胶原靶向示踪剂：分子影像技术实现心房纤维化的精准检测与房颤敏感诊断

本刊推荐：为解决心房颤动（AF）伴心房纤维化难以早期诊断与逆转的临床难题，研究人员开展了胶原靶向分子影像研究。通过使用靶向I型胶原的EP-3533肽和新型靶向MMP-2降解IV型胶原的T肽，在AF合并心衰（HF）双转基因小鼠模型中实现了纤维化心房的离体荧光成像和体内PET成像。结果显示两种探针在纤维化心房中特异性聚集，且T肽具有疾病阶段敏感性。该研究为无创性早期诊断和监测心房纤维化与AF提供了突破性分子影像策略。

　　

心血管疾病已成为全球范围内的流行病，其中心房颤动（Atrial Fibrillation, AF）作为最常见的心律失常类型，其相关住院率在过去30年间几乎翻倍，疾病负担甚至超过了心肌梗死（Myocardial Infarction, MI）和心力衰竭（Heart Failure, HF）。更严重的是，心房内形成的血栓可能脱落并阻塞脑部血管，导致致命性卒中，其致死率和致残率均显著高于非AF相关卒中。

AF的发生与发展与心房纤维化密切相关。这种病理过程通过改变心脏电传导特性和形成易于发生并维持心律失常的病理性心房组织，促进AF的进展。值得注意的是，AF还常伴随弥漫性左心室（Left Ventricular, LV）纤维化，这是不良心脏重塑和临床预后差的标志。因此，心房纤维化的准确诊断具有重要的临床意义。

目前临床上的心脏纤维化“金标准”成像技术，如心脏MRI（cMRI）中的晚期钆增强（Late Gadolinium Enhancement, LGE）和T1 mapping，都是间接方法，依赖于异常间质扩张而非直接检测纤维化基质本身。这些技术还存在空间分辨率和图像质量的限制，特别是在AF患者中，由于心房壁较薄，成像效果更加不理想。此外，这些方法的可重复性不确定且高度依赖操作者经验。

面对这些挑战，分子影像技术靶向心房纤维化中的特定胶原成分可能突破现有局限。通过使用与靶向探针结合的造影剂富集纤维化心房组织，这种方法能够提供更好的信噪比和更准确的心房状况展示，为心房疾病的早期诊断和监测提供亟需的改进。

在《npj Cardiovascular Health》发表的最新研究中，研究人员报道了一种创新性的胶原肽示踪剂应用，用于在特征明确的小鼠心房肌病和AF模型中检测心房纤维化和弥漫性间质心室纤维化，该模型会随时间发展出现HF。研究人员使用了两种胶原靶向肽示踪剂：选择性结合基质金属蛋白酶-2（Matrix Metalloproteinase-2, MMP-2）降解的IV型胶原的“T肽”（TLTYTWS），以及靶向I型胶原的环肽EP-3533。这两种示踪剂分别与近红外（Near-Infrared, NIR）荧光团sulfo-Cyanine5.5（Cy5.5）连接用于离体成像，T肽还与铜-64（⁶⁴Cu）配体MeCOSar连接用于正电子发射断层扫描（Positron-Emission Tomography, PET）体内成像。

研究主要采用了以下关键技术方法：使用dnPI3K-Mst1双转基因小鼠（AF+HF模型）作为研究对象，通过离体近红外扫描和体内PET成像进行可视化分析；通过皮 Sirius红（Picrosirius Red, PSR）染色、明胶酶谱（Gelatine Zymogram）和DQ-明胶裂解 assay评估纤维化和MMP活性；利用微阵列（Microarray）分析检测胶原基因表达；通过免疫组织化学（Immunohistochemistry）进行组织学验证；使用高效液相色谱（HPLC）进行血浆稳定性测试；并通过体外ELISA实验验证T肽与MMP处理胶原的结合特性。

‘AH+HF'小鼠发生广泛间质心脏纤维化，包括I型和IV型胶原上调和MMP-2激活

研究人员确认AF+HF双转基因小鼠模型在所有4个心腔均出现间质心脏纤维化，并伴有I型和IV型胶原的上调以及MMP-2的激活。PSR染色显示转基因小鼠心室和心房中存在广泛间质纤维化，明胶酶谱和DQ-明胶裂解实验表明转基因心房和心室中MMP-2活性和含量均增加。微阵列分析进一步证实了纤维化心房中IV型胶原α3、α4、α5链和I型胶原α1、α2链的表达上调，免疫组化结果也支持了IV型胶原在心房组织中的增加。

胶原靶向肽示踪剂的药代动力学和血浆稳定性特征

血液清除评估显示Cy5.5-EP-3533的循环半衰期为11.1±2.3分钟，4小时后仅检测到初始示踪剂强度的4.7%。Cy5.5-T肽的血浆半衰期为9.23±0.9分钟，血浆稳定性研究表明60%的荧光示踪剂在小鼠血浆中孵育60分钟后仍保持完整，但孵育4小时后仅剩22%。这些数据表明荧光肽探针适合体内工作，能够快速清除（降低毒性），并在降解前具有足够的血浆稳定性与底物结合。

