胰岛移植的分子影像

一 前言

　　I型糖尿病是分泌胰岛素细胞的缺乏导致的一种疾病，主要发病人群是儿童。目前，仅北美每年新发病例就13000人，我国发病率人口数更加庞大。根据Edmonton显示，对不稳定I型糖尿病而言，胰岛移植是使患者脱离胰岛素治疗的一种有效方法[1]，胰腺移植能有效地控制I型糖尿病的相关症状，但移植后的并发症让人们很难接收该种治疗方法。胰岛移植是一种微创、安全的治疗I型糖尿病的方法，随着近年来技术的不断改进，效果较好。
　　研究显示[2]，1999～2010年12年间做的700余列胰岛移植的多中心调查显示胰岛移植的效果正在逐步改善。3年连续监测全脱胰岛素的患者，从早期的27%到中期的37%，再到晚期的44%。因此，它是临床患者愿意接受的一种方法，也是有希望大规模临床应用的一种治疗糖尿病的手段。然而在5年的随访中，胰岛素全脱的患者仅仅10%，许多因素会影响胰岛移植的存活及功能，早期的移植物损失又立即经血液介导的炎症反应（IBMIR）、缺氧、免疫排斥、免疫抑制剂的毒性作用，晚期移植物损失主要包括完整胰岛的再血管化、胰岛淀粉样变性、基因表达及功能的变化等。
　　目前，主要通过间接的方法评估胰岛移植物的存活状态及功能，由于这不能充分全面地反应移植的胰岛影响临床治疗方案的实施，是提供胰岛移植疗效的瓶颈。传统影像检测不能有效的监测与评估体内移植的胰岛，分子影像学能实时对移植的胰岛移植物的存活状态及功能进行评估，从而为临床提供更有参考价值的实时反映移植物状态的数据。对移植物的活力及功能进行活体评估，有利于胰岛移植的后续干预治疗，将有望推动胰岛移植临床应用的大规模推广。在本文中，我们比较不同的影像方法在胰岛分子成像中的作用，并对其进行简要综述。 　　
　　分子影像包括光学成像、核医学成像、磁共振成像，针对不同需求，设计不同的分子探针能较全面反应胰岛移植活体内状态。
　　二 β细胞成像

　　β细胞是的存活状态是制约胰岛移植成功的关键，就目前而言，我们获得的β细胞数目的准确信息主要来源于解剖学证据[3]；不同的研究者尝试采用光学成像、核医学成像及磁共振成像对其进行活体成像研究。
　　1. 光学成像

