99mTc標(biāo)記新型硼酸結(jié)構(gòu)快速心肌灌注顯像藥物的制備及初步顯像評價

張利霞，張宗耀，張海龍，韓 凱，趙祚全，方 緯

(北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，北京 100037)

冠心病是嚴(yán)重威脅人類健康的常見心血管疾病之一。在我國，其發(fā)病率和死亡率均呈持續(xù)上升趨勢。冠心病由冠狀動脈粥樣硬化病變導(dǎo)致冠狀動脈管腔逐漸狹窄，使血流量降低，引起心肌缺血甚至心肌梗塞。因此，早期及時診斷對于改善冠心病患者的預(yù)后有重要意義。心肌灌注顯像(myocardial perfusion imaging, MPI)是一種無創(chuàng)性評價心肌血流的影像學(xué)技術(shù)，其臨床價值已被廣泛接受，成為目前冠心病診斷、治療決策、療效評價以及預(yù)后判斷最重要的影像學(xué)方法之一[1-3]。理想的MPI藥物必須具備心肌首次攝取率高、心肌內(nèi)滯留相對穩(wěn)定、靶組織與非靶組織攝取比值高、與局部血流量在0～5 mL·min-1·g-1范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系等特點[4-6]。但目前臨床應(yīng)用的心肌灌注顯像藥物99mTc-甲氧基異丁基異腈(methoxyisobutylisonitrile,99mTc-MIBI)和99mTc-Tetrofosmin，心肌攝取與心肌血流量僅在相對有限的范圍內(nèi)呈線性相關(guān)，在高血流量范圍(>2 mL·min-1·g-1，如：潘生丁、腺苷等藥物負(fù)荷狀態(tài)下)會低估實際的血流量，而在低血流量范圍(<0.2 mL·min-1·g-1)會高估實際的血流量，這使得99mTc-MIBI與99mTc-Tetrofosmin在心肌血流定量方面具有明顯的局限性[7-8]。

99mTc-Teboroxime(99mTc-TEBO)是一種二肟硼酸類衍生物，呈電中性、親脂性，被美國食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批準(zhǔn)用于臨床MPI。與目前臨床常用的99mTc-MIBI相比，99mTc-TEBO的心肌首次攝取率高達94%，這使得99mTc-TEBO的心肌攝取與實際心肌血流量呈現(xiàn)極好的直線相關(guān)性，即使心肌血流量>2 mL·min-1·g-1，心肌攝取與實際血流量仍然顯著相關(guān)，明顯優(yōu)于99mTc-Tetrofosmin和99mTc-MIBI，甚至超過了13N-NH3[9]。但由于99mTc-TEBO心肌清除過快，心肌滯留時間過短，難以提供足夠的采集時間，限制了其臨床應(yīng)用[10-11]。

本研究針對99mTc-TEBO主要結(jié)構(gòu)中的“硼酸帽”進行化學(xué)修飾，優(yōu)化“硼酸帽”結(jié)構(gòu)，改善此類顯像藥物的生物學(xué)性能和代謝特征，在保持心肌快速、高度攝取的同時，進一步延長心肌滯留時間，從而滿足臨床采集的需要。通過篩選得到一系列新型锝標(biāo)記硼酸衍生物：99mTc-2SPboroxime(99mTc-2SP)、99mTc-4LPAboroxime(99mTc-4LPA)和99mTc-2MDMboroxime(99mTc-2MDM)，通過動物實驗探討上述新型硼酸衍生物的生物學(xué)特性及單光子發(fā)射計算機斷層顯像(single photon emission computed tomography, SPECT)效果，并與99mTc-TEBO進行對比。擬對臨床定性評估心肌血流灌注情況以及定量評估負(fù)荷狀態(tài)下的心肌血流量提供參考。

