99mTc標記新型硼酸結構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

(北京協和醫學院，中國醫學科學院阜外醫院 核醫學科，北京 100037)

冠心病是嚴重威脅人類健康的常見心血管疾病之一。在我國，其發病率和死亡率均呈持續上升趨勢。冠心病由冠狀動脈粥樣硬化病變導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后有重要意義。心肌灌注顯像(myocardial perfusion imaging, MPI)是一種無創性評價心肌血流的影像學技術，其臨床價值已被廣泛接受，成為目前冠心病診斷、治療決策、療效評價以及預后判斷最重要的影像學方法之一[1-3]。理想的MPI藥物必須具備心肌首次攝取率高、心肌內滯留相對穩定、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范圍內具有良好的線性關系等特點[4-6]。但目前臨床應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呈線性相關，在高血流量范圍(>2 mL·min-1·g-1，如：潘生丁、腺苷等藥物負荷狀態下)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，被美國食品藥品監督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批準用于臨床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極好的直線相關性，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，明顯優于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，限制了其臨床應用[10-11]。

本研究針對99mTc-TEBO主要結構中的“硼酸帽”進行化學修飾，優化“硼酸帽”結構，改善此類顯像藥物的生物學性能和代謝特征，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特性及單光子發射計算機斷層顯像(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荷狀態下的心肌血流量提供參考。

1 實驗材料

1.1 實驗材料

環己二酮二肟(CDOH2)、硼酸、SnCl2·2H2O、檸檬酸、二乙三胺五乙酸(diethylene triamine pentoacetic acid, DTPA)、γ-環糊精、2-甲磺酰基吡啶-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：通用電氣醫療，美國；Discovery 640型SPECT/CT：通用電氣醫療，美國。

1.3 實驗動物

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

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，常規麻醉后取仰臥位，監測心電。由耳緣靜脈置管預注射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，同時動態采集SPECT，采用列表模式，連續采集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的制備路線及結構式示于圖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進行生物評價。

圖1 99mTc-TEBO、99mTc-2SP、99mTc-4LPA、99mTc-2MDM的制備路線和化學結構式

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，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動態心肌SPECT圖(左心室短軸)

上述四種顯像劑生物學特性的差異可能與其細胞結合特性有關，有研究表明，99mTc-TEBO可能通過肟與細胞膜表面的親水端基團形成氫鍵，從而與心肌細胞膜結合[14-20]。99mTc-2SP化學結構中除了包含肟結構部分之外，2-甲基磺酰基能與脂質層中的磷酸基團形成強氫鍵，使其與細胞膜的結合力更強，心肌滯留時間更長，與已發表的示蹤劑99mTc-3SP結構相比[3]，甲基磺酰基取代位置不同，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的結構有關。2MDM和4LPA脂溶性較低，可降低肝臟攝取，兩者結構中都包含強親水性基團，2MDM與2SP類似，都屬于面狀結構，但是前者的相對分子質量更大，結構更復雜，使得99mTc-2MDM的空間位阻明顯高于99mTc-2SP，這可能是導致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構，空間結構較前兩者更為復雜，另外4LPA中含有強的親水性基團，導致99mTc-4LPA親水性太強，因而心肌攝取很少。從研究結果推斷：99mTc-TEBO和99mTc-2SP都屬于結構相對簡單的示蹤劑，這類示蹤劑只有保證較小的空間位阻結構以及含有一定的脂溶性才能被心肌攝取，這可能就是導致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

本研究中，99mTc-2SP是較為理想的硼酸類結構心肌灌注顯像藥物，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，為臨床應用提供了更好的基礎。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。