18F-NaF、18F-FDG PET 与 CT：多模态成像助力动脉粥样硬化精准诊疗

本文通过对 ApoE 基因敲除（Apoe?/?）小鼠的研究，对比18F - 氟化钠（18F-NaF）、18F - 氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）PET 和 CT 在动脉粥样硬化不同阶段的成像效果，发现18F-NaF 和18F-FDG PET 利于早期检测，18F-NaF PET 和高分辨率 CT 可监测晚期疾病。

　　

引言

在西方世界，心血管疾病（CVD）是约 50% 死亡的潜在原因，也是心血管事件的主要诱因。动脉粥样硬化是心血管事件的常见病因，随着人口老龄化以及糖尿病、肥胖症患病率上升，其将加剧全球 CVD 负担。

动脉粥样硬化的发生是一个复杂的炎症过程。血管通透性增加，导致低密度脂蛋白（LDLs）在血管内膜下浸润、潴留和氧化。脂质在血管内膜层堆积，激活内皮细胞，促使免疫细胞浸润，单核细胞来源的巨噬细胞吞噬氧化的 LDLs，变成脂质负载的泡沫细胞。泡沫细胞的积累会触发细胞死亡，扩大坏死核心，降低斑块稳定性。随着时间推移，脂肪条纹会演变成动脉粥样硬化斑块。在动脉粥样硬化过程中，持续的内膜炎症会使血管壁增厚并引发血管钙化，钙化与斑块负担和不稳定性相关。

目前有多种成像方式用于研究动脉粥样硬化的特征。¹⁸F-FDG 是常用的 PET 示踪剂，可通过激活巨噬细胞增强的葡萄糖摄取来测量斑块炎症。¹⁸F-NaF PET 能够定量可视化活跃的血管钙化，检测化学组成变化，早于解剖学 CT 成像发现高密度成熟钙化斑块。CT 则可测量与疾病相关的钙化物质积累。此前研究虽报道了这些成像方式的作用，但缺乏对它们在疾病进展过程中优势和局限性的综合多队列分析。本研究旨在对比这些成像方法，找出适用于疾病不同阶段的最佳成像方式。

材料和方法

1. 实验动物：选用 6 - 8 周龄雄性载脂蛋白 E 缺陷（Apoe^?/?）小鼠，给予高脂肪饮食（HFD）持续 20 周诱导动脉粥样硬化疾病；年龄匹配的雄性野生型（WT）C57BL/6 小鼠喂食普通饲料作为对照。所有实验方案均经加州大学洛杉矶分校机构动物护理和使用委员会审查批准。
2. 组织学分析：对小鼠主动脉进行显微解剖，采用苏丹 IV 染色确定动脉粥样硬化病变面积，评估疾病的存在和严重程度。对主动脉根部进行切片和免疫荧光（IF）染色，用抗小鼠 CD68 兔多克隆抗体标记巨噬细胞浸润，用 Ferangi Blue 染色评估钙化情况。
3. ¹⁸F-NaF microPET/CT 成像：在¹⁸F-NaF 静脉注射后 1 小时和 3 小时，分别对不同时间点（12、15、18、20 周）的小鼠进行 PET 扫描和 microCT 扫描。
4. ¹⁸F-FDG microPET/CT 成像：在¹⁸F-FDG 静脉注射后 3 小时和 5 小时，分别对不同时间点（12、15、18、20 周）的小鼠进行 PET 扫描和 microCT 扫描。
5. MicroCT 成像：对不同时间点（12、15、18、20 周）的小鼠进行高分辨率 microCT 扫描，以观察钙化物质。
6. 图像定量分析：PET 图像用 3D - 有序子集期望最大化（OSEM）算法重建，MicroCT 图像用改良的 Feldkamp 算法重建。使用 Amide 软件分析融合图像，PET 数据归一化到动物体重，以平均标准化摄取值（SUV_mean）表示。
7. 统计分析：使用 GraphPad Prism 进行统计分析。采用双向 ANOVA 分析两组（WT 对照和Apoe^?/?/HFD）在纵向研究中的差异，用 Tukey 多重比较进行组间比较；采用单向 ANOVA 和?ídák 多重比较进行组内分析；用 Pearson 秩相关系数进行相关性分析。

