靶向巨噬细胞TSPO受体示踪剂在类风湿关节炎中的研究进展

朱星星，谢吉奎，张依凡，倪 明，石 彬，孙芳芳，汪世存，谢 强

（1中国科学技术大学附属第一医院-安徽省立医院核医学科，安徽合肥 230001；2青岛大学附属医院核医学科；3大连医科大学附属第一医院核医学科）

类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种以关节滑膜炎为起病特征的慢性自身免疫性疾病，持续性滑膜炎会导致严重的进行性关节损害、功能残疾，增加发病率和死亡率[1]。此外，类风湿性关节炎也是一种全身性自身免疫性疾病，可影响许多组织和器官，并与其他疾病有关，包括感染、恶性肿瘤和心血管疾病[2]。至今世界上大约有1%～2%的人口受到类风湿性关节炎的伤害[3]，年龄在40～60 岁之间的女性比男性更容易受到影响且RA疾病进展速度女性较男性更快，病情更重[4]。由于RA 的发病机理不明确，致残率高，治愈不理想，给家庭和社会带来沉重的医疗与经济负担。早期诊断，早期预防和早期针对性治疗对于RA 极为重要。通过在体内成像所需分子靶点的独特能力，PET 有可能成为检测和定量RA 滑膜炎的一种高度敏感和特异的成像工具。研究表明，活化的巨噬细胞在类风湿关节炎中起着关键作用[5-6]，巨噬细胞在RA 早期就渗透到滑膜中，其巨噬细胞活化的数量和水平与临床疾病活动息息相关[7]。

转运蛋白18 kDa（translocator protein 18 kDa,TSPO），以前也被称为外周苯二氮卓类受体（periph⁃eral benzodiazepine receptor PBR）[8]，它是位于线粒体外膜的具有5 个跨膜结构域的多功能蛋白[9]。TSPO参与多种细胞功能，包括类固醇生物合成、胆固醇代谢、细胞增殖和凋亡等[10]。在过去的20 年里，许多TSPO特异性正电子发射断层扫描(PET)示踪剂被开发和使用，用于各种疾病的成像，例如：疱疹脑炎[11]、胶质瘤[12]、多发性硬化症[13]和阿尔兹海默病等[14]。目前线粒体外膜TSPO功能尚不明确，但据报道其在活化的巨噬细胞线粒体外膜上高度表达[15-16]。众所周知巨噬细胞在类风湿性关节炎的发病机制中起着关键作用[17-18]，并且已有报道指出巨噬细胞与疾病活动性[19-20]和关节破坏[21-22]相关，这就为TSPO 作为巨噬细胞显像的靶点奠定了基础。特异性靶向巨噬细胞有希望成为诊断RA 的理想靶点。本文拟对靶向巨噬细胞的TSPO 受体分子探针作为RA 的影像标志物进行综述，旨在为后续开展的TSPO 受体靶向RA的相关研究提供理论依据。

1 11C-(R)-PK11195

早在1997 年体外研究就表明配体PK11195 与巨噬细胞中大量存在的TSPO结合且R-异构体具有更高的亲和力[23-24]。2002 年11C-(R)-PK11195 与关节炎中的巨噬细胞的特异性结合就在兔子模型上得到了验证[25]。2008年Laken等[26]通过PET显像和免疫组织化学分析证实了11C-(R)-PK11195对RA患者炎症关节中巨噬细胞的非侵入性成像是可行的且滑膜组织下层的PBR染色与巨噬细胞CD68染色呈显著正相关。2009 年研究发现11C-(R)-PK11195 标准化摄取值（SUV）可定量类风湿关节炎炎症程度[27]。2012年研究表明11C-(R)-PK11195 PET 靶向巨噬细胞可以显示具有抗瓜氨酸蛋白抗体(ACPA)的关节痛患者的亚临床滑膜炎，为RA 的早期干预提供了有价值的思路[28]。同时2014 年以关节红斑为临床疗效指标证实了11C-(R)-PK11195 PET 靶向巨噬细胞能够显示无临床关节炎的RA患者治疗过程中或治疗后的亚临床关节炎症[29]。尽管11C-(R)-PK11195 PET 作为首例TSPO 受体探针在诊断RA 方向取得了一定的进展，但是它受到脑穿透不足和高非特异性结合的限制，信号背景低，灵敏度差[30]，限制其广泛应用。

