靶向神经黑色素的新型PET/MRI探针18F-P3BZA在恒河猴黑质成像中的突破性研究

《EJNMMI Research》：Neuromelanin-targeted 18F-P3BZA PET/MR imaging of the substantia nigra in rhesus macaques

本研究针对神经退行性疾病早期诊断缺乏特异性分子影像探针的难题，开发了靶向神经黑色素（NM）的PET探针18F-P3BZA。通过体外细胞实验、小鼠模型和恒河猴PET/MRI成像，证实该探针可特异性识别黑质（SN）中的神经黑色素，SN与小脑摄取比达2.7倍（注射后30分钟）。该技术为帕金森病等神经退行性疾病的早期诊断提供了新策略。

　　

在大脑深处一个名为黑质（Substantia Nigra, SN）的神秘区域，聚集着大量负责运动协调的多巴胺能神经元。这些神经元内部富含一种名为神经黑色素（Neuromelanin, NM）的色素颗粒，它不仅赋予脑组织特有的暗色外观，更扮演着抗氧化卫士的角色，保护神经元免受氧化应激损伤。然而，在帕金森病（Parkinson's Disease, PD）等神经退行性疾病中，黑质内神经黑色素的逐渐消失与多巴胺能神经元的死亡密切相关。遗憾的是，当患者出现震颤、僵硬等典型临床症状时，黑质神经元往往已损失超过70%，错过了最佳干预时机。

目前临床常用的结构磁共振成像（MRI）虽能通过T1加权像或磁敏感加权成像（SWI）间接反映神经黑色素的铁结合特性，但其灵敏度有限，难以捕捉早期分子层面的细微变化。虽然tau蛋白显像剂¹⁸F-AV-1451曾被报道可与神经黑色素发生"脱靶"结合，但缺乏特异性靶向探针始终是领域内的瓶颈。能否开发一种像"分子雷达"般精准的探针，在疾病早期就捕捉到黑质神经黑色素的异常变化？这项发表于《EJNMMI Research》的研究给出了肯定答案。

研究团队将目光投向先前为黑色素瘤诊断开发的探针——N-(2-(二乙氨基)-乙基)-¹⁸F-5-氟吡啶甲酰胺（¹⁸F-P3BZA）。该探针已证实可高效结合皮肤黑色素，且具有良好的人体安全性。鉴于神经黑色素与皮肤黑色素在化学结构上的相似性，研究人员系统验证了其用于神经黑色素特异性成像的潜力。

关键技术方法包括：通过体外脑灌注实验评估探针血脑屏障（BBB）穿透性；采用经L-DOPA（左旋多巴）诱导的神经黑色素阳性PC12细胞、B16F10黑色素瘤细胞及SKOV3卵巢癌细胞进行体外结合实验；建立小鼠肿瘤模型开展生物分布研究；对4只健康恒河猴进行动态/静态PET-MRI扫描；利用斯坦福/NIA脑库提供的健康人与帕金森病患者黑质组织进行体外放射自显影验证。

脂溶性与血脑屏障穿透能力

¹⁸F-P3BZA表现出理想脂溶性（预测log K_ow为5.08，log D_7.4为1.68）。大鼠原位脑灌注实验显示其脑转运系数（K_in）达40±8 μL·g^-1·s^-1，证实其可高效穿越血脑屏障。

特异性结合与浓度相关性

在细胞实验中，¹⁸F-P3BZA在经L-DOPA处理的神经黑色素阳性PC12细胞摄取率（7.09±0.15%IA）显著高于未处理细胞（0.29±0.05%IA）。同样，在黑色素富集的B16F10细胞中摄取率（6.17±0.53%IA）远高于无黑色素的SKOV3细胞（0.24±0.05%IA）。加入过量冷探针（¹⁹F-P3BZA）后，结合率下降超过85%。Fontana-Masson染色显示神经黑色素含量与探针摄取呈线性正相关（R²=0.9998）。

活体靶向性与生物分布

小鼠模型显示¹⁸F-P3BZA在B16F10黑色素瘤中摄取量（6.31±0.99%IA/g）显著高于SKOV3肿瘤（0.25±0.09%IA/g），且可被冷探针竞争性抑制（88%抑制率）。探针主要通过肝肾代谢清除。

恒河猴PET/MRI成像

动态PET显示注射后1分钟即可在黑质区观察到探针聚集，30-60分钟时显影最清晰。时间-活性曲线表明探针在黑质内快速达到峰值（4.84±0.22%ID/g）后维持稳定平台期。SN与小脑摄取比在注射30分钟时达2.7倍，60分钟时为2.4倍。静态PET/MRI融合图像中，SWI序列显示的低信号区与PET高摄取区高度重合，印证了神经黑色素的铁富集特性与探针靶向性。

人脑组织验证

体外放射自显影显示¹⁸F-P3BZA在健康人黑质中强烈富集，而在帕金森病患者黑质中几乎无结合，与Fontana-Masson染色显示的神经黑色素损失程度一致。

本研究通过多维度实验证实¹⁸F-P3BZA可特异性靶向神经黑色素并实现黑质的高对比度成像。该技术突破传统MRI仅能反映结构变化的局限，将分子水平的神经黑色素定量检测变为现实。相较于现有多巴胺能系统显像剂（如靶向多巴胺转运体DAT的探针），直接监测黑质神经元完整性更能反映疾病根源性改变，且有望更早发现病理变化。研究团队采用的自动化固相萃取合成法大幅提升探针制备效率，为未来临床转化奠定基础。

尽管当前研究仅在健康灵长类动物中验证可行性，但其展现的潜力令人振奋。下一步需在帕金森病模型动物及患者中验证探针摄取与神经黑色素损失的相关性，并探索其在鉴别帕金森病与其他非典型帕金森综合征（如多系统萎缩MSA、进行性核上性麻痹PSP）中的应用价值。这项融合分子探针化学、神经科学与先进影像技术的研究，为神经退行性疾病的早期诊断开启了新窗口，未来或可成为评估疾病进展与治疗疗效的重要生物标志物。