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炎症反应是人体免疫器官对细菌、病毒、机体损伤等的天然免疫应答过程，参与免疫应答的免疫细胞包括中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞等，在外来微生物和自身受损细胞所释放的信号因子的诱导下，趋化性聚集于炎症病灶部位并发挥免疫屏障作用[1-2]。放射性核素标记免疫应答细胞以及各种趋化和信号因子应具有高度的特异性、广谱性、靶向性等特点。
目前临床及实验室应用的炎症核素显像探针主要包括67Ga柠檬酸盐（67Ga-citrate）、18F-FDG、核素标记的环丙沙星和非特异人免疫球蛋白G（immunoglobulin G，IgG）、111In或99Tcm标记的白细胞。67Ga-citrate扫描曾被广泛应用于各种临床炎症诊断定位，但因为67Ga物理半衰期长（78 h）、高能γ丰度低等物理特性导致图像质量差、受检者所受辐射剂量大，加之血液清除慢等缺点，致使67Ga的临床应用逐渐减少[3]。18F-FDG PET显像基于聚集于炎症病灶的活性免疫细胞的高代谢水平，导致18F-FDG在炎症组织的聚集，其对于临床早期炎症和慢性炎症、肿瘤以及肿瘤合并炎症反应、结核结节、脓肿等缺乏特异性，往往会产生假阳性结果[4]。病原菌特异性炎症显像剂（如环丙沙星）通过DNA促旋酶广泛与细菌结合，主要应用于感染灶定位、鉴别感染与肿瘤、判断感染灶内是否有存活细菌及疗效评估，使用范围较局限[5]。过去认为放射性核素标记非特异人IgG可靶向白细胞表面的Fc-β受体，但后来证实它在炎症病灶的聚集主要是因为血管渗透性增加导致标记化合物的非特异性外渗，所以该类显像剂也缺乏特异性[6]。白细胞核素显像探针，如放射性核素标记的白细胞、抗粒细胞抗体、细胞因子、甲酰肽受体（formyl peptide recepror，FPR）配体等，通过对白细胞的示踪定位，即时完整地显示感染或无菌炎症病理过程，避免了上述基于代谢原理的显像探针的非特异性和病原体探针的应用局限性，是一种兼顾了炎症特异性和广泛临床适应性的显像方法。笔者对此类炎症显像剂（包括放射性核素标记白细胞及白细胞靶向核素探针）的临床应用及研究进展进行综述。
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放射性核素标记炎症细胞的能力是炎症显像技术的重要里程碑。使用111In-八羟基喹啉（111In-oxine）或99Tcm-六甲基丙二胺肟（99Tcm-HMPAO）标记白细胞的体外标记法成像是评估感染和炎症的放射性核素成像的金标准[7]。当机体发生炎症反应，白细胞可在炎症细胞因子的趋化作用下，穿透毛细血管壁，迁徙并聚集在病灶部位，吞噬和清除病原体及机体自身的坏死组织[8]。在静脉注射放射性核素标记的自体白细胞后，这些标记的白细胞在趋化因子的作用下，进入炎症病灶部位，因此放射性摄取增加。其临床适应证包括：不明原因发热、炎性肠病、骨髓炎、血管和瓣膜移植物术后随访、人工关节感染与松动鉴别等；在中枢神经系统中标记白细胞还可用于区分感染与肿瘤；术后其有利于区别感染与正常术后改变[6, 9]。但是111In和99Tcm标记白细胞显像技术存在以下缺点：①对脊柱骨髓炎等非中性粒细胞介导的炎症效果差；②检测敏感性差和影像质量差[10]。Osman和Danpure成功地用18F-FDG体外标记了白细胞[11]。Rini等[12]比较了111In与18F-FDG标记的白细胞在骨科感染中的作用，结果发现18F-FDG标记的白细胞具有更高的准确率，但标记率却明显低于111In标记的白细胞。Yilmaz等[13]的研究结果表明18F-FDG标记的自体白细胞较18F-FDG在感染成像中更具优势。Bhattacharya等[14]将18F-FDG标记的白细胞用于急性胰腺炎患者胰腺或胰周液收集中的感染检测和定位，结果发现18F-FDG标记的白细胞具有无生理胃肠道和泌尿生殖道吸收的优点。但所有放射性核素标记的白细胞都需抽取受试者的静脉全血后于体外完成白细胞的分离与标记, 再注射回受试者体内，操作复杂且可能导致交叉感染[15]。这些技术因素局限了该方法在临床上的广泛应用。
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为了避免复杂的体外标记操作及可能导致的交叉感染，提高检测灵敏性和影像质量，白细胞靶向探针被开发利用。
