SARS-CoV-2受體結(jié)合域放射探針的相關(guān)研究

論文發(fā)表 | SARS-CoV-2受體結(jié)合域放射探針：一種非侵入性的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2在小鼠體內(nèi)的定位方法

文獻(xiàn)信息

北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所，核醫(yī)學(xué)科，國(guó)家藥監(jiān)局放射性藥物研究與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊志主任團(tuán)隊(duì)的研究成果SARS-CoV-2 receptor binding domain radio-probe: a non-invasive approach for angiotensin-converting enzyme 2 mapping in mice（SARS-CoV-2受體結(jié)合域放射探針:一種非侵入性的小鼠血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2定位方法）在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Acta Pharmacologica Sinica（影響因子6.150）發(fā)表。平生公司的Super Nova^® PET/CT 產(chǎn)品在論文中提供了重要的小鼠肺部PET/CT圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為核醫(yī)學(xué)科楊志研究員和朱華研究員。第一作者為李丹和丁縉同學(xué)。

文獻(xiàn)背景：

2019年底爆發(fā)的冠狀病毒病2019 (COVID-19)導(dǎo)致由嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2型(SARS-CoV-2)引發(fā)的全球大流行。到目前為止(2021年10月)，它已成為全球一場(chǎng)嚴(yán)重的公共衛(wèi)生危機(jī)。自該疾病傳播以來(lái)，瑞德西韋等幾種實(shí)驗(yàn)性抗病毒藥物已逐步進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，但死亡人數(shù)仍大幅上升。2021年6月12日，美國(guó)媒體報(bào)道了埃默里大學(xué)醫(yī)學(xué)院放射腫瘤學(xué)對(duì)COVID-19重癥患者進(jìn)行的首個(gè)低劑量治療的效果。威爾士和來(lái)自博蒙特健康中心、俄亥俄州立大學(xué)、邁阿密浸信會(huì)健康中心和巴羅神經(jīng)學(xué)研究所的同事們已經(jīng)發(fā)表了一篇關(guān)于這種方法背后的基礎(chǔ)科學(xué)的文章。結(jié)果表明，低劑量輻射可以減輕炎癥，促進(jìn)COVID-19的愈合。除疫苗外，中和抗體和小分子抗病毒藥物是有望降低COVID-19嚴(yán)重程度和致死率的干預(yù)工具，但目前仍沒(méi)有令人滿意的產(chǎn)品。

 

SARS-CoV-2感染機(jī)體的機(jī)制復(fù)雜，包括病毒與宿主細(xì)胞之間不同分子途徑之間的許多相互作用。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2 (Angiotensinconversion enzyme 2, ACE2)是羧肽酶ACE的同源物，是腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system, RAS)的主要活性肽。Zhao等發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2通過(guò)S-蛋白與人ACE2相互作用感染人呼吸道上皮細(xì)胞。隨后，Markus Hoffmann等人在BioRxiv上發(fā)表了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)SARS- CovV-2與SARS冠狀病毒通過(guò)相同的ACE2受體感染，并利用SARS-CoV-2所使用的細(xì)胞蛋白酶TMPRSS2。ACE2是SARS-CoV-2入侵細(xì)胞的唯一入口，因此盡早開(kāi)發(fā)靶向和抑制病毒進(jìn)入的臨床藥物尤為重要。

 

SARS-CoV-2的刺突蛋白與人呼吸道上皮細(xì)胞的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2 (angiotensin-轉(zhuǎn)換酶2,ACE2)相互作用，導(dǎo)致感染。此外，研究發(fā)現(xiàn)，低劑量輻射可以減少炎癥，有助于治愈COVID-19。受體結(jié)合域(receptor binding domain, RBD)是人體內(nèi)羧基端帶有組氨酸標(biāo)簽的重組刺突蛋白，與ACE2結(jié)合。因此，我們構(gòu)建了放射性碘化RBD作為分子靶向探針，在體內(nèi)無(wú)創(chuàng)探測(cè)ACE2的表達(dá)，并研究抑制ACE2的放射治療途徑。

 

用N -溴代丁二酰亞胺(NBS)介導(dǎo)的方法用[¹²⁴I]NaI標(biāo)記RBD，純化后得到¹²⁴I-RBD，比活性為28.9 GBq/nmol。在鹽水中5天放射化學(xué)純度(RCP)在90%以上。¹²⁴I-RBD與hACE2結(jié)合的解離常數(shù)為75.7 nM。HeLaACE+細(xì)胞對(duì)¹²⁴I-RBD的攝取在2 h時(shí)為2.96%±0.35%，過(guò)量RBD可明顯阻斷細(xì)胞對(duì)¹²⁴I-RBD的攝取，并降低至1.71%±0.23%。

 

BALB/c小鼠靜脈注射后¹²⁴I-RBD的生物分布呈中等代謝率，注射后24 h (p.i.)的器官分布與體內(nèi)表達(dá)譜相似。Micro-PET成像小鼠肺內(nèi)注射顯示高攝取肺在1,4,24小時(shí)p.i.. 總之，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了¹²⁴I-RBD作為新冠病毒靶向分子探針的潛力。該探針可用于哺乳動(dòng)物的非侵入性ACE2繪圖。