靶向I型胶原的探针EP-3533增强‘AF+HF’小鼠纤维化心房信号

离体生物分布分析显示，EP-3533在转基因和非转基因小鼠的肾脏中高度集中，表明主要通过肾脏和部分肝脏清除途径。在转基因心房中观察到高荧光水平，与肝脏中的水平相当。心脏单独亚分析发现，肽积累模式显著受基因型、心脏分区及其相互作用的影响。转基因心房中的肽水平相对于非转基因对照组显著升高（2.3倍），转基因心室中的摄取也有所增强（2.55倍）。配对分析证实，不仅在AF+HF小鼠中心房摄取显著高于心室（3.2倍），在非转基因小鼠中也是如此（3.55倍）。

T肽以特异性方式强效显示‘AF+HF’小鼠纤维化心房和心室

离体生物分布双向分析显示，变异来源于基因型、器官及其相互作用。事后分析显示，T肽在转基因和非转基因小鼠的肝脏、肺和肾脏中显著积累，且与小鼠性别无关。转基因脾脏中的示踪剂水平显著高于健康对照组，肺和肾脏也呈现类似趋势。重要的是，T肽浓度在AF+HF转基因心室和心房中显著升高。心脏T肽摄取的详细分析显示，转基因小鼠纤维化心房和心室的信号相对于健康对照组显著增强（分别提高2.19倍和3.49倍）。匹配分析进一步显示，无论基因型如何，心房组织中的T肽保留均显著高于心室。

T肽在‘AF+HF’小鼠纤维化心房中的摄取具有特异性

通过比较T肽和突变S肽（GLGYGWS）在AF+HF转基因小鼠中的生物分布，发现S肽摄取显著低于T肽，不仅出现在纤维化心房和心室，还包括肝脏、肺和脾脏。肾脏中两种肽的水平相当。心脏单独亚分析证实，心房中T肽结合比S肽高1.72倍，心室中高1.78倍。然而，S肽在心房中的摄取也比心室高2.54倍，与T肽的2.47倍相似，再次表明心房具有吸收更高示踪剂水平的内在倾向。

T肽装饰重塑的‘AF+HF’心房梳状肌，这些区域也经历增加的MMP消化

心脏切片共免疫染色显示，Cy5.5-T肽在重塑的AF+HF小鼠右心房内包裹梳状肌的厚纤维性心内膜层有明亮的装饰，这些区域也含有完整的IV型胶原。一些T肽也以细条纹形式渗透到肌肉中，但染色通常局限于肌肉外表面，对心肌细胞基底膜的增强有限。非转基因心房中的染色较弱且局限于心内膜表面。在心室中，T肽阳性的主要结构是较大血管壁，这些血管壁也被完整的IV型胶原染色。有趣的是，虽然T肽标记的结构也对IV型胶原呈阳性，但两种染色之间存在明显分区，T肽似乎渗透到完整IV型胶原区域之间。原位明胶酶谱显示，转基因动物心房中有更大面积且更强烈的MMP活性区域，靠近T肽染色的心内膜结构。体外研究表明，将人和小鼠IV型胶原暴露于MMP消化确实使其对T肽的“粘附性”更强。

使用T肽进行PET成像在体内证明‘AF+HF’小鼠纤维化心脏重塑

体内PET研究显示，在注射后30-45分钟内，转基因心脏中T肽积累显著增加，相对于对照组提高3.24倍。来自单床位CT的图像能够大致 delineate 上下心腔（心房和心室），从叠加的PET/CT估计每个心腔的辐射量。此分析发现纤维化AF+HF心脏左上和右上部分（我们解释为心房）的示踪剂水平相对于非转基因对照组升高（右心房4.2倍，左心房3.6倍）。转基因心脏下部（即心室）的示踪剂积累比对照组高3倍。转基因心脏中心房相对于心室的摄取也呈现更高趋势，而非转基因心脏所有腔室的摄取始终较低。

本研究通过使用胶原靶向示踪剂，特别是采用创新性T肽的PET成像，为心房纤维化及其相关心律失常的敏感诊断提供了新的分子影像学方法。研究发现，在AF+HF双转基因小鼠模型中，靶向I型胶原的EP-3533和靶向MMP-2降解IV型胶原的T肽均能在纤维化心房中特异性聚集，且T肽表现出疾病阶段敏感性。这些探针具有良好的药代动力学特征，包括快速血液清除和足够的血浆稳定性，适合体内应用。

该研究的重要意义在于首次将胶原靶向分子影像技术应用于挑战性的弥漫性心房纤维化检测，突破了现有成像技术（如cMRI中的LGE和T1 mapping）在空间分辨率和特异性方面的限制。特别是T肽的应用，由于胶原转换在疾病早期阶段（当纤维化还处于“活跃”和发展状态时）较高，且仍可通过适当干预逆转，因此与高灵敏度的PET结合后，可能代表了一种早期检测和更有效治疗AF的新策略。

潜在临床益处包括精确表征异常组织以优化患者选择和指导治疗措施（如AF消融手术）、检测亚临床疾病、改进并发症（如卒中和心脏骤停）预测以及监测干预结果。随着进一步的研究验证和临床转化，这种基于胶原靶向探针的分子影像方法有望对心脏患者和临床实践产生实质性影响，为心血管疾病的精准医疗提供新的解决方案。