胰島移植的分子影像

一 前言

　　I型糖尿病是分泌胰島素細胞的缺乏導(dǎo)致的一種疾病，主要發(fā)病人群是兒童。目前，僅北美每年新發(fā)病例就13000人，我國發(fā)病率人口數(shù)更加龐大。根據(jù)Edmonton顯示，對不穩(wěn)定I型糖尿病而言，胰島移植是使患者脫離胰島素治療的一種有效方法[1]，胰腺移植能有效地控制I型糖尿病的相關(guān)癥狀，但移植后的并發(fā)癥讓人們很難接收該種治療方法。胰島移植是一種微創(chuàng)、安全的治療I型糖尿病的方法，隨著近年來技術(shù)的不斷改進，效果較好。
　　研究顯示[2]，1999～2010年12年間做的700余列胰島移植的多中心調(diào)查顯示胰島移植的效果正在逐步改善。3年連續(xù)監(jiān)測全脫胰島素的患者，從早期的27%到中期的37%，再到晚期的44%。因此，它是臨床患者愿意接受的一種方法，也是有希望大規(guī)模臨床應(yīng)用的一種治療糖尿病的手段。然而在5年的隨訪中，胰島素全脫的患者僅僅10%，許多因素會影響胰島移植的存活及功能，早期的移植物損失又立即經(jīng)血液介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)（IBMIR）、缺氧、免疫排斥、免疫抑制劑的毒性作用，晚期移植物損失主要包括完整胰島的再血管化、胰島淀粉樣變性、基因表達及功能的變化等。
　　目前，主要通過間接的方法評估胰島移植物的存活狀態(tài)及功能，由于這不能充分全面地反應(yīng)移植的胰島影響臨床治療方案的實施，是提供胰島移植療效的瓶頸。傳統(tǒng)影像檢測不能有效的監(jiān)測與評估體內(nèi)移植的胰島，分子影像學(xué)能實時對移植的胰島移植物的存活狀態(tài)及功能進行評估，從而為臨床提供更有參考價值的實時反映移植物狀態(tài)的數(shù)據(jù)。對移植物的活力及功能進行活體評估，有利于胰島移植的后續(xù)干預(yù)治療，將有望推動胰島移植臨床應(yīng)用的大規(guī)模推廣。在本文中，我們比較不同的影像方法在胰島分子成像中的作用，并對其進行簡要綜述。 　　
　　分子影像包括光學(xué)成像、核醫(yī)學(xué)成像、磁共振成像，針對不同需求，設(shè)計不同的分子探針能較全面反應(yīng)胰島移植活體內(nèi)狀態(tài)。
　　二 β細胞成像

　　β細胞是的存活狀態(tài)是制約胰島移植成功的關(guān)鍵，就目前而言，我們獲得的β細胞數(shù)目的準(zhǔn)確信息主要來源于解剖學(xué)證據(jù)[3]；不同的研究者嘗試采用光學(xué)成像、核醫(yī)學(xué)成像及磁共振成像對其進行活體成像研究。
　　1. 光學(xué)成像