2 11C-DPA-713和18F-DPA-714

由于11C-(R)-PK11195的局限性，第二代TSPO示踪剂应运而生。这些示踪剂比11C-(R)-PK11195表现出更高的结合亲和力和更好的特异性与非特异性结合率。符合这一特征的两个候选化合物包括11C-DPA-713和18F-DPA-714[31-32]。2014 年18F-DPA-714 首次作为RA大鼠模型PET的生物标志物得到研究，结果表明18F-DPA-714 非常适合于研究实验性(RA)啮齿动物模型的外周炎症[33]。随之通过体外竞争实验和免疫组织化学研究证实在人巨噬细胞THP-1 中DPA-713 和DPA-714 的相对TSPO 结合量分别是PK11195 的7 倍和25 倍，在健康志愿者的CD14+单核细胞中也观察到了类似的结果[34]。这表明11C-DPA-713 和18F-DPA-714 是大鼠RA 模型中靶向关节炎的有前途的放射性配体。近两年11C-DPA-713 和18F-DPA-714 已被应用临床检测患者 RA 的疾病活动性[35-36]。结果发现与11C-(R)-PK11195相比，两种DPA示踪剂的背景摄取率都较低，PET 阳性关节的平均绝对摄取11C-DPA-713 显著高于18F-DPA-714，后者与11C-(R)-PK11195 摄取无显著差异。11C-DPA-713 可以进一步改善关节炎的影像特征，示踪剂摄取水平与临床存在和关节炎严重程度相对应且不可逆双室模型是评价11C-DPA-713 摄取速率的最佳定量模型。由此可见DPA 示踪剂为RA 的早期诊断和治疗监测提供了新的契机。

3 11C-PBR28

TSPO 配体11C-PBR28 在2013 年就被证明可在两种大鼠关节炎模型中检测出滑膜炎[37]。2018 年11C-PBR28 作为RA 的PET 影像标志物也走向了临床[38]。利用RA患者和健康志愿者以及他们的滑膜组织证实了配体PBR28 结合在RA 血管膜上，在健康关节和组织中几乎没有信号。随后相关研究发现当用11C-PBR28 PET 检测RA 患者时，脑TSPO 结合与RA疾病活动性之间存在强烈的负相关[39]，为开辟潜在的RA治疗策略提供了新思路。

4 18F-FEDAC

18F-FEDAC 是具有高选择性的第二代TSPO 配体，Chung等[40]发现18F-FEDAC可以通过靶向激活的巨噬细胞TSPO 的表达来显示CIA 小鼠模型关节炎关节的活动性炎症，表明了18F-FEDAC 显像在RA早期诊断中具有潜在的应用价值。随后他们又发现18F-FEDAC可用于活体监测炎症关节中活化的巨噬细胞[41]，是拮抗剂依那西普(ETN)通过肿瘤坏死因子(TNF)拮抗作用的治疗靶点，使用18F-FEDAC的活体显像可以用来预测那些具有抗炎作用以抑制活化的巨噬细胞的生物修饰抗风湿药物(bDMARD)的治疗效果。

5 18F-VUIIS1008和VUIIS1018A

18F-VUIIS1008与18F-DPA-714在结构上有一定的相似性，但它与TSPO 的亲和力却是DPA-714 的36 倍多[42]，是一种很有发展前景的吡唑并嘧啶类TSPO配体。厦门大学附属中山医院核医学科王亮亮等[43]发现18F-VUIIS1008 MicroPET-CT 显像示小鼠左踝关节炎性反应组织清晰可见，18F-VUIIS1008可与炎性反应部位巨噬细胞特异性结合，具有良好的靶向性，且在炎性反应部位停留时间长，有望成为用于RA的新型PET显像分子探针。随后Tang D等[44]在18F-VUIIS1008结构基础上进行了改造，开发出了新的TSPO 显像剂18F-VUIIS1018A，与先前报道的18F-VUIIS1008 和18F-DPA-714 的TSPO 示踪剂相比，18F-VUIIS1018A 具有更高的结合亲和力和脑结合潜力，它有望成为更理想的炎症示踪剂。