　　光学成像分为生物发光与荧光成像2种，常规光学成像可以获取体内移植的胰岛的二维或三维信息，对移植的胰岛可以进行半定量分析。近来，一种可以进行断层扫描的光学成像更能比较客观地评估体内移植的胰岛[4]。可以用于小动物活体内胰岛计数。
　　Hara等[5]通过转基因的方法生产出一种转基因鼠，这种老鼠在MIP (Mouse Insulin Promoter)基因启动子的控制下表达绿色荧光蛋白（MIP-GFP），通过活体成像可以进行监测β细胞。LU等[6]研究显示生物发光成像可以检测胰岛移植的存活。
Virostko等[7]研究显示，其生产的一种鼠胰岛素启动子控制下的转基因老鼠[Mouse Insulin Promoter-Luciferase-Vanderbilt University (MIP-Luc-VU))表达荧光素酶β细胞显像，通过生物荧光能无创地评估移植后β的变化,并可以对其进行定量研究。
　　除了对β细胞成像，近来相关的荧光探针近红外荧光探针是肠促胰岛素-4类似物（Near-Infrared Fluorescent Exendin-4 Analogue）[8]，对于胰岛β 细胞上的胰高血糖素样肽(GLP-1)受体具有特异性亲和性，能够区分胰岛与外分泌腺。近来的研究显示，通过 Cy5.5-annexin V合成的近红外探针可以显示胰岛细胞凋亡， Sekiguchi 等[9]研究显示通过生物发光成像可以监测β细胞的发生。
　　2. 核医学显像
 　　有希望进入临床监测β细胞成像的模式是核医学成像，二氢丁苯那嗪是目前用于临床β细胞PET成像的显像试剂[10]。对比MRI，其主要优势是高敏感性，基于β细胞特异性抗原、受体、代谢物成像，通过一些放射性核素标记的对比剂能靶向β 细胞，通过111In 标记的单克隆抗体靶向β细胞的表面抗原IC2[11]，在体外及体内研究中均取得了很好的显像效果，为了克服作为放射性示踪剂的缺点，单链抗体更有优势连接到β细胞。它是一种去除部分Fc端而得到的一种抗体片段，能够减少非特异性连接非β细胞上的机率[12]。大量核医学显像针对β细胞表面受体进行显像[13-16]，微泡单胺类转运受体2 (VMAT2)是一种在灵长类和人类β细胞中转运膜内在蛋白的单胺类物质，丁苯那嗪和二氢丁苯那嗪能特异性连接到VMAT2突触上，通过18F标记DTBZ进一步改善其体内半衰期。临床前研究显示，在健康老鼠的胰腺中可以看到18F-DTBZ高吸收率，有很好的背景噪声比。近来，新的DTBZ衍生物18F-FP-(+)-DTBZ也显示在胰腺有高吸收率，而在非靶向组织吸收很少，GLP-1受体也是β 细胞成像的一个潜在靶标，在β细胞上大量表达，其他细胞表达少。它能竞争性连接到肠促胰岛素类似物-3与4上，被胰岛吸收，而很少被外源性胰腺分泌细胞吸收；临床前研究显示，使用123I 标的肠促胰岛素类似物在胰腺及皮下胰岛素瘤上具有很高的吸收率，然而其分子量大，从血液中清除速度很慢[17] 。
　　3. MR成像
　　一种贴近临床使用的胰岛成像模式是MRI。MRI没有电离辐射、较高分辨性能、没有深度限制，初MRI在分子成像试验中低度敏感，然而通过信号放大可以进行活体检测，监测细胞活性[18]，同时可以进行半定量研究[19]。
　　利用新的对比剂，例如镧系元素复合物标记β 细胞进行了分子成像研究[20]，1H NMR波谱分析用于测量胆碱的水平，可以说明胰岛移植后活的细胞数目；C13波谱也被用于葡萄糖刺激胰岛素释放实验，显示可以监测β细胞的功能[21]，
　　三 对移植的胰岛成像

　　直接对移植的胰岛成像实验包括移植之前对胰岛使用不同的方法进行标记，包括使用荧光或生物发光报告基因修饰、标记外源性对比剂，例如超顺磁性对比剂SPIO进行MR成像，这些方法在监测移植物的状态、为设计新的治疗干预措施具有十分重要的意义，终将延长移植物的存活时间，改善其功能状况。
　　1.生物发光或荧光成像
　　人的胰岛经过基因工程处理后可以表达荧光素酶，随后进行移植成像。胰岛移植在免疫缺陷鼠的肾被膜下，信号的强度取决于移植物的剂量，通过收集到的信号可以定量反应不同移植时间中移植的胰岛。腺病毒转染的胰岛随时间的增加信号会慢慢减弱[22]，慢病毒载体转染的胰岛可以长期表达报告基因[23]，转染的胰岛可以使糖尿病鼠长期保持正常血糖水平。这些研究对移植后的胰岛的存活提供了新的信息，来自于移植物的荧光素酶可以稳定表达140天以上，所以通过荧光成像监测动物肝内移植的胰岛是可行的。通过慢病毒转染的胰岛移植入严重免疫缺陷鼠肝内长期MRI监测显示，肝内移植物是稳定的，可以通过MRI早期监测移植物的免疫排斥反应。
　　Evgenov等[24]研究显示，胰岛与标记了近红外荧光染料Cy5.5的纳米铁氧微粒共孵育，可以运用多模态的方式在移植后的肾被膜下检测到移植物。
　　2.核医学成像
　　与生物发光成像不同，核医学成像更具有临床意义，更有可能在接受胰岛移植的患者身上使用。而且随着技术的进展，目前PET已经基本可以定量体内的胰岛[25]。
　　使用[18F]fluorodeoxyglucose([18F]-FDG)标记胰岛可以进行体内成像，但是由于其代谢时间短，不利于长期监测胰岛的存活[26]。
　　慢病毒转染的表达，单纯疱疹病毒1腺苷激酶的胰岛可以长期监测移植物的存活，显然，报告基因核素显像由于事先对移植的胰岛进行基因修饰不能应用于临床。近来，通过GLP-1 受体对移植到患者肌肉的β细胞进行成像，显示在临床移植中能评估移植物的存活，然而，长期监测移植的胰岛仍然是一个尚未完全解决的问题[27]。