小鼠腹主动脉瘤中环糊精治疗的分子MRI监测

《Scientific Reports》：Molecular MRI monitoring of cyclodextrin therapy in murine abdominal aortic aneurysms

　　

腹主动脉瘤（AAAs）以主动脉壁的进行性细胞外基质（ECM）降解和炎症为特征。2-羟丙基-β-环糊精（cyclodextrin）通过激活转录因子EB（TFEB）在减缓AAA进展方面显示出潜力。本研究评估了分子磁共振成像（MRI）是否能够无创监测小鼠AAA模型中的治疗效果。研究人员对32只经血管紧张素II诱导AAA的雄性载脂蛋白E基因敲除小鼠分别给予环糊精（n=8）或生理盐水（n=10）治疗三周。采用双分子MRI方法，使用基于钆的弹性蛋白特异性探针评估ECM完整性，并使用超小超顺磁性氧化铁颗粒（USPIO，氧化铁颗粒）评估巨噬细胞驱动的炎症。MRI在治疗前基线以及治疗开始后第2周和第3周进行。环糊精治疗组小鼠的主动脉横截面积显著更小（2.31±0.36 mm2 vs. 2.96±0.62 mm2；p=0.018），弹性蛋白特异性信号增强也显著更低（1.56±0.26 vs. 2.15±0.69；p=0.038），表明ECM完整性得到保留。相反，两组之间与氧化铁颗粒相关的信号变化无显著差异（p=0.441），这与组织学和分子学发现一致。本研究表明，弹性蛋白特异性分子成像可无创监测环糊精在AAA中的作用，而氧化铁颗粒成像未显示显著的体内信号变化，这与离体结果一致，并表明在本研究条件下环糊精治疗相关的可检测炎症调节有限。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
腹主动脉瘤（AAAs）是一种常见且可能致命的心血管疾病，2023年全球约有16万人因此死亡。AAA定义为腹主动脉扩张≥生理直径的1.5倍，通常无症状直至破裂，破裂后死亡率高达85%–90%。超声是AAA诊断和常规监测的主要手段，计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）也用于解剖评估，但这些成像方式缺乏主动脉壁成分和生物活性信息，限制了评估治疗效果的能力。分子MRI通过靶向探针将形态学成像与生化过程可视化相结合，为无创治疗监测提供了可能。AAA的发病机制涉及细胞外基质（ECM）降解和慢性炎症，主要由巨噬细胞释放细胞因子和基质金属蛋白酶（MMPs）驱动，导致弹性蛋白和胶原降解。2-羟丙基-β-环糊精（环糊精）通过激活转录因子EB（TFEB）抑制AAA进展，保护血管平滑肌细胞（VSMCs）并减少弹性蛋白降解和炎症。然而，缺乏非侵入性工具来评估对此类治疗的生物学反应，因此需要能够体内监测治疗效果的成像方法。

**研究开展与结论**
本研究在雄性载脂蛋白E基因敲除（ApoE^?/?）小鼠中，通过血管紧张素II诱导AAA模型，评估分子MRI监测环糊精治疗的效果。使用弹性蛋白特异性钆探针评估ECM完整性，使用超小超顺磁性氧化铁颗粒（USPIO）评估巨噬细胞介导的炎症。MRI在治疗前基线及治疗后2周和3周进行。结果显示，环糊精治疗组小鼠主动脉横截面积显著小于对照组（2.31±0.36 mm2 vs. 2.96±0.62 mm2；p=0.018），弹性蛋白特异性信号增强显著更低（1.56±0.26 vs. 2.15±0.69；p=0.038），表明ECM完整性得到保留。而氧化铁颗粒相关的信号变化在两组间无显著差异（p=0.441），与组织学和分子学发现一致。离体分析证实，环糊精组弹性蛋白含量显著降低，TFEB表达显著升高，而巨噬细胞标志物无显著差异。该研究发表于《Scientific Reports》，表明弹性蛋白特异性分子成像可无创监测环糊精在AAA中的治疗效果，而氧化铁颗粒成像在此条件下效用有限，强调了将分子探针与特定治疗机制匹配的重要性。

**主要技术方法**
研究人员采用以下关键方法：1）动物模型：使用8–12周龄雄性ApoE^?/?小鼠（来源：Charité Berlin实验医学研究所），通过皮下植入渗透泵持续输注血管紧张素II（1,000 ng/kg/min）28天诱导AAA。2）分子MRI：在3.0 Tesla临床MRI扫描仪（MAGNETOM Lumina）上，使用弹性蛋白特异性钆探针（Lantheus Medical Imaging）和铁氧体（Feraheme^?，AMAG Pharmaceuticals）作为对比剂，进行双分子MRI扫描。3）组织学分析：包括Elastica van Gieson（EvG）染色评估弹性蛋白、Perls普鲁士蓝染色评估铁沉积、免疫荧光检测CD68（巨噬细胞）、TFEB和transgelin（VSMC标志物）。4）Western blot分析：检测Mac2（巨噬细胞）和弹性蛋白表达。5）激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）分析钆和铁的空间分布。