6 18F-GE-180

尽管第二代TSPO 示踪剂受体特异性和图像信噪比得到了改善，但是第二代示踪剂对TSPO的亲和力分为三种结合类型[45]：高亲和力（Ala/Ala），混合亲和力（Ala/Thr）和低亲和力（Thr/Thr）。不同显像剂与不同TSPO的结合类型存在差异，难以定量分析和比较第二代TSPO成像剂的图像[46]，这限制了第二代TSPO 显像剂的临床应用[47]。为了弥补第二代TSPO示踪剂对部分基因型亲和力的不足，Wadsworth等[48]开发了一种新的三环吲哚系列TSPO配体，该系列中的化合物18F-GE-180具有高亲和力、良好的脑摄取和高特异性结合。该示踪剂目前被证实在神经炎症区域摄取较高，非特异性结合低，比11C-PK 11195和18F-DPA-714 显示出更好的成像特性[49-50]。2019 年Groot等[51]将18F-Ge～180摄取与18F-FDG和DCE-MRI的炎症测量结果进行了比较。18F-Ge-180 PET/CT显像显示RA 患者关节周围有明显的滑膜外摄取，但18F-Ge-180 摄取与腕部DCE-MRI 参数无或仅弱相关(r=0.09～0.31)，对RA 的敏感性和量化疾病活动性的能力较差。虽然18F-GE-180 PET-CT在检测RA症状性关节方面可能稍具特异性，但其较低的灵敏度和量化RA滑膜炎症的能力将在很大程度上阻碍该示踪剂在该疾病中的进一步应用。

7 99mTc-DTPA-CB86

虽然PET 具有更高的分辨率和灵敏度，但单光子发射计算机断层扫描（SPECT）具有成本低、应用范围广、良好的物理和成像特性（γ射线=140 keV，半衰期=6.02 h）等优点。TSPO配体除了上述提及的常用于PET呈像的经典配体外，CB86作为其新型配体近年来愈发受人重视[52]。CB86可以特异性结合细胞中的TSPO蛋白，其亲和力约为PKlll95的10倍[53]，并且可以利用较遍及的放射性核素99mTC 标记CB86 从而在较便宜、普及的SPECT/CT 下对炎症模型进行显像。CB86 分子不能直接用于99mTc 标记，需引入双功能螯合剂，二乙烯三胺五乙酸盐（DTPA）螯合剂在较低的配体浓度下即对99mTc或111In等金属核素有很高的标记率[54]。刘鹏等[55-56]发现99mTc-DT⁃PA-CB86 SPECT显像可识别RA模型大鼠滑膜关节内活化的巨噬细胞，另外99mTc-DTPA-CB86 具有合成简单、背景低、可清晰显示关节炎、监测抗炎治疗反应等优点，有望成为关节炎SPECT 显像靶向TSPO的新型分子探针。

8 结论与展望

目前TSPO 特异性配体主要分为以下几类：异喹啉类、吡唑并吡啶类、苯氧苯基乙酰胺类、2-芳基-8-氧化嘌啉类、三环吲哚类、咪啶并吡啶类等。尽管异喹啉类配体PK11195 是第一个被证实对TSPO 具有高亲和力的配体，它仍存在脑渗透能力低、背景噪音大和灵敏度差等不足。吡唑并吡啶类配体DPA-713、DPA-714 以及VUIIS1008 均表现出合适的体外成像和高的靶标特异性，但它们在人类体内的量化还会受到多个复杂的因素影响。苯氧苯基乙酰胺类配体PBR28 在活化的滑膜FLS 和M2 表型巨噬细胞上表达最高，在检测(RA)中以FLS 和巨噬细胞为主的炎症方面可能具有独特的敏感性。2-芳基-8-氧化嘌啉类配体FEDAC能够显示CIA模型中关节炎关节的活跃炎症部位；三环吲哚类配体GE-180作为第三代显像剂具有比第一、二代更好的特异性和信噪比，可更好地反映TSPO的表达和巨噬细胞活化情况，但二者的临床应用价值仍需大量实验验证。咪唑并吡啶类配体CB86 能够特异性结合TSPO，使其图像有更高的靶本底，但CB86的荧光信号分布不均匀致其荧光显像受到限制。利用分子影像的手段靶向巨噬细胞成像，对RA 的诊断、预后、疗效监测以及理解疾病发展过程中的机制都非常有帮助。此外，巨噬细胞又分M1、M2 型[57-58]，通过免疫学方法鉴别炎性反应部位巨噬细胞的种类、数量，可改进TSPO 配体结构进一步增加炎性反应部位的摄取。

尽管TSPO受体在巨噬细胞上高度表达，是检测RA 的重要靶点之一，但靶向巨噬细胞的TSPO 受体示踪剂也并非检测RA 的唯一指标，除此之外还有细胞代谢、增殖类示踪剂[59-60]，B细胞靶向示踪剂[61]，内皮细胞靶向示踪剂[62]，骨代谢示踪剂[63]等。目前也开发了基于这些靶点的RA核素探针，为RA的早期检测拓宽了思路，为后人开发新颖的分子探针提供了借鉴。虽然目前靶向活化巨噬细胞特异性的TSPO显像剂还比较少，远不能满足临床对RA 诊断的需求，但相信随着对RA发病机制的深入探究，越来越多的分子显像探针会被开发出来，用于RA 早期诊断的可视化研究.