rhACE2在器官中的分布和定量的PETCT分子圖譜有助于SARS-CoV-2靶向治療

文獻(xiàn)信息

西南醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室、北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所，核醫(yī)學(xué)科，國家藥監(jiān)局放射性藥物研究與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等團(tuán)隊(duì)合作的研究成果Molecular PET/CT mapping of rhACE2 distribution and quantification in organs to aid in SARS‐CoV‐2 targeted therapy（rhACE2在器官中的分布和定量的PET/CT分子圖譜有助于SARS-CoV-2靶向治療）在學(xué)術(shù)期刊《Journal of Medical Virology》（JCR Q1, 2021 SCI IF 20.693）發(fā)表。平生公司的小動(dòng)物PET/CT（型號(hào)：Super Nova）產(chǎn)品在論文中提供了重要的腫瘤小鼠PET/CT圖像和定量分析。

 該研究的通訊作者為四川大學(xué)劉友平教授、北腫朱華研究員以及北大深圳研究院劉琦教授。第一作者為王紫蕾同學(xué)、北腫趙傳科副研究員、河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院李傳貴主任醫(yī)師。

文獻(xiàn)背景

2019冠狀病毒病(COVID-19)是由嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2 (SARS-CoV-2)感染引起的，對(duì)公眾健康構(gòu)成重大威脅。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2 (ACE2)是SARS-CoV-2感染的關(guān)鍵受體。重組人ACE2 (RhACE2)作為人ACE2的可溶性補(bǔ)充物，可以競(jìng)爭性地阻斷SARS-CoV-2感染。本研究首次構(gòu)建了小鼠器官原位rhACE2高聚集模型，并使用ACE2特異性試劑⁶⁸Ga‐HZ20對(duì)小鼠模型中的rhACE2進(jìn)行了體內(nèi)實(shí)時(shí)正電子發(fā)射斷層掃描(PET)成像。該放射性示蹤劑在體外表現(xiàn)出可靠的放射化學(xué)特性，并在體內(nèi)保持對(duì)rhACE2的高親和力。在探針攝取方面，⁶⁸Ga‐HZ20表現(xiàn)出良好的靶-非靶比，并迅速從循環(huán)系統(tǒng)中清除并由腎臟和泌尿系統(tǒng)排出。PET成像可以無創(chuàng)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)rhACE2在體內(nèi)的含量和分布，這表明rhACE2可以聚集在多個(gè)器官中，提示rhACE2對(duì)SARS‐CoV‐2和COVID‐19具有預(yù)防和治療潛力。

實(shí)驗(yàn)方法

KM小鼠rhACE2給藥

對(duì)于皮下rhACE2和腫瘤rhACE2模型，PET成像前30min直接在相應(yīng)部位注射不同劑量的rhACE2。對(duì)于原位rhACE2-腹腔內(nèi)肝脾模型，采用1.25%三溴乙醇按0.2mL/10g提前30min麻醉小鼠后，打開腹部暴露靶器官，用胰島素針注射不同含量的rhACE2，注射量不大于50μL。對(duì)于右側(cè)尾狀核定點(diǎn)注射，前囟門為原點(diǎn)，右側(cè)1.7mm，前方0.7mm，深3mm。

小鼠模型的微PET/CT成像

通過尾靜脈注射7.4MBq/200μL的⁶⁸Ga‐HZ20，異氟烷(2% ~ 3%，1L/min氧氣)麻醉，置于加熱床上進(jìn)行微PET/CT成像掃描儀掃描，獲取一定時(shí)間的靜態(tài)PET/CT圖像。然后，將50倍未標(biāo)記的HZ20和7.4MBq ⁶⁸Ga‐HZ20共注射到小鼠體內(nèi)進(jìn)行阻斷研究。對(duì)于目標(biāo)組織的離體成像，稱量器官的重量，直接進(jìn)行微PET/CT成像，并在PET成像程序后立即進(jìn)行γ計(jì)數(shù)器分析。在CT圖像上繪制感興趣的區(qū)域，并將其映射到PET上以獲得其SUVmax值，以便進(jìn)一步分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

PET成像顯示，⁶⁸Ga‐HZ20在體內(nèi)對(duì)rhACE2具有很高的特異性和敏感性(圖2A)。作者選擇0.4nmol的rhACE2組進(jìn)行14.63nmol的HZ20肽阻斷研究，阻斷組在rhACE2注射部位的探針攝取明顯減少(圖2B)。

圖2：⁶⁸Ga‐HZ20在rhACE2‐皮下模型中的評(píng)價(jià)。(A)皮下注射不同劑量rhACE2后KM小鼠模型的⁶⁸Ga‐HZ20 PET成像。白色圓圈為rhACE2注射部位。（B）0.4nmol rhACE2和50μgHZ20阻斷小鼠PET成像。白色框?yàn)閞hACE2的注射部位。(K, B代表腎和膀胱)。