**研究结果**

**形态学MR测量**
治疗前基线MRI显示两组主动脉横截面积可比（环糊精组2.48±0.94 mm2，生理盐水组2.46±0.72 mm2，p=0.964）。治疗后3周，环糊精组主动脉横截面积（2.31±0.36 mm2）显著小于生理盐水组（2.96±0.62 mm2，p=0.018）。组内纵向分析显示，环糊精组面积无显著增加（p=0.519），而生理盐水组呈增加趋势（p=0.054）。

**弹性蛋白特异性MR探针评估**
弹性蛋白特异性探针注射后，两组在所有时间点对比噪声比（CNR）均显著增加（p<0.001）。治疗前基线两组CNR增加无差异（环糊精1.75±0.71，生理盐水1.81±0.55，p=0.833）。治疗3周后，环糊精组CNR增加（1.56±0.26）显著低于生理盐水组（2.15±0.69，p=0.038），表明弹性蛋白含量较低。

**氧化铁增强T2*MRI评估**
治疗前基线两组T2*信号相对降低无显著差异（环糊精0.20±0.07，生理盐水0.27±0.12，p=0.123）。治疗3周后，两组间仍无显著差异（环糊精0.21±0.18，生理盐水0.16±0.10，p=0.441），表明巨噬细胞含量相似。

**离体分析及其与体内MRI的相关性**
离体EvG染色显示环糊精组弹性蛋白含量（31.27±3.68%）显著低于生理盐水组（38.59±6.29%，p=0.01），且与体内CNR相关（r=0.695，p=0.001）。Perls普鲁士蓝染色显示铁沉积无组间差异（p=0.988）。CD68免疫荧光显示环糊精组巨噬细胞存在非显著降低趋势（5.99±5.88% vs. 8.49±3.66%，p=0.286）。TFEB免疫荧光显示环糊精组表达显著升高（11.28±8.28% vs. 4.09±3.89%，p=0.03），transgelin呈非显著升高趋势（13.05±7.61% vs. 7.72±5.94%，p=0.113）。

**Western blot分析**
Western blot显示环糊精组Mac2含量（1.38×10⁶±0.87×10⁶）低于生理盐水组（2.35×10⁶±1.29×10⁶），但差异无统计学意义（p=0.155）。环糊精组弹性蛋白含量（1.29×10⁶±0.25×10⁶）显著低于生理盐水组（2.83×10⁶±1.78×10⁶，p=0.025）。

**主动脉组织元素分析**
LA-ICP-MS显示钆信号与弹性蛋白丰富区域共定位，确认探针特异性积累。钆含量与离体弹性蛋白定量强相关（r=0.931，p=0.007），与体内CNR中度相关（r=0.364，p=0.478）。铁信号与Perls染色铁沉积共定位，铁含量与CD68阳性面积强相关（r=0.806，p=0.053），与体内T2*信号降低弱相关（r=0.162，p=0.759）。

**总结讨论与结论**
讨论部分指出，弹性蛋白特异性分子MRI可有效监测环糊精治疗在AAA模型中的反应，而氧化铁颗粒增强MRI在此条件下敏感性较低，与离体结果一致。环糊精通过激活TFEB减少MMP表达，从而减轻弹性蛋白降解，导致代偿性弹性蛋白新合成减少，因此治疗组弹性蛋白含量较低。氧化铁颗粒成像未显示组间差异，表明环糊精的治疗效应主要通过基质重塑而非直接抗炎机制。本研究使用临床3T MRI和近似临床剂量的探针，增强了转化潜力。但限制包括仅使用雄性小鼠、短随访期、以及探针的监管状态等。

**结论**：本研究证明了弹性蛋白特异性分子成像能够敏感、非侵入性地监测环糊精在AAA模型中的治疗效果。相比之下，由于缺乏可观察到的炎症反应变化，铁氧化物颗粒在监测环糊精治疗效应方面效用有限。这些发现强调了将分子成像探针与特定治疗机制相匹配的关键重要性，并支持继续开发量身定制的成像策略以实现AAA治疗的个体化监测。研究结果凸显了将分子生物学与临床成像相结合以推进血管疾病精准医学的潜力。