CD45靶向全白细胞成像：革新全身炎症精准定位与诊疗评估的新策略

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：CD45-targeted pan-leukocyte imaging: mapping whole-body inflammatory activity with specificity and translational promise

本文针对临床缺乏特异性炎症成像工具的难题，介绍了靶向CD45的pan-leukocyte PET成像技术。该研究通过设计89Zr标记的抗体片段，实现了对ARDS、IBD等疾病模型中炎症负荷的灵敏、定量、无创评估，其性能优于18F-FDG PET，为炎症疾病的诊断、分期和治疗监测提供了转化前景明确的创新方案。

　　

炎症是众多疾病发生发展的重要推手，从感染、自身免疫病到心血管疾病和癌症，几乎无处不在。然而，临床医生在面对患者时，却常常缺乏一双能够“看透”全身炎症活动的“火眼金睛”。目前的诊断手段主要依赖患者的症状描述、血液生化指标（如C反应蛋白）以及CT、MRI等解剖结构成像。这些方法要么只能反映间接信息，要么无法捕捉到疾病最核心的分子水平动态变化。分子成像技术，如正电子发射断层成像（PET），本应大显身手，它能提供全身的功能性图谱。但目前最常用的PET示踪剂——18F-氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）——却存在明显的局限性。18F-FDG通过追踪细胞的葡萄糖代谢活性来工作，但贪婪消耗葡萄糖的远不止炎症细胞，肿瘤细胞、活跃的心肌细胞甚至大脑都会大量摄取它，导致图像上“真假难辨”，假阳性率高。此外，患者在进行18F-FDG PET检查前需要严格禁食并进行饮食控制，流程繁琐，对于急性病患者而言尤其不便。另一方面，一些针对特定免疫细胞亚群或通路的高度特异性探针，虽然精准，但其视野过于狭窄，很可能遗漏目标之外的炎症活动，或者在疾病进程或治疗过程中因生物学行为改变而失效。这种“敏感性与特异性难以兼得”的困境，严重制约了炎症性疾病的精准管理。

正是在这一背景下，发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》的一项研究highlight文章，重点介绍了一项突破性进展。该文点评了Salehi Farid等人在《Nature》上发表的研究，他们开发了一种名为CD45-PET的全新成像策略，有望彻底改变炎症成像的格局。那么，研究人员是如何破局的呢？他们的目光投向了CD45分子。CD45是一种在所有有核白细胞（包括淋巴细胞和髓系细胞）表面均高水平表达的酪氨酸磷酸酶。它就像一个白细胞的“通用身份证”，数量庞大、表达稳定，并且当抗体与之结合时不易发生内化，这使其成为理想的广谱炎症成像靶点。

研究团队巧妙地设计了靶向CD45的分子探针。他们分别针对小鼠和人类CD45， engineered了小型抗体片段，并用放射性核素锆-89（⁸⁹Zr）进行标记。这种设计旨在实现快速的组织穿透、高亲和力结合，并支持次日成像，从而优化靶组织与本底的信号比值。其中，小鼠探针采用了VHH纳米抗体，并通过位点特异性sortase连接酶法连接去铁胺（DFO）并进行聚乙二醇化（PEGylation），以保持亲和力并降低肾脏背景摄取；而人源探针则基于BC8抗体克隆衍生的微型抗体（~80 kDa），在HEK293细胞中生产并直接进行DFO标记。⁸⁹Zr的半衰期约为3.3天，允许在延迟时间点进行成像，有助于获得更佳的靶本比。

为了验证CD45-PET的特异性，研究人员进行了严谨的阻断实验，并使用结构相似的非靶向探针作为对照。结果表明，该探针能准确地在体内结合CD45，其信号真实反映了白细胞负荷，而非非特异性渗漏所致。在健康小鼠中，CD45-PET清晰地勾勒出了骨髓、脾脏、淋巴结等富含免疫细胞的器官，与已知的生理分布完全吻合。

研究的核心在于评估CD45-PET在疾病模型中的效能。在急性呼吸窘迫综合征（ARDS）和炎症性肠病（IBD）结肠炎两种模型中，CD45-PET信号强度与组织病理学改变和临床疾病指数高度相关，并且能够纵向监测治疗反应。例如，在结肠炎模型中，大肠信号的减弱与临床症状的改善和疾病活动评分的下降同步，而直肠信号的相关性则较弱，提示不同肠段炎症的动态可能存在差异。这表明CD45-PET能够量化炎症负荷并追踪其动态变化轨迹，而非仅仅提供“有炎症”或“无炎症”的二元判断，这对于治疗监测至关重要。