结果

1. 动脉粥样硬化小鼠模型的建立和疾病进展确认：Apoe^?/?小鼠在高脂肪饮食 20 周后体重显著高于 WT 小鼠。苏丹 IV 染色显示，Apoe^?/?小鼠在高脂肪饮食 12 周后主动脉脂质积累显著增加，且这种趋势持续到 15 周和 18 周。组织学分析表明，随着疾病进展，主动脉根部的 CD68 阳性区域、钙化区域和总病变面积均显著增加，证实了Apoe^?/?/HFD 小鼠模型中动脉粥样硬化疾病的进展。
2. 体内¹⁸F-NaF PET 成像检测动脉粥样硬化：¹⁸F-NaF PET 成像显示，Apoe^?/?小鼠主动脉对¹⁸F-NaF 的摄取高于 WT 小鼠，且在 18 周时达到峰值。3 小时后的成像时间点能获得更优的信号噪声比，更适合¹⁸F-NaF PET 图像采集。纵向 ANOVA 分析表明，组间和时间因素对¹⁸F-NaF 摄取有显著影响。
3. ¹⁸F-FDG PET 成像检测小鼠动脉粥样硬化：¹⁸F-FDG PET/CT 成像显示，Apoe^?/?小鼠在 5 小时后的主动脉¹⁸F-FDG 摄取显著高于 WT 小鼠，但在 15 周后，两组之间的差异不再显著。¹⁸F-FDG PET 信号在 12 周时达到峰值，随后下降，表明其仅适用于动脉粥样硬化疾病的早期诊断。纵向 ANOVA 分析表明，组间和时间因素对¹⁸F-FDG 摄取有显著影响。
4. MicroCT 成像检测小鼠动脉粥样硬化：MicroCT 成像显示，在 12 周时，Apoe^?/?小鼠和 WT 小鼠的主动脉钙化没有显著差异，可能是因为此时的钙化质量低于 CT 检测限。从 15 周开始，Apoe^?/?小鼠的钙化质量显著增加，表明高分辨率 CT 在钙化达到或超过其检测限时，可有效监测疾病进展。

讨论

本研究通过多模态成像纵向监测了动脉粥样硬化疾病中的炎症、钙化活动和钙化密度。¹⁸F-FDG PET 成像用于检测炎症，在早期疾病中，巨噬细胞的高代谢活动使其对葡萄糖摄取增加，¹⁸F-FDG PET 信号增强。但随着疾病进展，信号强度下降，这可能与巨噬细胞分化有关。此外，心脏和棕色脂肪组织对¹⁸F-FDG 的高摄取会干扰对主动脉病变的准确量化，延迟 PET 扫描至注射后 5 小时以上有助于更准确地描绘血管炎症。

¹⁸F-NaF PET 成像用于监测活跃的钙沉积，3 小时的摄取时间能优化信号噪声比，减少假阳性。研究发现，¹⁸F-NaF 摄取在疾病早期增加，并在 18 周时达到峰值，与疾病进展和严重程度密切相关。同时，¹⁸F-NaF 和¹⁸F-FDG PET 之间没有相关性。

除了¹⁸F-FDG 和¹⁸F-NaF，还有一些新的 PET 示踪剂正在研究中，如 CXCR4 靶向的⁶⁸Ga - pentixafor、CCR2 靶向的⁶⁴Cu - DOTA - ECL1i 和 CCR5 靶向的⁶⁴Cu - DOTA - DAPTA 等，但还需要更多研究来确定它们在检测和监测动脉粥样硬化中的最佳应用。

解剖学 CT 能有效可视化致密的钙化沉积物，但在疾病早期，由于钙化质量低于检测限，其检测效果不佳。不过，从疾病中期开始，CT 值与疾病严重程度呈强相关，且与¹⁸F-FDG 和¹⁸F-NaF PET 也有强相关性。

结论

本研究表明，¹⁸F-FDG PET 和¹⁸F-NaF PET 在检测早期动脉粥样硬化病变方面更有效，其中¹⁸F-NaF PET 还可用于监测疾病进展。在疾病后期，MicroCT 比¹⁸F-NaF PET 更有效。分子成像（¹⁸F-FDG 和¹⁸F-NaF PET）与解剖学 CT 相结合，能全面呈现动脉粥样硬化的病理生物学特征。鉴于 PET/CT 仪器在疾病检测和治疗监测中的广泛应用，建议将动脉粥样硬化炎症（¹⁸F-FDG）和钙羟基磷灰石（Ca - HAP）活性（¹⁸F-NaF）的分子成像与高分辨率解剖学 CT 相结合，为临床诊疗提供更全面的信息。