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99Tcm标记的抗粒细胞单克隆抗体主要有3种，分别是抗非特异性交叉反应抗原95（抗-NCA-95）IgG（BW250/183）[16]、抗非特异性交叉反应抗原90（抗-NCA-90）IgG Fab片段（LeukoScan[17]）、抗阶段特异性胚胎抗原-1（抗-SSEA-1）免疫球蛋白M（LeuTech）[18]。小鼠抗-NCA-95 IgG抗体能够识别在人粒细胞和髓细胞上表达的NCA-95。该显像剂目前已成功用于骨髓炎的诊断及假体松动或感染的鉴别诊断[16-19]。鼠IgG的主要缺点是IgG抗体的血液清除相对较慢，并且静脉内给药后会产生人抗小鼠抗体（human anti-mouse antibody，HAMA），反复注射后可导致过敏反应，Richter等[20]发现116名受试者中有16名HAMA升高，这限制了该探针的使用。完全人源化或人源化的抗体将会更有价值。在抗NCA-90的抗粒细胞抗体的基础上，开发了99Tcm-anti-NCA-90 Fab片段（LeukoScan）。在欧洲和澳大利亚它已被批准用于骨髓炎炎症显像。该示踪剂是一个小分子的完整IgG片段，能从循环中更快清除，但它显示出明显的非特异性肠活性[17]。Lech Tech是一种99Tcm标记的鼠源抗CD15单克隆抗体，与人中性粒细胞表达的CD15表面抗原具有高亲和力。CD15表面抗原随中性粒细胞的激活而增多，故Lech Tech能反映体内白细胞活动。Lech Tech是一种炎症特异性显像剂，且具有血液清除率快、无毒性、无需延迟扫描等优点，但它可能会导致短暂性中性粒细胞减少症的发生。由于在临床使用中导致两例患者死亡，该显像剂于2015年后被淘汰[18-21]。
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感染部位的白细胞活化后，发生迁移和渗透。蛋白质和多肽等小分子可以很容易地穿过蛋白质和多肽活化的内皮细胞，包括放射性标记的细胞因子。但其中一些细胞因子和趋化因子即使在低剂量下，也具有高度免疫原性和细胞毒性。鉴于以上原因，目前白细胞介素-8（Interleukin-8，IL-8）较被看好[22]。IL-8是促炎细胞因子家族的成员，具有化学吸引和活化嗜中性粒细胞的能力[23]。与中性粒细胞上的CXC趋化因子受体1（CXC chemokine receptor1，CXCR1）和CXC趋化因子受体2（CXC chemokine receptor2，CXCR2）高度亲和。过去用131I标记IL-8，但标记方法费时且花费高，同时比活性低，故后来用99Tcm替代131I[24]。99Tcm-IL-8在兔炎症模型中表现出优异的成像能力，如兔结肠炎模型及肺炎模型等[25-26]。Bleeker-Rovers等[27]首次将99Tcm-IL-8显像用于肝脓肿及骨髓炎等患者，结果表明99Tcm-IL-8在人体未出现明显不良反应，它在感染病灶中迅速聚集，并且能迅速从血池及非目标组织中清除，具有良好的临床应用潜力。
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在机体发生炎症或微生物感染时，白细胞在趋化因子的作用下，移动到病灶部位，并产生吞噬作用及炎症介质释放等一系列生物学效应，从而达到免疫防御。甲酰肽是“经典”的趋化因子之一。人类FPR有3种亚型，其中甲酰肽受体1（Formyl peptide recepror 1，FPR1）及类甲酰肽受体1（Formyl peptide recepror like 1，FPRL1）参与宿主的炎症防御反应，两种受体均高表达于中性粒细胞与单核细胞[28-29]。利用靶向标记FPR分子成像技术，早期研究者尝试了放射性药物标记FPR激动剂，如人工合成的N-甲酰-甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸（N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine, fMLF）。但实验表明，小剂量该药物即可导致粒细胞减少症[30]。为了避免激动剂探针导致的不良反应，FPR拮抗剂探针肉桂酰－苯丙氨酰-亮氨酰-苯丙氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸[cinnamoyl-Phe（D）Leu-Phe-（D）Leu-Phe，cFLFLF]应运而生。cFLFLF是一种小分子多肽物质。Zhang等[31]用聚乙二醇（polyethylene glycol, PEG）修饰cFLFLF以增加其亲水性，并减少肽在肝脏和肠中的摄取。研究者已成功用放射性核素99Tcm-联肼尼克酰胺（99Tcm-HYNIC）、64Cu-1，4，7，10-四乙酸-1，4，7，10-四氮杂环十二烷（64Cu-DOTA）、68Ga-檬酸盐涂层的纳米放射性示踪剂（68Ga-NRT）标记cFLFLF-PEG，并分别运用于SPECT与PET显像中[32-34]。将99Tcm-HYNIC-cFLFLF SPECT、18F-FDG PET和99Tcm-MDP SPECT骨显像3种显像方法在大鼠骨髓炎模型中进行对比发现，99Tcm-HYNIC-cFLFLF在评价抗生素治疗急性骨髓炎的疗效方面更为优越[35]。64Cu-DOTA-cFLFLF在小鼠肺炎模型[36]，关节炎模型[33]、胰腺炎模型[37]中也被证明其有效性及特异性。68Ga-NRT-cFLFLF在小鼠急慢性肺炎中表达明显[34]。目前没有专门针对肉芽肿的临床诊断成像工具，cFLFLF-PEG在体外人肉芽肿模型中及肉芽肿炎症小鼠模型中积聚，使这种探针可能在结核病诊断中具有独特优势[38]。
