11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇自动化合成及在大鼠肝脏PET/CT显像研究

陈 羲，杨梦忆，曹 礼，辛 军

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳 110004）

水通道蛋白（Aquaporins，AQPs）家族是一组可以转运水分子及其他小分子溶质的四聚体蛋白，各个亚型相互作用参与体内多种代谢过程，共同完成物质的跨膜转运。AQPs主要分为两个亚型，包括转运水分子的纯AQPs和还可以转运甘油、尿素等其他小的无电荷溶质的水-甘油通道蛋白[1]。肝脏作为体内以代谢为主最大的消化器官，参与甘油循环的多个环节为生物体供能，其中甘油分子的转运是在水甘油通道蛋白各个亚型相互协调作用下共同完成的[2]。

3-氨基-1，2-丙二醇作为甘油分子类似物，与甘油具有相似的理化性质，且更易于标记。本研究采用3-氨基-1，2-丙二醇作为前体，全自动一体化合成11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇，通过PET/CT显像实验，观察其在正常大鼠肝脏中的分布情况。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

TRACERlab FX C Pro合成模块（美国，GE公司）（图1）；MINItraceⅡ（美国，GE公司）；正电子示踪剂质量控制扫描仪TLC（美国，Bioscan公司）；Sep-Pak QMA SPE分离柱（美国，Waters公司）。3-氨基-1，2-丙二醇（中国，aladdin公司）；乙醇（USP级，Milennium公司）；二甲亚砜（Dimethylsulfoxide，DMSO）（美国，Sigma/Aldrich公司）；二甲基甲酰胺（Dimethylformamide，DMF）（中国，国药集团）；氢氧化钠（NaOH）（中国，国药集团）。

健康Wistar雄性大鼠10只（北京，华阜康公司），体质量（200±20）g。

1.2 合成原理

采用11C-碘甲烷（CH3I）标记3-氨基-1，2-丙二醇，通过对-NH2甲基化实现对3-氨基-1，2-丙二醇标记，合成11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇（图2）。

图1 TRACERlab FX C Pro合成模块。Figure 1.Synthesis module of TRACERlab FX C Pro.

图2 11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇合成示意图。Figure 2.The composite diagram of 11C-N-mythyl-3-amino-1,2-propanediol.

1.3 实验方法

1.3.1 自动化合成11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇

将医用回旋加速器轰击得到的11C-CO2在TRACERlab FX C Pro合成仪上采用气相合成法合成11C-CH3I，并将11C-CH3I输入到反应瓶中。将前体3-氨基-1，2-丙二醇溶于DMSO或DMF，待溶解后加入碱性溶液NaOH，与之前合成的11C-CH3I混合，在氮气保护下加热到80℃，时间保持在4～6 min；降温至33℃～35℃。随后加入淋洗液（5%乙醇水溶液），利用高效液相HPLC对上述粗产物进行分离、收集得目标产物。整个合成过程为全自动过程，合成时间在30 min左右。

1.3.2 大鼠肝脏PET/CT显像

健康Wistar雄性大鼠腹腔注射10%水合氯醛0.3 mL/100 g进行麻醉，麻醉满意后经鼠尾建立静脉通路，注射0.5～1.0 mCi11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇。然后立即采用GE Discovery Elite PET/CT VIP扫描模型进行动态扫描，PET层厚3.75 mm，CT扫描参数：80 kV，50 mA，层厚：3.75 mm。CT扫描结束后进行动态扫描，连续扫描45 min。扫描完成后，利用SharpIR+VUE Point HD图像重建技术对原始图像进行重建，采用OSEM迭代重建法，设置5 s/床位×60、90 s/床位×10、150 s/床位×12、300 s/床位×2，共1 h。采用GE AW 4.5和Xeleris 3.0工作站处理获得三维CT、PET及两者融合图像。在PET/CT融合图像上选取肝脏组织感兴趣区（ROI），大小为20像素左右的圆形ROI，且同一断层多次选取以避免与血管及右肾重叠影响实验结果，并绘制时间-放射性活度曲线。

2 结果

2.1 11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇的制备

多次实验后，11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇连续合成效率可达到50%，放射化学纯度＞98%。

2.2 Wistar雄鼠PET/CT成像结果

注射11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇后，大鼠肝脏放射性分布显著（图3）。注射11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇后肝脏ROI时间-放射性活度曲线显示3 min内肝脏放射性摄取迅速升高，20 min以内放射性迅速下降，随后下降缓慢、稳定（图4）。