 

實(shí)驗(yàn)方法：

動(dòng)物研究

正常KM小鼠或HepG2ACE2+模型裸鼠經(jīng)尾靜脈注射3.7 MBq的¹²⁴I-RBD。然后分別在注射后0.5、2、24和60 h (p.i.)的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行10分鐘的靜態(tài)PET掃描。使用小動(dòng)物PET/CT掃描儀(Super Nova PET/CT，中國(guó)平生醫(yī)療科技（昆山）有限公司)，通過(guò)Avatar 3D重建PET圖像，通過(guò)繪制這些器官的ROI計(jì)算出ROI衍生的標(biāo)準(zhǔn)攝取值(SUV)。

 

正常KM小鼠通過(guò)氣管內(nèi)和肺內(nèi)注射0.74 MBq¹²⁴I-RBD和游離的 ¹²⁴I]NaI，然后在1,4,24和48h p.i進(jìn)行PET/CT成像。小鼠腹腔注射0.2 mL 4%水合氯醛麻醉，放置在一個(gè)板上，用一根繩子固定在它們的上頜牙齒上。用冷光照亮老鼠的脖子，以顯示氣管的入口。然后用鑷子把舌頭拔出來(lái)，用壓舌器壓住舌根。很容易看到會(huì)厭為一個(gè)開(kāi)閉的亮點(diǎn)。這是氣管的入口。將小鼠氣管導(dǎo)管插入氣管，用注射器緩慢推入0.05-0.1 mL藥物。拔出導(dǎo)管后，小鼠在被放入籠子前再懸浮10分鐘。

 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

 

圖3 ¹²⁴I-RBD的Micro-PET成像。對(duì)正常小鼠尾靜脈注射后0.5、2、24、60 h的¹²⁴I-RBD進(jìn)行Micro-PET/CT成像。b不同時(shí)間點(diǎn)重要器官的SUV值。c ¹²⁴I-RBD在正常小鼠體內(nèi)的生物分布。

 

圖4 肺內(nèi)注射¹²⁴I-RBD的Micro-PET顯像。肺內(nèi)注射后1、4、24、48 h正常小鼠¹²⁴I-RBD的Micro-PET/CT成像結(jié)果。b正常小鼠肺內(nèi)注射后0.5、1、4、24、48 h [¹²⁴I]NaI的Micro-PET/CT成像結(jié)果。c不同時(shí)間點(diǎn)重要器官¹²⁴I-RBD的SUV值。d重要器官[124I]NaI在不同時(shí)間點(diǎn)的SUV值。

 

圖5 Micro-pet成像分析。a肺內(nèi)注射¹²⁴I-RBD和對(duì)照[¹²⁴I]NaI后4小時(shí)和24小時(shí)肺部攝取的切片圖像。①、②、③分別代表小鼠的甲狀腺、肺和胃。b ¹²⁴I-RBD在肺、胃、甲狀腺、腎、肝、肌肉等器官及對(duì)照[¹²⁴I]NaI不同時(shí)間點(diǎn)的SUV變化。c ¹²⁴I-RBD與對(duì)照[¹²⁴I]NaI不同時(shí)間點(diǎn)肺SUV /腎、甲狀腺比值。d SUV的124I-RBD和控制[¹²⁴I]NaI在重要器官的時(shí)間。小鼠注射¹²⁴I-RBD后1、4、24、48 h進(jìn)行小動(dòng)物PET/CT成像，[¹²⁴I]NaI使成像時(shí)間延長(zhǎng)0.5 h。免疫組化小鼠肺組織顯示肺中ACE2表達(dá)。

 

圖6腫瘤模型Micro-PET顯像。在注射后0.5(2.2/1.1)、1(2.2/1.1)、4(1.2/0.6)、24(0.36/0.18)和48 h(0.36/0.18)，對(duì)表達(dá)ACE2的HepG2荷瘤小鼠的¹²⁴I-RBD進(jìn)行Micro-PET/CT成像。b HepG2荷瘤小鼠注射后0.5(2.2/1.1)、2(2.2/1.1)、4(1.2/0.6)、24(0.36/0.18)和48 h(0.36/0.18)時(shí)的¹²⁴I-RBD Micro-PET/CT成像。c每次注射后Micro-PET成像SUVmean比較。兩組均取心、肝、肺、腎、胃、腸、肌肉和腫瘤(n= 3)。窗寬和水平按時(shí)間點(diǎn)不同，時(shí)間點(diǎn)后列于括號(hào)內(nèi)。

結(jié)論：

在此，研究者們首次成功構(gòu)建了¹²⁴I-RBD，作為新型的COVID-19分子靶向探針。通過(guò)放射標(biāo)記RBD探測(cè)ACE2的表達(dá)可用于無(wú)創(chuàng)的ACE2繪圖。結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)，提示碘同位素修飾RBD對(duì)人ACE2進(jìn)行靶向監(jiān)測(cè)是可行的，為放射治療提供了臨床前經(jīng)驗(yàn)。

使用設(shè)備：

 

 Super Nova^® Micro PET/CT（III 代外觀圖）