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心血管核医学18FFDG用于家兔动

 

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文章来源:中华核医学与分子影像杂志,,38(7):-.

作者:张颖王蒨苏航牟甜甜张晓丽米宏志谢小芬李全张烨虹

单位: 首都医科医院核医学科

引用本文:张颖,王蒨,苏航,等.18F-FDG用于家兔动脉易损斑块的研究及与99Tcm-RGD的相关性分析[J].中华核医学与分子影像杂志,,38(7):-.DOI:10./cma.j.issn.-..07.

18F-FDGPET/CTinrabbitmodelofvulnerableplaqueanditscorrelationwith99Tcm-RGDimaging

ZhangYing,WangQian,SuHang,MouTiantian,ZhangXiaoli,MiHongzhi,XieXiaofen,LiQuan,ZhangYehong

CiteasChinJNuclMedMolImaging,,38(7):-.DOI:10./cma.j.issn.-..07.

摘要

目的

对家兔动脉易损斑块模型进行18F-脱氧葡萄糖(FDG)PET/CT显像并结合99Tcm-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)SPECT/CT显像、血脂检测、病理及免疫组织化学检测等结果,评价18F-FDGPET/CT在易损斑块中的应用价值。

方法

选取健康雄性新西兰大白兔16只,按照完全随机分组法分为正常对照组(A组,4只)、稳定斑块组(B组,4只)、易损斑块组(C组,8只),分别于普食(A组)或高脂(B、C组)喂养2周后,行腹主动脉假手术(A、B组)与动脉内膜球囊拉伤术(C组),随后继续采取普食(A组)或高脂(B、C组)喂养,在第4、8、12周末时对3组模型兔经耳缘静脉注射18F-FDG及99Tcm-RGD,在注射后1、2和3h行18F-FDG显像,在注射后30min行99Tcm-RGD显像。在第4、8周末各组处死1只模型兔,第12周显像后处死全部动物,取出腹主动脉,行离体腹主动脉显像及病理和免疫组织化学分析。采用单因素方差分析及Pearson相关分析处理数据。

结果

PET/CT显像A组始终未见明显放射性分布,B组在12周、C组在第8周及12周显像均可见腹主动脉放射性分布,C组在第12周见明显放射性分布增高,且高于A、B组。12周时,B、C组腹主动脉放射性分布呈散在、条状及不均匀性分布,3组的平均标准摄取值(SUVmean)和最大标准摄取值(SUVmax)差异均有统计学意义(F=7.和14.,均P0.05)。C组在第4、8、12周时,3h腹主动脉SUVmax(0.43±0.08,0.68±0.06,1.74±0.63)及SUVmean(0.37±0.03,0.56±0.03,1.26±0.23)差异均有统计学意义(F=10.和39.,均P0.05)。12周末,3组模型18F-FDG3h显像的SUVmax及SUVmean均与99Tcm-RGD显像的靶/非靶组织放射性比值相关(r=0.和0.,均P0.05)。第12周末病理及免疫组织化学分析结果显示,A组斑块处未见巨噬细胞,B组见少量巨噬细胞,C组见大量巨噬细胞及少量平滑肌细胞。

结论

18F-FDGPET/CT显像用于动脉易损斑块的评估可行,可为动脉粥样硬化斑块的易损性评价提供早期、无创、可视化依据。

动脉粥样斑块破裂和血栓形成是导致急性心脑血管事件(acutecardiocerebrovascularevents,ACE)发生的主要原因。易损斑块是指具有破裂倾向、易于发生血栓或进展迅速的危险斑块。早期鉴别斑块的易损性有利于ACE的早期预防和干预。18F-脱氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose,FDG)可被增殖活跃的肿瘤细胞和炎性细胞大量摄取,可在一定程度上反映斑块的易损性[1]。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)能与新生血管中高表达的整合素αvβ3特异性结合[2]。前期研究[3]发现,99Tcm-RGD具有探测易损斑块的潜力。

本研究对动脉粥样硬化斑块进行18F-FDG显像与99Tcm-RGD的显像,对18F-FDG作为易损性斑块有效分子探针的价值及相关机制进行探讨。

材料与方法

1.材料与仪器。18F-FDG、99TcmO4-由北京原子高科股份有限公司提供;RGD试剂药盒由北京师范大学提供[4];健康雄性大白兔购自北京市芳缘养殖场[许可证号:SCXK(京)-]。HE染液、环保型中性树胶购自北京中科万邦生物科技有限公司,无水乙醇、二甲苯、盐酸、氨水购自国药集团化学试剂有限公司。乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraceticacid,EDTA)抗原修复液、磷酸盐缓冲液(phosphate-bufferedsolution,PBS)、牛血清白蛋白Ⅴ购自北京索莱宝科技有限公司,二甲基联苯(3,3-diaminobenzidine,DAB)显色试剂盒购自美国Sigma公司,抗CD68抗体和抗α-平滑肌肌动蛋白(α-smoothmuscleactin,α-SMA)抗体均为美国Abcam公司产品。Bio64-3R-32(排)PET/CT为德国Siemens公司产品;Precedence型SPECT/CT为荷兰Philips公司产品;爱德华FogartyF14球囊导管为美国波科公司产品。