　　光學(xué)成像分為生物發(fā)光與熒光成像2種，常規(guī)光學(xué)成像可以獲取體內(nèi)移植的胰島的二維或三維信息，對移植的胰島可以進行半定量分析。近來，一種可以進行斷層掃描的光學(xué)成像更能比較客觀地評估體內(nèi)移植的胰島[4]?？梢杂糜谛游锘铙w內(nèi)胰島計數(shù)。
　　Hara等[5]通過轉(zhuǎn)基因的方法生產(chǎn)出一種轉(zhuǎn)基因鼠，這種老鼠在MIP (Mouse Insulin Promoter)基因啟動子的控制下表達綠色熒光蛋白（MIP-GFP），通過活體成像可以進行監(jiān)測β細胞。LU等[6]研究顯示生物發(fā)光成像可以檢測胰島移植的存活。
Virostko等[7]研究顯示，其生產(chǎn)的一種鼠胰島素啟動子控制下的轉(zhuǎn)基因老鼠[Mouse Insulin Promoter-Luciferase-Vanderbilt University (MIP-Luc-VU))表達熒光素酶β細胞顯像，通過生物熒光能無創(chuàng)地評估移植后β的變化,并可以對其進行定量研究。
　　除了對β細胞成像，近來相關(guān)的熒光探針近紅外熒光探針是腸促胰島素-4類似物（Near-Infrared Fluorescent Exendin-4 Analogue）[8]，對于胰島β 細胞上的胰高血糖素樣肽(GLP-1)受體具有特異性親和性，能夠區(qū)分胰島與外分泌腺。近來的研究顯示，通過 Cy5.5-annexin V合成的近紅外探針可以顯示胰島細胞凋亡， Sekiguchi 等[9]研究顯示通過生物發(fā)光成像可以監(jiān)測β細胞的發(fā)生。
　　2. 核醫(yī)學(xué)顯像
 　　有希望進入臨床監(jiān)測β細胞成像的模式是核醫(yī)學(xué)成像，二氫丁苯那嗪是目前用于臨床β細胞PET成像的顯像試劑[10]。對比MRI，其主要優(yōu)勢是高敏感性，基于β細胞特異性抗原、受體、代謝物成像，通過一些放射性核素標(biāo)記的對比劑能靶向β 細胞，通過111In 標(biāo)記的單克隆抗體靶向β細胞的表面抗原IC2[11]，在體外及體內(nèi)研究中均取得了很好的顯像效果，為了克服作為放射性示蹤劑的缺點，單鏈抗體更有優(yōu)勢連接到β細胞。它是一種去除部分Fc端而得到的一種抗體片段，能夠減少非特異性連接非β細胞上的機率[12]。大量核醫(yī)學(xué)顯像針對β細胞表面受體進行顯像[13-16]，微泡單胺類轉(zhuǎn)運受體2 (VMAT2)是一種在靈長類和人類β細胞中轉(zhuǎn)運膜內(nèi)在蛋白的單胺類物質(zhì)，丁苯那嗪和二氫丁苯那嗪能特異性連接到VMAT2突觸上，通過18F標(biāo)記DTBZ進一步改善其體內(nèi)半衰期。臨床前研究顯示，在健康老鼠的胰腺中可以看到18F-DTBZ高吸收率，有很好的背景噪聲比。近來，新的DTBZ衍生物18F-FP-(+)-DTBZ也顯示在胰腺有高吸收率，而在非靶向組織吸收很少，GLP-1受體也是β 細胞成像的一個潛在靶標(biāo)，在β細胞上大量表達，其他細胞表達少。它能競爭性連接到腸促胰島素類似物-3與4上，被胰島吸收，而很少被外源性胰腺分泌細胞吸收；臨床前研究顯示，使用123I 標(biāo)的腸促胰島素類似物在胰腺及皮下胰島素瘤上具有很高的吸收率，然而其分子量大，從血液中清除速度很慢[17] 。
　　3. MR成像
　　一種貼近臨床使用的胰島成像模式是MRI。MRI沒有電離輻射、較高分辨性能、沒有深度限制，初MRI在分子成像試驗中低度敏感，然而通過信號放大可以進行活體檢測，監(jiān)測細胞活性[18]，同時可以進行半定量研究[19]。
　　利用新的對比劑，例如鑭系元素復(fù)合物標(biāo)記β 細胞進行了分子成像研究[20]，1H NMR波譜分析用于測量膽堿的水平，可以說明胰島移植后活的細胞數(shù)目；C13波譜也被用于葡萄糖刺激胰島素釋放實驗，顯示可以監(jiān)測β細胞的功能[21]，
　　三 對移植的胰島成像

　　直接對移植的胰島成像實驗包括移植之前對胰島使用不同的方法進行標(biāo)記，包括使用熒光或生物發(fā)光報告基因修飾、標(biāo)記外源性對比劑，例如超順磁性對比劑SPIO進行MR成像，這些方法在監(jiān)測移植物的狀態(tài)、為設(shè)計新的治療干預(yù)措施具有十分重要的意義，終將延長移植物的存活時間，改善其功能狀況。
　　1.生物發(fā)光或熒光成像
　　人的胰島經(jīng)過基因工程處理后可以表達熒光素酶，隨后進行移植成像。胰島移植在免疫缺陷鼠的腎被膜下，信號的強度取決于移植物的劑量，通過收集到的信號可以定量反應(yīng)不同移植時間中移植的胰島。腺病毒轉(zhuǎn)染的胰島隨時間的增加信號會慢慢減弱[22]，慢病毒載體轉(zhuǎn)染的胰島可以長期表達報告基因[23]，轉(zhuǎn)染的胰島可以使糖尿病鼠長期保持正常血糖水平。這些研究對移植后的胰島的存活提供了新的信息，來自于移植物的熒光素酶可以穩(wěn)定表達140天以上，所以通過熒光成像監(jiān)測動物肝內(nèi)移植的胰島是可行的。通過慢病毒轉(zhuǎn)染的胰島移植入嚴(yán)重免疫缺陷鼠肝內(nèi)長期MRI監(jiān)測顯示，肝內(nèi)移植物是穩(wěn)定的，可以通過MRI早期監(jiān)測移植物的免疫排斥反應(yīng)。
　　Evgenov等[24]研究顯示，胰島與標(biāo)記了近紅外熒光染料Cy5.5的納米鐵氧微粒共孵育，可以運用多模態(tài)的方式在移植后的腎被膜下檢測到移植物。
　　2.核醫(yī)學(xué)成像
　　與生物發(fā)光成像不同，核醫(yī)學(xué)成像更具有臨床意義，更有可能在接受胰島移植的患者身上使用。而且隨著技術(shù)的進展，目前PET已經(jīng)基本可以定量體內(nèi)的胰島[25]。
　　使用[18F]fluorodeoxyglucose([18F]-FDG)標(biāo)記胰島可以進行體內(nèi)成像，但是由于其代謝時間短，不利于長期監(jiān)測胰島的存活[26]。
　　慢病毒轉(zhuǎn)染的表達，單純皰疹病毒1腺苷激酶的胰島可以長期監(jiān)測移植物的存活，顯然，報告基因核素顯像由于事先對移植的胰島進行基因修飾不能應(yīng)用于臨床。近來，通過GLP-1 受體對移植到患者肌肉的β細胞進行成像，顯示在臨床移植中能評估移植物的存活，然而，長期監(jiān)測移植的胰島仍然是一個尚未完全解決的問題[27]。