3 讨论

利用甘油可以与水甘油通道蛋白特异性结合参与肝脏代谢的生理特点，本实验采用理化性质与甘油类似、更易于标记的3-氨基-1，2-丙二醇作为前体，首次利用TRACERlab FX C Pro合成器全自动一体化合成新型分子探针11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇。首先采用常规11C标记放射性药物方法合成中间产物11C-CH3I，然后与溶解后的前体在反应瓶中经过加热、降温、淋洗、分离等步骤，收集到分子探针11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇。整个合成过程由合成器自动完成，经过多次实验、分析，发现将淋洗液乙醇浓度调整为5%～10%时，合成效率可达50%以上，放射化学纯度＞98%。

图3 注射11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇后大鼠肝脏摄取情况。图3a，3b：CT及PET图像（横断面）。图3c，3d：PET/CT融合图像（横断面）及PETMIP图像。图4 注射11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇后大鼠肝脏ROI时间-放射性活度曲线。Figure3.ThePET/CTimaging of ratliver which wasinjected by11C-N-mythyl-3-amino-1,2-propanediol.Figure3a,3b：CT and PET imaging(lateralsection).Figure3c,3d：PET/CT fusionimag ingand PETMIP imaging.Figure4.The timera diationcurve of ratliver which wasinjected by11C-N-mythyl-3-amino-1,2-propanediol.

水甘油通道蛋白表达的改变与多种慢性肝病密切相关。非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）作为一种与饮食、遗传等多种因素均相关的代谢性肝脏疾病，可以由非酒精单纯性脂肪肝（NAFL）及非酒精性脂肪性肝炎（NASH）逐渐发展为肝纤维化、肝硬化，最终甚至可以发展为肝细胞癌（HCC）。在NAFLD的发生、发展过程中，上述的多种病理过程互相交叉，即NAFL也并不意味着完全不存在NASH，其脂肪变程度与NASH的进展程度不一定呈正相关[3-4]。脂肪细胞膜上的AQP3、AQP7主要将血液中的甘油转运到肝脏，AQP9作为肝脏中表达最丰富的水甘油通道蛋白，则主要负责肝脏细胞的甘油转入[5]。所以肝内负责甘油转运的AQP9分布与表达异常会引起肝脏内脂肪堆积的改变，与NAFLD的分期具有一定的相关性。肝纤维化时处于静止状态的肝星形细胞（HSCs）被激活并分化为成肌成纤维细胞（MFBs），可分泌多种促炎性及促纤维生成活性细胞因子，带动肝内其他细胞共同参与肝脏纤维化进程，引起细胞外基质过度沉积[6]。静止的HSCs作为肝脏储脂细胞，其细胞膜上主要表达AQP3，可与AQP9共同调节肝脏组织细胞中的脂肪含量，最新研究表明当肝脏发生肝纤维化时，HSCs膜上AQP3的表达在脂联素调节下会发生改变[7]。HCC中各种AQPs的变化与肿瘤类型、分级、是否伴有转移等多种因素相关，其中AQP3在细胞膜及细胞质中表达明显增多，原高表达的AQP9明显减少[8]。总之，水甘油通道蛋白的各个亚型与多种肝脏疾病有一定的相关性，这为我们将甘油通道蛋白作为新型分子靶点成像，实现对肝脏疾病的无创诊断提供了全新的思路，可以在疾病早期及时干预治疗。

关于早期肝纤维化的纯AQPs分子成像已开展了多项研究。有研究以纯AQPs理论为基础，通过对肝脏进行不同b值的磁共振扫描，证实纯AQPs与肝纤维化存在一定的相关性[9]，然而无法将正常肝脏与早期肝纤维化明显区分，接下来该课题组利用PET/CT的高敏感性，联合抑制剂乙酰唑胺，结合病理结果，以NH3·H2O与H2O结构相似为前提，进行13N-NH3·H2O非特异性PET/CT显像证实PET/CT可灵敏检测到肝脏早期纤维化[10]。另有既往研究以11CN-甲基乙酰唑胺为AQP1和AQP4特异性显像剂，对大鼠肝纤维化模型行PET/CT动态扫描发现11CN-甲基乙酰唑胺PET/CT显像能够敏感的检测到早期纤维化时肝脏功能的改变，进而评估肝纤维化的严重程度[11]。

然而，国内外仍未见水甘油通道蛋白分子探针的制备，本研究首次全自动一体化合成11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇，PET/CT扫描结果表明该分子探针可以作为水甘油通道蛋白PET显像剂，在肝脏显像清楚。本课题组将进一步研究11C-N-甲基-3-氨基-1，2-丙二醇作为新型分子探针在NAFLD、肝纤维化等慢性肝病中的诊断价值，探究肝脏疾病与水甘油通道蛋白表达之间的关系及作用机制。