2.实验分组。健康雄性新西兰大白兔16只,8周龄,体质量(2.5±0.5)kg。采用完全随机分组法分为3组:正常对照组(A组)4只,稳定斑块组(B组)4只,易损斑块组(C组)8只。3组兔于购买后均正常普食喂养并观察1周。此后A组继续喂养2周普食,并于第2周末行假手术,继续普食喂养至第12周末;B组高脂喂养2周后行右侧股动脉区假手术,并继续高脂喂养至第12周末,高脂饲料成分为(百分数均为质量分数):1%胆固醇+5%猪油+5%蛋黄粉+89%普通饲料,余实验方案同A组;C组高脂喂养2周后行主动脉球囊拉伤术,并继续高脂喂养至第12周末。3组模型均与第4、8、12周末进行PET/CT及SPECT/CT活体显像,第4、8周末各组处死1只,12周显像后处死全部动物。99Tcm-RGD显像与18F-FDG显像间隔2d。

3.模型制作。(1)假手术动物模型。将质量分数30%的戊巴比妥按体质量1mg/kg对家兔进行腹腔麻醉,20min后固定家兔,暴露股动脉,然后逐层缝合,并给予青霉素钠肌内注射,防止感染。(2)易损斑块动物模型。同上法暴露股动脉后,于远端结扎股动脉,近端带线,动脉夹夹住股动脉,直视下将4F球囊导管插入股动脉并向上推送至腹主动脉上段约20cm处,球囊内注入0.4ml生理盐水扩张至有阻力,向下拖拉球囊导管至髂动脉分叉处,造成动脉内膜机械损伤,同样方法重复3次。撤出球囊及导丝,结扎股动脉,依此逐层缝合皮下组织及皮肤切口,常规皮肤消毒,青霉素钠肌内注射,以防感染。

4.显像及图像判读。(1)PET/CT显像。常规禁食、禁水12h,腹腔麻醉(质量分数30%的戊巴比妥、按体质量1mg/kg),测血糖,20min后按体质量于兔耳缘静脉注射18F-FDG37MBq/kg,分别于1、2、3h行同机PET/CT显像,扫描2个床位,5min/床位,共10min。在PET扫描结束后进行腹主动脉增强CT成像,参数:电压kV,电流mA,层厚3mm,矩阵×,扫描范围为:颈部至双侧腹股沟上区。(2)SPECT/CT显像。同上法进行显像前准备和动物麻醉,按体质量于兔耳缘静脉注射99Tcm-RGD37MBq/kg,30min后行SPECT/CT显像。CT采集条件:电压80kV,电流60mA,层厚5mm。SPECT扫描参数:双探头°旋转采集(每个探头旋转°),每6°采集1帧,30s/帧,矩阵×,放大倍数1.0。显像视野包括兔耳至兔腹主动脉处。(3)图像判读。由经验丰富的2位核医学医师进行阅片,意见不一时协商解决。在PET/CT图像腹主动脉放射性分布最浓聚区勾画感兴趣区(regionofinterest,ROI),并计算最大标准摄取值(maximumstandardizeduptakevalue,SUVmax)与平均标准摄取值(meanstandardizeduptakevalue,SUVmean);在SPECT/CT图像腹主动脉斑块处与其周围肌肉(本底)勾画ROI,取4个像素单位的总计数,并计算靶/非靶组织放射性(target/non-target,T/NT)比值。所有数据测量3次并取平均值。

5.离体腹主动脉检测。12周末显像结束后,静脉麻醉处死动物模型,取出腹主动脉,去除腔内血块及周围组织,生理盐水浸泡后纵向剖开主动脉管壁,肉眼观察斑块情况并置于PET探头下行腹主动脉离体显像,1个床位,30min。

6.血液生化指标检测。3组动物模型分别于造模前、造模后第4、8及12周显像前做血液生化检查。禁食12h,测量体质量后,分别经耳缘静脉抽取空腹血,检测血清总胆固醇(totalcholesterol,TC)、三酰甘油(triacylglycerol,TG)、低密度脂蛋白(lowdensitylipoprotein,LDL)。