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放射性核素标记白细胞对炎症病灶具有高度特异性。它对于检测急性炎症，即由多形核白细胞（粒细胞）主导的炎症反应最敏感。但繁琐的制备手段、高昂的价格和可能导致的交叉感染使它的应用受到限制。目前，放射性核素标记抗粒细胞抗体中只有99Tcm-LeucoScan用于临床，但它与体内粒细胞的结合率低，现在普遍认为放射性标记的抗粒细胞抗体主要是由于局部增强的血管通透性导致其非特异性外渗而在炎症部位聚集。99Tcm-IL-8的首次临床显像表明，99Tcm-IL-8具有良好的耐受性，可以在短期内（注射后4 h）显像；它可在感染部位迅速积聚，并从血池和非靶组织中迅速清除，无明显不良反应，避免了体外标记导致的交叉感染；99Tcm-IL-8在急慢性炎症中都表现出特异性及灵敏性，是一种有前途的炎症显像剂。放射性核素标记FPR配体目前还在实验研究阶段。FPR1在白细胞中高度表达，放射性核素标记FPR1配体通过参与炎症过程定位炎症病灶。对FPR1表现出高亲和力的FPR1拮抗剂cFLFLF已成功用于64Cu、68Ga和99Tcm标记，并在动物模型中展现出特异性。目前用影像学方法鉴别诊断结核病与肿瘤性病变尚是一个难点，cFLFLF-PEG探针还可能成为监测结核肉芽肿的特异性成像标志物。
白细胞核素成像在急慢性炎症的诊断中发挥着巨大优势。此类探针朝着更加安全的小分子结构、更加便捷的操作方法、更加优质的图像质量等方向发展，相信未来其将在炎症显像领域为临床提供更有价值的资料。
白细胞核素显像探针的临床应用和研究进展
Clinical application and progress in the development of radionuclide probes for leukocyte imaging
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摘要: 炎症是机体对抗侵入性病原体和其他损伤的第一道防线，它在组织修复和消除有害病原体方面起着重要作用，但过度炎症反应或炎症消退的延迟将破坏组织中的正常细胞。因此，寻求一种理想的炎症显像方法一直都是临床和科研工作者所追求的目标。白细胞核素显像探针通过即时示踪白细胞，高特异性地反映炎症的病理过程，能早期准确反映炎症程度和预后评价。笔者就此类炎症显像剂的临床应用和研究进行综述。Abstract: Inflammation plays a significant role in the defense against invasive pathogens and injuries. This process helps in tissue repair and elimination of harmful pathogens. However, over or extended inflammatory reaction is harmful to normal cells. Numerous clinical and scientific studies have explored an ideal inflammatory imaging method. Radionuclide imaging can reveal the degree and pathological process of inflammation and prognosticate therapeutic response using instant and highly specific monitoring of leukocyte activation and distribution. This study was performed to provide a brief description of the clinical application and progress in the development of radionuclide probes.
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Key words:
- Inflammation /
- Leukocytes /
- Radionuclide imaging
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