11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇自動化合成及在大鼠肝臟PET/CT顯像研究

陳 羲，楊夢憶，曹 禮，辛 軍

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004）

水通道蛋白（Aquaporins，AQPs）家族是一組可以轉(zhuǎn)運(yùn)水分子及其他小分子溶質(zhì)的四聚體蛋白，各個亞型相互作用參與體內(nèi)多種代謝過程，共同完成物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。AQPs主要分為兩個亞型，包括轉(zhuǎn)運(yùn)水分子的純AQPs和還可以轉(zhuǎn)運(yùn)甘油、尿素等其他小的無電荷溶質(zhì)的水-甘油通道蛋白[1]。肝臟作為體內(nèi)以代謝為主最大的消化器官，參與甘油循環(huán)的多個環(huán)節(jié)為生物體供能，其中甘油分子的轉(zhuǎn)運(yùn)是在水甘油通道蛋白各個亞型相互協(xié)調(diào)作用下共同完成的[2]。

3-氨基-1，2-丙二醇作為甘油分子類似物，與甘油具有相似的理化性質(zhì)，且更易于標(biāo)記。本研究采用3-氨基-1，2-丙二醇作為前體，全自動一體化合成11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇，通過PET/CT顯像實(shí)驗(yàn)，觀察其在正常大鼠肝臟中的分布情況。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

TRACERlab FX C Pro合成模塊（美國，GE公司）（圖1）；MINItraceⅡ（美國，GE公司）；正電子示蹤劑質(zhì)量控制掃描儀TLC（美國，Bioscan公司）；Sep-Pak QMA SPE分離柱（美國，Waters公司）。3-氨基-1，2-丙二醇（中國，aladdin公司）；乙醇（USP級，Milennium公司）；二甲亞砜（Dimethylsulfoxide，DMSO）（美國，Sigma/Aldrich公司）；二甲基甲酰胺（Dimethylformamide，DMF）（中國，國藥集團(tuán)）；氫氧化鈉（NaOH）（中國，國藥集團(tuán)）。

健康Wistar雄性大鼠10只（北京，華阜康公司），體質(zhì)量（200±20）g。

1.2 合成原理

采用11C-碘甲烷（CH3I）標(biāo)記3-氨基-1，2-丙二醇，通過對-NH2甲基化實(shí)現(xiàn)對3-氨基-1，2-丙二醇標(biāo)記，合成11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇（圖2）。

圖1 TRACERlab FX C Pro合成模塊。Figure 1.Synthesis module of TRACERlab FX C Pro.

圖2 11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇合成示意圖。Figure 2.The composite diagram of 11C-N-mythyl-3-amino-1,2-propanediol.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 自動化合成11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇

將醫(yī)用回旋加速器轟擊得到的11C-CO2在TRACERlab FX C Pro合成儀上采用氣相合成法合成11C-CH3I，并將11C-CH3I輸入到反應(yīng)瓶中。將前體3-氨基-1，2-丙二醇溶于DMSO或DMF，待溶解后加入堿性溶液NaOH，與之前合成的11C-CH3I混合，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱到80℃，時間保持在4～6 min；降溫至33℃～35℃。隨后加入淋洗液（5%乙醇水溶液），利用高效液相HPLC對上述粗產(chǎn)物進(jìn)行分離、收集得目標(biāo)產(chǎn)物。整個合成過程為全自動過程，合成時間在30 min左右。

1.3.2 大鼠肝臟PET/CT顯像

健康Wistar雄性大鼠腹腔注射10%水合氯醛0.3 mL/100 g進(jìn)行麻醉，麻醉滿意后經(jīng)鼠尾建立靜脈通路，注射0.5～1.0 mCi11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇。然后立即采用GE Discovery Elite PET/CT VIP掃描模型進(jìn)行動態(tài)掃描，PET層厚3.75 mm，CT掃描參數(shù)：80 kV，50 mA，層厚：3.75 mm。CT掃描結(jié)束后進(jìn)行動態(tài)掃描，連續(xù)掃描45 min。掃描完成后，利用SharpIR+VUE Point HD圖像重建技術(shù)對原始圖像進(jìn)行重建，采用OSEM迭代重建法，設(shè)置5 s/床位×60、90 s/床位×10、150 s/床位×12、300 s/床位×2，共1 h。采用GE AW 4.5和Xeleris 3.0工作站處理獲得三維CT、PET及兩者融合圖像。在PET/CT融合圖像上選取肝臟組織感興趣區(qū)（ROI），大小為20像素左右的圓形ROI，且同一斷層多次選取以避免與血管及右腎重疊影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并繪制時間-放射性活度曲線。

2 結(jié)果

2.1 11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇的制備

多次實(shí)驗(yàn)后，11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇連續(xù)合成效率可達(dá)到50%，放射化學(xué)純度＞98%。

2.2 Wistar雄鼠PET/CT成像結(jié)果

注射11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇后，大鼠肝臟放射性分布顯著（圖3）。注射11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇后肝臟ROI時間-放射性活度曲線顯示3 min內(nèi)肝臟放射性攝取迅速升高，20 min以內(nèi)放射性迅速下降，隨后下降緩慢、穩(wěn)定（圖4）。