7.病理及免疫组织化学检测。(1)病理检测。对离体血管片段用质量分数4%的甲醛固定,石蜡包埋后,以5μm厚度连续切片,每间隔5张取1张,用于HE染色,根据切片组织学染色结果,选择斑块面积最大的切片做形态学分析。动脉粥样病变的分型参照美国心脏学会(AmericanHeartAssociation,AHA)标准分为6型:内膜增厚(Ⅰ型),脂纹(Ⅱ型),中间或过渡型斑块(Ⅲ型),具有完整内膜边界的粥样斑块(Ⅳ型),纤维粥样斑块或表明为新生纤维结缔组织覆盖的斑块(Ⅴ型),表面缺损、出血和(或)含血栓的复杂斑块(Ⅵ型)。(2)免疫组织化学检测。组织切片经HE染色后,加入小鼠抗兔CD68及α-SMA单克隆抗体,行显微镜观察。评价指标:CD68染色阳性(细胞质染色)提示巨噬细胞聚集,α-SMA阳性提示平滑肌细胞聚集。

8.统计学处理。采用IBMSPSS22.0软件进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以±s表示,组间比较采用单因素方差分析,相关性分析采用Pearson相关分析。P0.05为差异或相关性有统计学意义。

结果

1.PET显像结果(表1,图1)。PET显像前A、B、C3组动物模型血糖均8.5mmol/L;3组动物模型肝、肾、膀胱均清晰可见。A组腹主动脉处未见放射性分布。B组在第12周时可在腹主动脉处见少量放射性分布。C组第8周时可腹主动脉处见少量放射性分布,第12周时放射性分布明显增加,且呈不连续及散在分布。3组1和2h显像的SUVmax和SUVmean差异均无统计学意义(F=0.~3.,均P0.05)。3h的显像结果显示,第4、8周时3组SUVmax及SUVmean差异均无统计学意义(F=0.、0.、0.和0.,均P0.05);第12周时3组SUVmax及SUVmean差异均有统计学意义(F=7.和14.,均P0.05)。C组在第4、8、12周时,3h腹主动脉SUVmax及SUVmean差异均有统计学意义(F=10.和39.,均P0.05)。

图1模型兔18F-脱氧葡萄糖(FDG)PET/CT显像图(A~C 组依次为正常对照组、稳定斑块组和易损斑块组,从左到右依次为造模后第4、8、12周)。B组在第12周于腹动脉见少量放射性摄取(箭头示)。C组在造模后第8和12周,均可见腹主动脉管腔有明显不规则狭窄,放射性摄取呈条状及不均匀性增高,且造模后第12周末较造模后8周更明显(箭头示)

2.SPECT/CT显像结果(图2)。A组在第4、8、12周始终未见明显放射性分布,B组在第12周、C组在第8、12周均可见腹主动脉呈条状放射性分布增高。第4周时3组的T/NT比值差异无统计学意义(1.31±0.07、1.25±0.21、1.46±0.34;F=0.,P0.05),第8和12周时3组T/NT比值差异均有统计学意义(1.21±0.08和1.19±0.09,1.43±0.21和1.62±0.13,1.66±0.22和1.81±0.28;F=14.和41.,均P0.05)。3组模型18F-FDG3h显像的SUVmax及SUVmean与99Tcm-RGD显像的T/NT比值相关(r=0.和0.,均P0.05)。

图2模型兔99Tcm-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)SPECT/CT显像图(A~C 组依次为正常对照组、稳定斑块组和易损斑块组,从左到右依次为造模后第4、8、12周)。A组始终未见明显的放射性分布,B组和C组在造模后第8和12周,均可见腹主动脉处条状放射性摄取增高(箭头示),且C组较B组摄取更高

3.离体血管大体表现及显像结果。A组腹主动脉内膜完整、光滑,离体血管显像未见明显放射性浓聚。B组腹主动脉管壁僵硬,可见黄色脂纹形成,离体血管显像可见部分点状放射性分布。C组腹主动脉管壁明显僵硬,管腔变窄,纵行切开发现腹主动脉内膜面凹凸不平,散在大量黄白色脂质斑块,最大直径约14mm,主要位于膈下肾动脉水平处及腹主动脉中下段,离体血管显像可见斑块处明显放射性浓聚,呈不连续、大颗粒状。

4.血脂检测结果。高脂饮食以后,B、C组模型兔血脂(TC、TG、LDL)水平逐渐升高,到第12周末均达到较高水平[如TC分别为(4.64±0.88)和(4.60±1.49)mmol/L],且高于术前及A组血脂水平(F=16.~.,均P0.05)。A组不同时间点可见血脂小幅度波动,无明显上升趋势。

5.病理及免疫组织化学检查结果(图3)。A组动物模型腹主动脉管壁内膜完整,光滑,未见明显增厚,分型为Ⅰ型。B组腹主动脉管壁内膜僵硬,增厚,见少量空泡细胞,分型为Ⅱ型。C组腹主动脉管腔内粥样斑块形成,管腔明显变窄,内膜增厚,内膜下可见大量空泡细胞聚集以及纤维帽形成,分型为Ⅵ型。免疫组织化学检查结果显示:A组未见明显巨噬细胞;B、C组模型在腹主动脉斑块最明显处见多个巨噬细胞聚集,且C组巨噬细胞较B组多,C组斑块处平滑肌细胞较A、B组明显减少。