与临床金标准18F-FDG PET的头对头比较更凸显了CD45-PET的优势。在ARDS模型中，CD45-PET不仅优于另一种靶向CD11b的探针，还能清晰区分不同剂量脂多糖（LPS）诱导的疾病严重程度，而CD11b-PET则不能。CD45-PET无需患者特殊准备，且不受心脏、血管等器官生理性摄取的影响，在疾病严重程度分层方面表现更佳。其优异性能归因于CD45在所有白细胞上的高密度、稳定表达以及其在成像窗口期内保持于细胞表面的特性。

为了推动临床转化，研究团队开发了人源化CD45探针。在携带人免疫细胞的人源化小鼠模型中，该探针成功检测到了移植的白细胞，并建立了基于标准化摄取值（SUV）阈值的器官水平分类标准，这些标准得到了免疫组织化学的验证。这为后续开展人体成像研究奠定了坚实基础。

当然，这项技术也有其适用范围。首先，由于CD45是泛白细胞标志物，它无法区分具体的免疫细胞亚型（如CD8⁺T细胞）。在需要精确追踪特定细胞亚群的应用中（如癌症免疫治疗），仍需使用亚群选择性探针。其次，淋巴器官（如脾、淋巴结）本身具有较高的基线信号，可能掩盖轻微的炎症活动。此外，与其他PET技术一样，对于微小病灶，存在部分容积效应可能导致低估。因此，CD45-PET最适用的场景可能是在非淋巴器官的炎症性疾病，以及需要评估器官水平炎症负荷和动态变化的疾病。

尽管存在上述局限，CD45-PET的临床应用前景十分清晰。它有望在活检风险高或取样误差大的疾病中提供更安全的诊断依据，指导活检定位到高炎症区域，并对移植物抗宿主病等综合征进行全身性评估。作为一种定量终点指标，它还能通过提供早期的药效学读数，加速抗炎药物的临床试验。

本研究团队为开展此项研究，主要运用了以下几项关键技术方法：基于抗体工程学技术分别构建了靶向小鼠CD45的VHH纳米抗体和靶向人CD45的BC8衍生的微型抗体；利用放射性核素标记技术（如⁸⁹Zr-DFO标记）制备PET探针；在急性呼吸窘迫综合征（ARDS）和炎症性肠病（IBD）结肠炎等临床前疾病模型中进行了验证；并通过与人源化小鼠模型结合，评估了人源探针的效能。

Specificity was established using blocking experiments and nontargeting but structurally similar probes.

研究人员通过阻断实验和使用结构相似的非靶向探针，证实了CD45-PET探针的特异性。在健康小鼠中，成像结果与免疫细胞富集器官的已知生理分布一致，且优化后的成像时间点避免了因炎症组织常见血管通透性增加导致的非特异性摄取，确保信号源于靶点结合。

Across two disease models, acute respiratory distress syndrome(ARDS) and inflammatory bowel disease(IBD) colitis, CD45-PET signal tracked histopathology and clinical indices.

在ARDS和IBD结肠炎两种疾病模型中，CD45-PET信号与组织病理学变化和临床指标高度一致，并能纵向评估治疗反应。在结肠炎模型中，大肠信号变化与临床改善同步，而直肠信号相关性较弱，提示器官内不同区域炎症动态可能存在差异。

Head-to-head comparisons with 18F-FDG PET underscored the complementary mechanisms and diagnostic advantages of CD45-PET.

与18F-FDG PET的直接比较显示了CD45-PET的互补机制和诊断优势。CD45-PET无需特殊准备，且不受生理性摄取干扰。在ARDS模型中，其性能优于CD11b靶向探针，并能区分不同疾病严重程度，这得益于CD45的高密度、稳定表达和表面滞留特性。

To enable translation, a human CD45 probe was derived from a BC8 antibody clone.

为实现临床转化，研究人员开发了基于BC8抗体克隆的人源CD45探针。在人源化小鼠模型中，该探针成功检测到移植的人白细胞，并建立了基于预设SUV阈值的器官水平分类规则，为后续人体研究提供了依据。

This study has two limitations.

本研究存在两点局限：一是CD45的泛白细胞特性使其无法分辨特定免疫细胞亚群；二是淋巴器官的高基线信号可能掩盖增量炎症，且PET技术本身对微小病灶存在部分容积效应。

The cases for clinical use of this approach are clear.

该技术的临床应用场景明确：可用于活检高风险疾病的诊断、指导靶向活检、全身评估如移植物抗宿主病等，并作为定量终点加速抗炎药物研发。转化前需进行完整的剂量学研究。

综上所述，这项研究的意义在于它将炎症成像的焦点从单一通路重新定位到整个白细胞群体。CD45-PET凭借其靶点的广谱性、与临床工作流程兼容的化学特性以及快速的成像能力，有望成为炎症性疾病一线评估的有力工具。它不仅有望在实践中标准化炎症的检测、分期和监测，还为未来将CD45-PET与选择性示踪剂相结合的混合成像策略以探索更深层次的疾病机制开辟了道路。