3 討論

利用甘油可以與水甘油通道蛋白特異性結(jié)合參與肝臟代謝的生理特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)采用理化性質(zhì)與甘油類似、更易于標(biāo)記的3-氨基-1，2-丙二醇作為前體，首次利用TRACERlab FX C Pro合成器全自動一體化合成新型分子探針11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇。首先采用常規(guī)11C標(biāo)記放射性藥物方法合成中間產(chǎn)物11C-CH3I，然后與溶解后的前體在反應(yīng)瓶中經(jīng)過加熱、降溫、淋洗、分離等步驟，收集到分子探針11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇。整個合成過程由合成器自動完成，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)、分析，發(fā)現(xiàn)將淋洗液乙醇濃度調(diào)整為5%～10%時，合成效率可達(dá)50%以上，放射化學(xué)純度＞98%。

圖3 注射11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇后大鼠肝臟攝取情況。圖3a，3b：CT及PET圖像（橫斷面）。圖3c，3d：PET/CT融合圖像（橫斷面）及PETMIP圖像。圖4 注射11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇后大鼠肝臟ROI時間-放射性活度曲線。Figure3.ThePET/CTimaging of ratliver which wasinjected by11C-N-mythyl-3-amino-1,2-propanediol.Figure3a,3b：CT and PET imaging(lateralsection).Figure3c,3d：PET/CT fusionimag ingand PETMIP imaging.Figure4.The timera diationcurve of ratliver which wasinjected by11C-N-mythyl-3-amino-1,2-propanediol.

水甘油通道蛋白表達(dá)的改變與多種慢性肝病密切相關(guān)。非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）作為一種與飲食、遺傳等多種因素均相關(guān)的代謝性肝臟疾病，可以由非酒精單純性脂肪肝（NAFL）及非酒精性脂肪性肝炎（NASH）逐漸發(fā)展為肝纖維化、肝硬化，最終甚至可以發(fā)展為肝細(xì)胞癌（HCC）。在NAFLD的發(fā)生、發(fā)展過程中，上述的多種病理過程互相交叉，即NAFL也并不意味著完全不存在NASH，其脂肪變程度與NASH的進(jìn)展程度不一定呈正相關(guān)[3-4]。脂肪細(xì)胞膜上的AQP3、AQP7主要將血液中的甘油轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟，AQP9作為肝臟中表達(dá)最豐富的水甘油通道蛋白，則主要負(fù)責(zé)肝臟細(xì)胞的甘油轉(zhuǎn)入[5]。所以肝內(nèi)負(fù)責(zé)甘油轉(zhuǎn)運(yùn)的AQP9分布與表達(dá)異常會引起肝臟內(nèi)脂肪堆積的改變，與NAFLD的分期具有一定的相關(guān)性。肝纖維化時處于靜止?fàn)顟B(tài)的肝星形細(xì)胞（HSCs）被激活并分化為成肌成纖維細(xì)胞（MFBs），可分泌多種促炎性及促纖維生成活性細(xì)胞因子，帶動肝內(nèi)其他細(xì)胞共同參與肝臟纖維化進(jìn)程，引起細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積[6]。靜止的HSCs作為肝臟儲脂細(xì)胞，其細(xì)胞膜上主要表達(dá)AQP3，可與AQP9共同調(diào)節(jié)肝臟組織細(xì)胞中的脂肪含量，最新研究表明當(dāng)肝臟發(fā)生肝纖維化時，HSCs膜上AQP3的表達(dá)在脂聯(lián)素調(diào)節(jié)下會發(fā)生改變[7]。HCC中各種AQPs的變化與腫瘤類型、分級、是否伴有轉(zhuǎn)移等多種因素相關(guān)，其中AQP3在細(xì)胞膜及細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)明顯增多，原高表達(dá)的AQP9明顯減少[8]。總之，水甘油通道蛋白的各個亞型與多種肝臟疾病有一定的相關(guān)性，這為我們將甘油通道蛋白作為新型分子靶點(diǎn)成像，實(shí)現(xiàn)對肝臟疾病的無創(chuàng)診斷提供了全新的思路，可以在疾病早期及時干預(yù)治療。

關(guān)于早期肝纖維化的純AQPs分子成像已開展了多項(xiàng)研究。有研究以純AQPs理論為基礎(chǔ)，通過對肝臟進(jìn)行不同b值的磁共振掃描，證實(shí)純AQPs與肝纖維化存在一定的相關(guān)性[9]，然而無法將正常肝臟與早期肝纖維化明顯區(qū)分，接下來該課題組利用PET/CT的高敏感性，聯(lián)合抑制劑乙酰唑胺，結(jié)合病理結(jié)果，以NH3·H2O與H2O結(jié)構(gòu)相似為前提，進(jìn)行13N-NH3·H2O非特異性PET/CT顯像證實(shí)PET/CT可靈敏檢測到肝臟早期纖維化[10]。另有既往研究以11CN-甲基乙酰唑胺為AQP1和AQP4特異性顯像劑，對大鼠肝纖維化模型行PET/CT動態(tài)掃描發(fā)現(xiàn)11CN-甲基乙酰唑胺PET/CT顯像能夠敏感的檢測到早期纖維化時肝臟功能的改變，進(jìn)而評估肝纖維化的嚴(yán)重程度[11]。

然而，國內(nèi)外仍未見水甘油通道蛋白分子探針的制備，本研究首次全自動一體化合成11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇，PET/CT掃描結(jié)果表明該分子探針可以作為水甘油通道蛋白PET顯像劑，在肝臟顯像清楚。本課題組將進(jìn)一步研究11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇作為新型分子探針在NAFLD、肝纖維化等慢性肝病中的診斷價值，探究肝臟疾病與水甘油通道蛋白表達(dá)之間的關(guān)系及作用機(jī)制。