图3模型兔造模后第12周腹主动脉离体标本的病理及免疫组织化学检查图(从上到下依次为正常对照组、稳定斑块组和易损斑块组)。病理检查(A;HE×)示,正常对照组腹主动脉管壁内膜完整、光滑;稳定斑块组管壁内膜僵硬、增厚;易损斑块组管腔内粥样斑块及纤维帽形成。CD68(B;×)和α-平滑肌肌动蛋白(C;×)免疫组织化学检查示,正常对照组腹主动脉未见明显巨噬细胞,平滑肌细胞较多;稳定斑块组腹主动脉斑块处见少量巨噬细胞,平滑肌细胞减少;易损斑块组腹主动脉斑块处见大量棕黄色巨噬细胞,平滑肌细胞明显减少

讨论

研究[5]表明,巨噬细胞通过分泌基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases,MMPs)和其他细胞因子(如干扰素等),破坏间质蛋白,抑制平滑肌细胞和胶原生成,导致斑块结构不稳定。巨噬细胞有M1型和M2型,在早期,斑块内浸润细胞以M2型巨噬细胞为主;而在进展期斑块中,M1型巨噬细胞逐渐占据主导地位[6,7]。

Rudd等[8]发现,18F-FDG在动脉粥样斑块中的聚集较正常血管壁高,离体动脉粥样硬化斑块的巨噬细胞聚集处有18F-FDG的蓄积。Rogers等[9]的研究显示,急性冠状动脉综合征患者的"罪犯血管"病变处18F-FDG摄取较稳定性心绞痛患者血管狭窄部位明显增加,提示18F-FDGPET/CT可用于检测冠状动脉斑块。本研究结果表明:(1)造模后第12周,PET/CT显像时C组动物模型腹主动脉部位18F-FDG的摄取明显增加,且SUVmax和SUVmean与A、B组之间有差异,说明腹主动脉球囊拉伤可造成内膜损伤,但早期腹主动脉斑块较小,炎性反应相对较轻,巨噬细胞介导的级联反应可稳定斑块,随着喂养时间延长及血脂水平逐渐增高,斑块体积愈发增大,斑块内炎性反应逐渐加重,提示斑块易损性逐渐加重的变化过程。此外,3hPET/CT显像示,3组动物模型SUVmax和SUVmean差异均有统计学意义,而1、2h显像时,SUVmax和SUVmean差异不明显,说明注射18F-FDG后,早期显像剂分布于心、肝、肾及周围肠道,对腹主动脉干扰较大;3h时,腹主动脉周围组织内的FDG逐渐被清除,干扰明显降低,此时腹主动脉斑块可清晰显影,获得最佳的检测效果和量化数据。(2)斑块内的炎性反应与新生微血管生成关系密切。第12周末时,3组模型18F-FDG3h显像的SUVmax及SUVmean均与99Tcm-RGDT/NT比值具有良好的相关性,进一步说明斑块内巨噬细胞的聚集与新生微血管生成相互作用,提示斑块内具有较强的炎性反应,且斑块随时间延长愈发不稳定。(3)通过增强CT及PET/CT显像发现,在第12周末腹主动脉拉伤后的C组动物模型腹主动脉中下段可见明显的斑块形成,而对照组腹主动脉部位始终未见斑块形成,提示腹主动脉球囊拉伤后,内膜受到损伤,局部更容易形成粥样硬化斑块。同时,血脂变化的趋势也间接反映了斑块形成的动态变化。在第12周末大体标本观察斑块的分布特点与离体腹主动脉显影基本一致,且病理结果亦显示了动脉易损斑块的特征。免疫组织化学观察发现,C组模型动物斑块内巨噬细胞个数明显增多,平滑肌细胞明显减少,也进一步证实了炎性活动与易损斑块形成的关系密切。(4)C组动物模型在第12周末的增强CT上可见腹主动脉局部管壁不规则狭窄,间接提示此处斑块形成;同期PET/CT发现此处明显放射性分布增高,提示斑块处于活动期。二者相互补充,为易损斑块的发生和发展提供了更多有用的信息。

本研究不足之处在于:样本量较少,需进一步加大样本量;动物喂养时间较短,不能完全显示动脉粥样硬化斑块稳定性的动态变化规律,需进一步增加喂养时间。总之,18F-FDGPET/CT显像对炎性病变具有较好的诊断效能,可为冠心病患者冠状动脉易损斑块的早期甄别提供可靠的无创性检查手段。

利益冲突

利益冲突 无

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