基于重组腺相关病毒编码鱼精蛋白-1的化学交换饱和转移磁共振成像增强技术及其在脑部疾病诊断中的应用

为解决传统MRI灵敏度不足及钆基造影剂毒性问题，中国科学院研究人员开发了基于rAAV2-PRM1的CEST-MRI增强技术。该研究通过病毒载体递送PRM1基因，在活体小鼠脑内实现特异性高对比度成像（MTRasym 达4.91%），为无金属造影剂脑细胞检测提供了新方案，对神经退行性疾病诊疗具有重要价值。

　　

磁共振成像（MRI）是临床诊断脑部疾病的金标准，但其灵敏度不足常导致早期病变漏诊。传统钆基造影剂虽能增强信号，却存在脑部沉积风险和细胞选择性差的缺陷。化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST）技术通过检测可交换质子间接放大信号，为低浓度物质成像带来曙光，但内源性分子易受背景干扰。如何开发高特异性、无毒的CEST造影剂，成为突破脑科学研究瓶颈的关键。

中国科学院团队在《Magnetic Resonance Letters》发表创新成果，首次将鱼精蛋白-1（Protamine-1, PRM1）基因通过重组腺相关病毒2型（rAAV2）递送至小鼠脑内，成功实现CEST-MRI活体脑细胞特异性成像。PRM1因其精氨酸侧链的胍基质子高效交换特性，在1.5 ppm频率偏移处产生显著信号，较内源性分子对比度提升3.6倍。

研究采用多模态技术验证：通过核磁共振波谱筛选PRM1最佳pH（7.2-7.5）和饱和功率（3.6 μT）；利用质粒转染293T细胞证实细胞环境下的CEST效应；最终通过立体定位注射将rAAV2-EGFP-PRM1递送至小鼠纹状体（CPU），30天后进行9.4T超高场MRI扫描。

pH与饱和功率优化
溶液实验显示PRM1在生理pH范围内呈现双峰特征（酰胺质子3.6 ppm，胍基质子1.5 ppm），MTR_asym
值达40%。细胞实验证实转染PRM1的293T细胞在1.5 ppm处信号显著增强，但受核欧沃豪斯效应（NOE）和磁化转移（MT）干扰。

活体脑部成像验证
优化后的2.4 μT饱和功率在活体实现高分辨成像。病毒注射侧CPU区域MTR_asym
值（4.91±0.52%）显著高于对照侧，而T₂
加权像未显示结构性损伤，证实PRM1的安全性和特异性。

该研究开创了基因编码CEST造影剂的新范式：rAAV2载体实现长期稳定表达，PRM1胍基质子高效交换特性突破灵敏度限制，无金属特性避免脑部沉积风险。在帕金森病等神经退行性疾病研究中，该方法可靶向标记黑质多巴胺能神经元，动态监测病变进程。未来结合聚焦超声血脑屏障开放（FUS-BBBO）等非递送技术，有望推动该策略向临床转化。

局限性在于复杂生物环境中MT/NOE效应干扰定量，需通过多池洛伦兹拟合优化。研究团队Xin Zhou、Shizhen Chen等强调，该技术为脑科学研究和精准医疗提供了全新工具，尤其在非人灵长类模型中有广阔应用前景。