髓鞘探針，不足之處在于分辨率較低且缺乏解剖學(xué)信息、需要MRI的有力支持。MRI髓鞘對比劑憑借高軟組織分辨率和多參數(shù)、多功能成像性能，可用于脫髓鞘疾病微觀病變和疾病早期診斷和治療，但是研發(fā)難度較大和技術(shù)要求較高，應(yīng)用到臨床的價(jià)值尚未實(shí)現(xiàn)。這些新型分子探針可以穿過血腦屏障，具有高特異性、高敏感性，不同的成像模式也可以用于對相同疾病靶向病灶的活體研究，將有助于探討脫髓鞘疾病的髓鞘可塑性、軸突變性與神經(jīng)功能障礙的關(guān)系[39-40]。脫髓鞘疾病生理學(xué)機(jī)制復(fù)雜，此類探針受限于針對髓鞘單一靶點(diǎn)，可能無法準(zhǔn)確揭示炎癥、神經(jīng)元損傷等病理機(jī)制過程[41]。目前PET 缺乏某些細(xì)胞家族的髓鞘示蹤劑，未來開發(fā)出髓鞘前體少突膠質(zhì)細(xì)胞示蹤劑，有望實(shí)現(xiàn)在疾病早期研究髓鞘修復(fù)的療法[31]。隨著PET/MRI 影像設(shè)備的使用及快速發(fā)展[42]，對該疾病的研究已成為體內(nèi)成像領(lǐng)域的下一個(gè)前沿[13]。多模態(tài)髓鞘特異性成像探針的開發(fā)將為臨床髓鞘相關(guān)疾病的檢測和治療提供更多的選擇手段，不同但互補(bǔ)的成像模式的可用性也為醫(yī)生和研究人員提供了一個(gè)具有高度靈活性的工具箱。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。