在A549荷瘤小鼠中瘤內(nèi)注射rhACE2和顯微PET成像顯示，⁶⁸Ga‐HZ20準(zhǔn)確地追蹤了腫瘤中的rhACE2(圖3A)。與western blot結(jié)果一致，⁶⁸Ga-HZ20微PET成像未檢測(cè)到A549腫瘤中ACE2的表達(dá)。相反，注射race2組的探針攝取隨著注射劑量的增加而增加。比較不同注射組的PET成像SUVmax結(jié)果也一致，在注射探針30min后，腫瘤部位的SUVmax分別達(dá)到0.3±0.08、0.6±0.07、0.75±0.03和0.94±0.03(圖3B)。為了進(jìn)一步研究探針的特異性，作者對(duì)腫瘤與肌肉的SUVmax比值進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，在注射組給予相同劑量的rhACE2蛋白時(shí)，該比值隨時(shí)間而增加。在所有時(shí)間點(diǎn)，該比值均與rhACE2注射劑量相關(guān)。注射探針后240min，其比值分別為0.88±0.54、4.59±0.32、6.22±1.56、7.13±0.54(圖3C)。

圖3：⁶⁸Ga‐HZ20在基于A549細(xì)胞的rhACE2瘤內(nèi)模型中的評(píng)價(jià)。(A)瘤內(nèi)注射不同劑量rhACE2后，⁶⁸Ga‐HZ20注射后60分鐘的PET成像。帶虛線的白色方框表示腫瘤和rhACE2的注射部位(K, B分別代表腎臟和膀胱)。(B)圖3A和圖S6腫瘤中SUVmax的比較。(C)注射⁶⁸Ga‐HZ20后不同時(shí)間點(diǎn)腫瘤與肌肉SUVmax的比值。

為了研究⁶⁸Ga‐HZ20探針對(duì)不同組織和器官的靶向能力，作者在KM小鼠肝臟中原位注射不同劑量的rhACE2后進(jìn)行了PET成像研究。PET成像顯示肝臟中明顯的rhACE2劑量依賴性探針攝取(圖4A)。與對(duì)照組相比，rhACE2注射組肝臟注射部位的SUVmax值更高;注射15min后的SUVmax值分別為0.43±0.02、0.52±0.02和0.76±0.01(圖4B)。與空白對(duì)照組相比，0.2、0.4nmol rhACE2注射組肝肌靶比顯著升高，在60min時(shí)達(dá)到最高(分別為1.3±0.20、2.54±0.27、3.95±0.52)(圖4C)。探針注射150分鐘后，取肝臟樣品進(jìn)行γ計(jì)數(shù)器測(cè)量。與PET成像結(jié)果一致，肝臟%ID/g也依賴于rhACE2注射劑量，分別達(dá)到0.24±0.01、0.32±0.01、0.37±0.02(圖4D)。rhACE2與SUVmax的相關(guān)性分析顯示，注射探針60min后相關(guān)性最高，R2為0.9994(圖4E)。肝組織中ACE2幾乎不表達(dá)，但注射rhACE2人為提高了蛋白水平(圖4F)。

圖4：⁶⁸Ga‐HZ20在rhACE2‐腹腔內(nèi)肝模型中的作用評(píng)價(jià)。(A)肝臟原位注射不同劑量rhACE2的PET成像。白色圓圈表示肝臟注射部位(L、H、B分別代表肝臟、心臟和膀胱)。(B)圖4A和圖S7肝臟中SUVmax的比較。(C)肝臟與肌肉的SUVmax比值。(D)肝組織% ID/g比較。(E)注射后60min SUVmax與rhACE2劑量的相關(guān)性分析。(F)注射部位rhACE2的Western blot。

文獻(xiàn)結(jié)論

本研究通過對(duì)標(biāo)記條件的優(yōu)化，制備了高放化產(chǎn)率的探針⁶⁸Ga‐HZ20。rhACE2組織和器官原位模型的顯微PET/CT成像表明，⁶⁸Ga‐HZ20能夠無創(chuàng)、準(zhǔn)確地顯示rhACE2在體內(nèi)的分布。同時(shí)，基于探針攝取值(SUVmax)與rhACE2含量之間的正相關(guān)關(guān)系，可以進(jìn)行PET成像用于無創(chuàng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)rhACE2受體含量，有助于rhACE2治療的進(jìn)一步研究和應(yīng)用。然而，由于缺乏病毒檢測(cè)條件，作者無法評(píng)估rhACE2在病毒阻斷和治療中的有效性。

使用設(shè)備

                                                  Super Nova^® Micro PET/CT（III 代外觀圖）