1 實驗材料

1.1 實驗材料

環(huán)己二酮二肟(CDOH2)、硼酸、SnCl2·2H2O、檸檬酸、二乙三胺五乙酸(diethylene triamine pentoacetic acid, DTPA)、γ-環(huán)糊精、2-甲磺?；拎?5-硼酸(2SP)、4-硼-L苯基丙氨酸(4LPA)、1,3-二(甲氧基甲基)-2,4-二氧代-1,2,3,4-四氫嘧啶-5-硼酸(2MDM)、甲基硼酸(Te)：Sigma-Aldrich公司；Na99mTcO4：原子高科股份有限公司。

1.2 實驗儀器

高效液相色譜(HPLC)：1525型, 配置2998型全波長UV檢測器，美國Waters公司；放射性檢測器：Raytest GabiStar；放射性活度計：CRC-25型，CAPINTEC公司；反向C18分析柱(SUNFIRE C18)：5 μm，4.6 mm×150 mm，美國Waters公司；Discovery NM 530c 型CZT SPECT儀：通用電氣醫(yī)療，美國；Discovery 640型SPECT/CT：通用電氣醫(yī)療，美國。

1.3 實驗動物

健康巴馬小型豬4只，體質(zhì)量25～35 kg，6～8月齡，均為無特殊病原體級，購自中國科學(xué)院動物研究所，許可證號：SCXK(京)2018-0005，飼養(yǎng)環(huán)境和實驗環(huán)境均為普通級。

2 實驗方法

2.1 顯像劑制備

2.2 SPECT心肌顯像

取4只健康小型豬，顯像前禁食禁水12 h，常規(guī)麻醉后取仰臥位，監(jiān)測心電。由耳緣靜脈置管預(yù)注射37 MBq(體積為3 mL)顯像劑進行心臟定位，隨后“彈丸”式分別注射370 MBq(體積為4 mL)99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA、99mTc-2MDM，同時動態(tài)采集SPECT，采用列表模式，連續(xù)采集15 min。矩陣32×32，能峰140 keV，窗寬±6%。SPECT圖像采集完成后，保持相同體位進行胸部CT掃描用于衰減校正。以專用圖像處理軟件MyoFlowQ進行動態(tài)SPECT圖像的物理校正和重建處理，獲得心肌與心血池的時間-放射性活度曲線以及心肌斷層圖像。

3 結(jié)果與討論

3.1 顯像劑的制備

99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA和99mTc-2MDM的制備路線及結(jié)構(gòu)式示于圖1。制備時間均為30 min，均為無色澄明液體，HPLC檢測(圖2)顯示上述示蹤劑的放化純度均>95%，無需進一步純化，可直接用于動物體內(nèi)進行生物評價。

圖1 99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA、99mTc-2MDM的制備路線和化學(xué)結(jié)構(gòu)式

圖2 99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA、99mTc-2MDM的HPLC譜圖

3.2 SPECT 心肌顯像

健康小型豬注射99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA和99mTc-2MDM四種顯像劑后0～15 min內(nèi)的SPECT圖像示于圖3。其中，99mTc-TEBO注射后0～5 min，左室心肌清晰顯影，但隨后99mTc-TEBO快速洗脫，心肌放射性迅速降低。與之相比，99mTc-2SP注射后15 min內(nèi)，左室心肌均清晰顯影，放射性分布較為均勻，表明99mTc-2SP不僅注射后早期心肌攝取高，而且心肌滯留時間較99mTc-TEBO明顯延長。而另外兩種顯像劑99mTc-4LPA和99mTc-2MDM，在注射后15 min內(nèi)則顯影不理想，99mTc-2MDM注射后進入心肌過程緩慢，注射后10 min，心肌攝取才略高于心血池；99mTc-4LPA注射后主要濃聚于心血池, 心肌沒有明顯的攝取。

圖3 健康小型豬注射99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-2MDM、99mTc-4LPA后0～15 min動態(tài)心肌SPECT圖(左心室短軸)

