rhACE2在器官中的分布和定量的PETCT分子圖譜有助于SARS-CoV-2靶向治療

文獻信息

西南醫科大學基礎醫學院生物化學與分子生物學教研室、北京大學腫瘤醫院暨北京市腫瘤防治研究所，核醫學科，國家藥監局放射性藥物研究與評價重點實驗室，惡性腫瘤發病機制及轉化研究教育部重點實驗室等團隊合作的研究成果Molecular PET/CT mapping of rhACE2 distribution and quantification in organs to aid in SARS‐CoV‐2 targeted therapy（rhACE2在器官中的分布和定量的PET/CT分子圖譜有助于SARS-CoV-2靶向治療）在學術期刊《Journal of Medical Virology》（JCR Q1, 2021 SCI IF 20.693）發表。平生公司的小動物PET/CT（型號：Super Nova）產品在論文中提供了重要的腫瘤小鼠PET/CT圖像和定量分析。

 該研究的通訊作者為四川大學劉友平教授、北腫朱華研究員以及北大深圳研究院劉琦教授。第一作者為王紫蕾同學、北腫趙傳科副研究員、河北北方學院附屬第一醫院李傳貴主任醫師。

文獻背景

2019冠狀病毒病(COVID-19)是由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2 (SARS-CoV-2)感染引起的，對公眾健康構成重大威脅。血管緊張素轉換酶2 (ACE2)是SARS-CoV-2感染的關鍵受體。重組人ACE2 (RhACE2)作為人ACE2的可溶性補充物，可以競爭性地阻斷SARS-CoV-2感染。本研究首次構建了小鼠器官原位rhACE2高聚集模型，并使用ACE2特異性試劑⁶⁸Ga‐HZ20對小鼠模型中的rhACE2進行了體內實時正電子發射斷層掃描(PET)成像。該放射性示蹤劑在體外表現出可靠的放射化學特性，并在體內保持對rhACE2的高親和力。在探針攝取方面，⁶⁸Ga‐HZ20表現出良好的靶-非靶比，并迅速從循環系統中清除并由腎臟和泌尿系統排出。PET成像可以無創、準確地監測rhACE2在體內的含量和分布，這表明rhACE2可以聚集在多個器官中，提示rhACE2對SARS‐CoV‐2和COVID‐19具有預防和治療潛力。

實驗方法

KM小鼠rhACE2給藥

對于皮下rhACE2和腫瘤rhACE2模型，PET成像前30min直接在相應部位注射不同劑量的rhACE2。對于原位rhACE2-腹腔內肝脾模型，采用1.25%三溴乙醇按0.2mL/10g提前30min麻醉小鼠后，打開腹部暴露靶器官，用胰島素針注射不同含量的rhACE2，注射量不大于50μL。對于右側尾狀核定點注射，前囟門為原點，右側1.7mm，前方0.7mm，深3mm。

小鼠模型的微PET/CT成像

通過尾靜脈注射7.4MBq/200μL的⁶⁸Ga‐HZ20，異氟烷(2% ~ 3%，1L/min氧氣)麻醉，置于加熱床上進行微PET/CT成像掃描儀掃描，獲取一定時間的靜態PET/CT圖像。然后，將50倍未標記的HZ20和7.4MBq ⁶⁸Ga‐HZ20共注射到小鼠體內進行阻斷研究。對于目標組織的離體成像，稱量器官的重量，直接進行微PET/CT成像，并在PET成像程序后立即進行γ計數器分析。在CT圖像上繪制感興趣的區域，并將其映射到PET上以獲得其SUVmax值，以便進一步分析。

實驗結果

PET成像顯示，⁶⁸Ga‐HZ20在體內對rhACE2具有很高的特異性和敏感性(圖2A)。作者選擇0.4nmol的rhACE2組進行14.63nmol的HZ20肽阻斷研究，阻斷組在rhACE2注射部位的探針攝取明顯減少(圖2B)。

圖2：⁶⁸Ga‐HZ20在rhACE2‐皮下模型中的評價。(A)皮下注射不同劑量rhACE2后KM小鼠模型的⁶⁸Ga‐HZ20 PET成像。白色圓圈為rhACE2注射部位。（B）0.4nmol rhACE2和50μgHZ20阻斷小鼠PET成像。白色框為rhACE2的注射部位。(K, B代表腎和膀胱)。

