一种针对CD137的PET示踪剂的临床前评估：用于检测炎症性关节炎

《Nuclear Medicine and Biology》：Preclinical evaluation of a CD137-targeted PET tracer for detection of inflammatory arthritis

　　

摘要

炎症性关节炎（IA）的特征是滑膜组织中早期T细胞的激活，但目前用于检测这一过程的非侵入性方法有限。本研究评估了Al[¹⁸FF-NOTA-BCP137这种针对CD137的双环肽PET示踪剂，在两种小鼠模型中检测CD137⁺活化的免疫细胞的效果。通过转录组学、qPCR和免疫组化技术，研究了人类类风湿性关节炎（RA）滑膜和关节炎小鼠关节中的CD137表达情况。在体外使用活化的PBMCs评估了示踪剂的特异性，并在人类CD137转基因小鼠中评估了其免疫安全性。在胶原抗体诱导的关节炎（CAIA）和免疫检查点抑制剂（ICI）诱导的关节炎模型中进行了PET成像。结果显示，RA滑膜和关节炎小鼠关节中的CD18F-NOTA-BCP137水平显著升高，且其表达水平与疾病活动度和临床关节炎评分相关。Al[¹⁸FF-NOTA-BCP137能够特异性地结合到表达CD137的活化T细胞上，且不会引发可检测的免疫活化。PET成像显示，关节炎关节中的示踪剂摄取量显著高于对照组，其摄取值与关节炎严重程度呈强相关，并在临床症状出现前即有所增加。这些结果表明，使用Al[¹⁸FF-NOTA-BCP137进行的CD137靶向PET成像能够特异性地检测炎症性关节炎中的早期T细胞活化，值得进一步研究作为关节炎症早期检测的成像方法。

引言

炎症性关节炎（IA）是一类以关节炎症和持续骨损伤为特征的免疫相关疾病[1]。类风湿性关节炎（RA）是最常见的形式，常导致持久的对称性关节炎症，进而引起畸形和残疾[2]。早期发现和管理对于减少关节损伤和获得长期临床益处至关重要[3],[4]。

IA的发生受到遗传、环境和免疫因素相互作用的影响，其中T细胞在早期阶段尤为关键[5]。活化的CD4⁺和CD8⁺T细胞分泌促炎细胞因子，如干扰素-γ（IFN-γ）、白细胞介素-17（IL-17）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α），这些因子会促进滑膜增生和软骨破坏[6]。重要的是，T细胞的异常活化可能在任何临床症状出现之前就已经发生[7]。在临床应用中，使用如同利妥昔单抗这样的T细胞共刺激抑制剂强调了T细胞在IA发病早期阶段的重要作用[7],[8]。因此，迫切需要能够高敏感性特异性检测活化T细胞的分子成像生物标志物，以便早期诊断和监测疾病活动。

CD137（4-1BB）主要在活化T细胞上表达[9]。与持续表达的炎症标志物不同，静息T细胞上几乎检测不到CD137[10],[11]。这一特性使CD137成为T细胞活化状态的动态指标，是一个有前景的免疫成像生物标志物。先前的研究表明，CD137参与IA的免疫调节，并促进滑膜炎的发展[12],[13]。Duan等人证明了一种结合了近红外荧光（NIRF）探针的抗CD137抗体可用于监测佐剂诱导的关节炎小鼠模型中的T细胞活化[14]。虽然NIRF成像对浅表组织具有优异的空间分辨率，但正电子发射断层扫描（PET）成像提供了互补的功能，包括增强的组织穿透力、标准化的摄取值以及全身三维成像[15],[16]。这些特点表明，基于CD137的PET成像可能为IA的系统评估提供额外价值。

我们团队之前开发了一种针对CD137的双环肽PET示踪剂Al[¹⁸FF-NOTA-BCP137，并在肿瘤模型中验证了其靶向特异性、成像对比度和生物安全性[17]。该示踪剂可以有效地监测肿瘤免疫治疗中的T细胞介导反应。然而，其在IA成像中的应用尚未得到探索。此外，免疫检查点抑制剂（ICIs）在癌症中的广泛使用引起了人们对免疫相关不良事件（irAEs）的关注[18]。其中，ICI诱导的关节炎较为常见[19]。临床上，ICI-IA与RA相似，但通常缺乏RF和抗环状瓜氨酸化肽（anti-CCP）抗体等血清学生物标志物，这使得诊断和监测变得困难[20],[21]。

本研究评估了Al[¹⁸FF-NOTA-BCP137在CAIA和ICI诱导的关节炎小鼠模型中用于CD137靶向PET成像的效果。

章节片段

细胞培养和治疗

从健康受试者或RA患者（见补充表1）中收集血液样本。所有患者均签署了书面知情同意书。本研究方案获得了山东第一医科大学伦理委员会的批准（批准编号：R202504160289），并遵循《赫尔辛基宣言》的原则进行。使用SepMate?淋巴细胞分离管（StemCell，加拿大温哥华）分离外周血单核细胞（PBMCs），并在RPMI 1640培养基中培养。

CD137在IA中上调并与疾病活动度相关

为了评估CD137作为IA成像生物标志物的潜力，我们首先利用公开的RNA测序数据集检查了其表达情况。RA患者的CD137 mRNA水平显著高于OA患者和健康对照组，而OA患者与健康对照组之间没有显著差异（见补充图S2a）。这一发现也在接受关节置换手术的RA患者的滑膜组织中得到验证，qPCR和IHC均显示CD137表达显著升高...

讨论

这些实验证实，CD137在RA患者和关节炎小鼠的滑膜中明显上调，且其表达与疾病活动度相关。研究还表明，Al[¹⁸FF-NOTA-BCP137能够安全、特异性地可视化活化CD137⁺ T细胞，而不会引发免疫活化。在CAIA和ICI诱导的关节炎模型中，该示踪剂通过特异性结合到活化T细胞上的CD137，实现了关节炎的早期诊断和动态监测...

结论

总之，使用Al[¹⁸FF-NOTA-BCP137进行的CD137靶向PET成像能够在炎症性关节炎的临床前模型中非侵入性地、特异性地检测活化CD137⁺ T细胞。这些临床前结果支持进一步评估Al[¹⁸FF-NOTA-BCP137作为T细胞介导的关节炎症成像方法。

CRediT作者贡献声明

Luna Ge：撰写原始草案、获取资金。Shuxian Zhou：正式分析。Binbin Ding：正式分析。Mengjie Bai：方法学研究。Yuang Zhang：验证。Jihong Pan：方法学研究。Lin Wang：正式分析。Yongpeng Ge：监督。Kai Cheng：数据管理、概念化。

伦理声明

所有参与者或其法定代表均已签署书面知情同意书，同意参与研究并发表文章。参与者的隐私权得到了尊重。

本研究涉及器官或组织捐献者。

本研究使用了人类生物材料，且已获得捐献者或其近亲或法定代表的同意，允许将样本用于本研究及文章的发表。研究中使用的样本并非来自已执行...

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的-financial interests或个人关系可能影响本文所报道的工作。

Luna Ge|Shuxian Zhou|Binbin Ding|Mengjie Bai|Yuang Zhang|Jihong Pan|Lin Wang|Yongpeng Ge|Kai Cheng