上述四種顯像劑生物學(xué)特性的差異可能與其細(xì)胞結(jié)合特性有關(guān)，有研究表明，99mTc-TEBO可能通過肟與細(xì)胞膜表面的親水端基團形成氫鍵，從而與心肌細(xì)胞膜結(jié)合[14-20]。99mTc-2SP化學(xué)結(jié)構(gòu)中除了包含肟結(jié)構(gòu)部分之外，2-甲基磺?；芘c脂質(zhì)層中的磷酸基團形成強氫鍵，使其與細(xì)胞膜的結(jié)合力更強，心肌滯留時間更長，與已發(fā)表的示蹤劑99mTc-3SP結(jié)構(gòu)相比[3]，甲基磺?；〈恢貌煌?，可見相同取代基團不同取代位置影響該類示蹤劑生物性能，隨著取代基位置的不同，99mTc-2SP的初始攝取低于99mTc-3SP，后者在心肌的滯留也優(yōu)于99mTc-2SP。與99mTc-2SP 相比，99mTc-2MDM和99mTc-4LPA的心肌攝取不理想，可能與“硼酸帽”中2MDM和4LPA的結(jié)構(gòu)有關(guān)。2MDM和4LPA脂溶性較低，可降低肝臟攝取，兩者結(jié)構(gòu)中都包含強親水性基團，2MDM與2SP類似，都屬于面狀結(jié)構(gòu)，但是前者的相對分子質(zhì)量更大，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，使得99mTc-2MDM的空間位阻明顯高于99mTc-2SP，這可能是導(dǎo)致99mTc-2MDM在心肌組織攝取低的原因。而4LPA屬于帶手性基團的線狀結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)較前兩者更為復(fù)雜，另外4LPA中含有強的親水性基團，導(dǎo)致99mTc-4LPA親水性太強，因而心肌攝取很少。從研究結(jié)果推斷：99mTc-TEBO和99mTc-2SP都屬于結(jié)構(gòu)相對簡單的示蹤劑，這類示蹤劑只有保證較小的空間位阻結(jié)構(gòu)以及含有一定的脂溶性才能被心肌攝取，這可能就是導(dǎo)致99mTc-2MDM心肌攝取低而99mTc-4LPA心肌基本無攝取的原因。

3.3 時間-放射性活度曲線

健康小型豬注射99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA和99mTc-2MDM四種顯像劑后10 min內(nèi)的心肌和心血池時間-活度曲線、校正后的心肌真實攝取曲線示于圖4。圖4結(jié)果顯示，99mTc-TEBO注射后從心血池快速進入心肌部位，在第2 min時達到峰值，隨后從心肌快速洗脫，在10 min時心肌約洗脫至峰值的75%，與心血池放射性濃度比值為1.63。99mTc-2SP注射后亦從心血池快速進入心肌部位，約在第4 min時達到峰值，隨后心肌洗脫較緩慢，在第10 min時心肌攝取仍可保持峰值的95%，與心血池放射性濃度比值為3.75，明顯高于99mTc-TEBO。99mTc-2MDM注射后的心肌攝取緩慢，在20 s時可見心血池對心肌的放射性溢出(spillover)，未見心肌攝取峰值，隨后從心肌緩慢洗脫，在第10 min時心肌放射性攝取值為心血池的2.51倍。99mTc-4LPA注射后心肌無攝取，所測得的心肌放射性濃度完全來自心血池的放射性溢出，導(dǎo)致心肌的時間-放射性活度曲線與心血池的時間-放射性活度曲線基本重合，但心肌的真實攝取值接近于0。

圖4 99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-2MDM、99mTc-4LPA心血池及心肌的時間活度曲線

4 小結(jié)

本研究中，99mTc-2SP是較為理想的硼酸類結(jié)構(gòu)心肌灌注顯像藥物，與99mTc-TEBO相比，在保留了心肌快速高攝取特點的同時，明顯延長了心肌滯留時間，為臨床應(yīng)用提供了更好的基礎(chǔ)。但99mTc-2SP在肝臟攝取偏高，還需要在今后的研究中進一步改進。