文献信息

西南医科大学基础医学院生物化学与分子生物学教研室、北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所，核医学科，国家药监局放射性药物研究与评价重点实验室，恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室等团队合作的研究成果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分子图谱有助于SARS-CoV-2靶向治疗）在学术期刊《Journal of Medical Virology》（JCR Q1, 2021 SCI IF 20.693）发表。平生公司的小动物PET/CT（型号：Super Nova）产品在论文中提供了重要的肿瘤小鼠PET/CT图像和定量分析。

该研究的通讯作者为四川大学刘友平教授、北肿朱华研究员以及北大深圳研究院刘琦教授。第一作者为王紫蕾同学、北肿赵传科副研究员、河北北方学院附属第一医院李传贵主任医师。

文献背景

2019冠状病毒病(COVID-19)是由严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (SARS-CoV-2)感染引起的，对公众健康构成重大威胁。血管紧张素转换酶2 (ACE2)是SARS-CoV-2感染的关键受体。重组人ACE2 (RhACE2)作为人ACE2的可溶性补充物，可以竞争性地阻断SARS-CoV-2感染。本研究首次构建了小鼠器官原位rhACE2高聚集模型，并使用ACE2特异性试剂⁶⁸Ga‐HZ20对小鼠模型中的rhACE2进行了体内实时正电子发射断层扫描(PET)成像。该放射性示踪剂在体外表现出可靠的放射化学特性，并在体内保持对rhACE2的高亲和力。在探针摄取方面，⁶⁸Ga‐HZ20表现出良好的靶-非靶比，并迅速从循环系统中清除并由肾脏和泌尿系统排出。PET成像可以无创、准确地监测rhACE2在体内的含量和分布，这表明rhACE2可以聚集在多个器官中，提示rhACE2对SARS‐CoV‐2和COVID‐19具有预防和治疗潜力。

实验方法

KM小鼠rhACE2给药

对于皮下rhACE2和肿瘤rhACE2模型，PET成像前30min直接在相应部位注射不同剂量的rhACE2。对于原位rhACE2-腹腔内肝脾模型，采用1.25%三溴乙醇按0.2mL/10g提前30min麻醉小鼠后，打开腹部暴露靶器官，用胰岛素针注射不同含量的rhACE2，注射量不大于50μL。对于右侧尾状核定点注射，前囟门为原点，右侧1.7mm，前方0.7mm，深3mm。

小鼠模型的微PET/CT成像

通过尾静脉注射7.4MBq/200μL的⁶⁸Ga‐HZ20，异氟烷(2% ~ 3%，1L/min氧气)麻醉，置于加热床上进行微PET/CT成像扫描仪扫描，获取一定时间的静态PET/CT图像。然后，将50倍未标记的HZ20和7.4MBq ⁶⁸Ga‐HZ20共注射到小鼠体内进行阻断研究。对于目标组织的离体成像，称量器官的重量，直接进行微PET/CT成像，并在PET成像程序后立即进行γ计数器分析。在CT图像上绘制感兴趣的区域，并将其映射到PET上以获得其SUVmax值，以便进一步分析。

实验结果

PET成像显示，⁶⁸Ga‐HZ20在体内对rhACE2具有很高的特异性和敏感性(图2A)。作者选择0.4nmol的rhACE2组进行14.63nmol的HZ20肽阻断研究，阻断组在rhACE2注射部位的探针摄取明显减少(图2B)。

图2：⁶⁸Ga‐HZ20在rhACE2‐皮下模型中的评价。(A)皮下注射不同剂量rhACE2后KM小鼠模型的⁶⁸Ga‐HZ20 PET成像。白色圆圈为rhACE2注射部位。（B）0.4nmol rhACE2和50μgHZ20阻断小鼠PET成像。白色框为rhACE2的注射部位。(K, B代表肾和膀胱)。

在A549荷瘤小鼠中瘤内注射rhACE2和显微PET成像显示，⁶⁸Ga‐HZ20准确地追踪了肿瘤中的rhACE2(图3A)。与western blot结果一致，⁶⁸Ga-HZ20微PET成像未检测到A549肿瘤中ACE2的表达。相反，注射race2组的探针摄取随着注射剂量的增加而增加。比较不同注射组的PET成像SUVmax结果也一致，在注射探针30min后，肿瘤部位的SUVmax分别达到0.3±0.08、0.6±0.07、0.75±0.03和0.94±0.03(图3B)。为了进一步研究探针的特异性，作者对肿瘤与肌肉的SUVmax比值进行了分析，结果显示，在注射组给予相同剂量的rhACE2蛋白时，该比值随时间而增加。在所有时间点，该比值均与rhACE2注射剂量相关。注射探针后240min，其比值分别为0.88±0.54、4.59±0.32、6.22±1.56、7.13±0.54(图3C)。

图3：⁶⁸Ga‐HZ20在基于A549细胞的rhACE2瘤内模型中的评价。(A)瘤内注射不同剂量rhACE2后，⁶⁸Ga‐HZ20注射后60分钟的PET成像。带虚线的白色方框表示肿瘤和rhACE2的注射部位(K, B分别代表肾脏和膀胱)。(B)图3A和图S6肿瘤中SUVmax的比较。(C)注射⁶⁸Ga‐HZ20后不同时间点肿瘤与肌肉SUVmax的比值。

为了研究⁶⁸Ga‐HZ20探针对不同组织和器官的靶向能力，作者在KM小鼠肝脏中原位注射不同剂量的rhACE2后进行了PET成像研究。PET成像显示肝脏中明显的rhACE2剂量依赖性探针摄取(图4A)。与对照组相比，rhACE2注射组肝脏注射部位的SUVmax值更高;注射15min后的SUVmax值分别为0.43±0.02、0.52±0.02和0.76±0.01(图4B)。与空白对照组相比，0.2、0.4nmol rhACE2注射组肝肌靶比显著升高，在60min时达到最高(分别为1.3±0.20、2.54±0.27、3.95±0.52)(图4C)。探针注射150分钟后，取肝脏样品进行γ计数器测量。与PET成像结果一致，肝脏%ID/g也依赖于rhACE2注射剂量，分别达到0.24±0.01、0.32±0.01、0.37±0.02(图4D)。rhACE2与SUVmax的相关性分析显示，注射探针60min后相关性最高，R2为0.9994(图4E)。肝组织中ACE2几乎不表达，但注射rhACE2人为提高了蛋白水平(图4F)。

图4：⁶⁸Ga‐HZ20在rhACE2‐腹腔内肝模型中的作用评价。(A)肝脏原位注射不同剂量rhACE2的PET成像。白色圆圈表示肝脏注射部位(L、H、B分别代表肝脏、心脏和膀胱)。(B)图4A和图S7肝脏中SUVmax的比较。(C)肝脏与肌肉的SUVmax比值。(D)肝组织% ID/g比较。(E)注射后60min SUVmax与rhACE2剂量的相关性分析。(F)注射部位rhACE2的Western blot。

文献结论

本研究通过对标记条件的优化，制备了高放化产率的探针⁶⁸Ga‐HZ20。rhACE2组织和器官原位模型的显微PET/CT成像表明，⁶⁸Ga‐HZ20能够无创、准确地显示rhACE2在体内的分布。同时，基于探针摄取值(SUVmax)与rhACE2含量之间的正相关关系，可以进行PET成像用于无创实时监测rhACE2受体含量，有助于rhACE2治疗的进一步研究和应用。然而，由于缺乏病毒检测条件，作者无法评估rhACE2在病毒阻断和治疗中的有效性。

使用设备

                                                  Super Nova^® Micro PET/CT（III 代外观图）