在A549荷瘤小鼠中瘤內注射rhACE2和顯微PET成像顯示，⁶⁸Ga‐HZ20準確地追蹤了腫瘤中的rhACE2(圖3A)。與western blot結果一致，⁶⁸Ga-HZ20微PET成像未檢測到A549腫瘤中ACE2的表達。相反，注射race2組的探針攝取隨著注射劑量的增加而增加。比較不同注射組的PET成像SUVmax結果也一致，在注射探針30min后，腫瘤部位的SUVmax分別達到0.3±0.08、0.6±0.07、0.75±0.03和0.94±0.03(圖3B)。為了進一步研究探針的特異性，作者對腫瘤與肌肉的SUVmax比值進行了分析，結果顯示，在注射組給予相同劑量的rhACE2蛋白時，該比值隨時間而增加。在所有時間點，該比值均與rhACE2注射劑量相關。注射探針后240min，其比值分別為0.88±0.54、4.59±0.32、6.22±1.56、7.13±0.54(圖3C)。

圖3：⁶⁸Ga‐HZ20在基于A549細胞的rhACE2瘤內模型中的評價。(A)瘤內注射不同劑量rhACE2后，⁶⁸Ga‐HZ20注射后60分鐘的PET成像。帶虛線的白色方框表示腫瘤和rhACE2的注射部位(K, B分別代表腎臟和膀胱)。(B)圖3A和圖S6腫瘤中SUVmax的比較。(C)注射⁶⁸Ga‐HZ20后不同時間點腫瘤與肌肉SUVmax的比值。

為了研究⁶⁸Ga‐HZ20探針對不同組織和器官的靶向能力，作者在KM小鼠肝臟中原位注射不同劑量的rhACE2后進行了PET成像研究。PET成像顯示肝臟中明顯的rhACE2劑量依賴性探針攝取(圖4A)。與對照組相比，rhACE2注射組肝臟注射部位的SUVmax值更高;注射15min后的SUVmax值分別為0.43±0.02、0.52±0.02和0.76±0.01(圖4B)。與空白對照組相比，0.2、0.4nmol rhACE2注射組肝肌靶比顯著升高，在60min時達到最高(分別為1.3±0.20、2.54±0.27、3.95±0.52)(圖4C)。探針注射150分鐘后，取肝臟樣品進行γ計數器測量。與PET成像結果一致，肝臟%ID/g也依賴于rhACE2注射劑量，分別達到0.24±0.01、0.32±0.01、0.37±0.02(圖4D)。rhACE2與SUVmax的相關性分析顯示，注射探針60min后相關性最高，R2為0.9994(圖4E)。肝組織中ACE2幾乎不表達，但注射rhACE2人為提高了蛋白水平(圖4F)。

圖4：⁶⁸Ga‐HZ20在rhACE2‐腹腔內肝模型中的作用評價。(A)肝臟原位注射不同劑量rhACE2的PET成像。白色圓圈表示肝臟注射部位(L、H、B分別代表肝臟、心臟和膀胱)。(B)圖4A和圖S7肝臟中SUVmax的比較。(C)肝臟與肌肉的SUVmax比值。(D)肝組織% ID/g比較。(E)注射后60min SUVmax與rhACE2劑量的相關性分析。(F)注射部位rhACE2的Western blot。

文獻結論

本研究通過對標記條件的優化，制備了高放化產率的探針⁶⁸Ga‐HZ20。rhACE2組織和器官原位模型的顯微PET/CT成像表明，⁶⁸Ga‐HZ20能夠無創、準確地顯示rhACE2在體內的分布。同時，基于探針攝取值(SUVmax)與rhACE2含量之間的正相關關系，可以進行PET成像用于無創實時監測rhACE2受體含量，有助于rhACE2治療的進一步研究和應用。然而，由于缺乏病毒檢測條件，作者無法評估rhACE2在病毒阻斷和治療中的有效性。

使用設備

                                                  Super Nova^® Micro PET/CT（III 代外觀圖）