小動物PET/CT在棕色脂肪方面的應用

一、研究背景

 

在嚙齒動物中，BAT（Brown Adipose Tissue，棕色脂肪）是一個新陳代謝組織。不同于白色脂肪，棕色脂肪因含有豐富的血管和大量的線粒體，而呈現(xiàn)棕紅色的外觀，可以在寒冷或饑餓環(huán)境下分解線粒體、為生物體提供能量。長久以來，棕色脂肪被認為只存在于小型哺乳動物和嬰幼兒中，而近期的研究發(fā)現(xiàn)，棕色脂肪同樣存在于成人體內(nèi)，并在能量平衡調節(jié)方面發(fā)揮重要的功能。由此，棕色脂肪在能量代謝相關疾病如肥胖、Ⅱ型糖尿病以及代謝紊亂等治療領域顯示出巨大的應用潛能，關于棕色脂肪的功能和應用也迅速成為一個新的研究熱點^[1]。

如何測量棕色脂肪一直是困擾科研人員的一個問題，早期的研究可能需要把實驗動物處理，剝離脂肪進行測量，但這種方法并不精確，且無法對棕色脂肪的變化情況進行追蹤；研究發(fā)現(xiàn)，棕色脂肪對葡萄糖有高攝取，使得¹⁸F-FDG（¹⁸F標記的葡萄糖類似物）可反映棕色脂肪的能量代謝情況^[2][3]，因而小動物PET/CT可以有效評價棕色脂肪的活動，提供棕色脂肪在機體中活動的直觀數(shù)據(jù)，是研究小動物棕色脂肪的一種有效方法和重要工具。

 

二、研究內(nèi)容

 

提醒事項：因在肥胖研究中，白色脂肪棕色化、棕色脂肪激活具有重要意義，因而動物實驗中常會用到肥胖體型的實驗動物，所以對PET設備的動物艙尺寸以及有效視野有較高的要求。

 

小知識點：被掃描動物的橫向直徑（動物體寬）＜動物艙內(nèi)徑＜PET橫向有效視野，滿足此條件才能重建成像。

本實驗使用的設備為平生公司的小動物PET/CT（型號：Super Nova®），該設備的大號動物艙內(nèi)徑為89mm，橫向有效視野為100mm，該尺寸滿足實驗用肥胖大鼠、鼠兔、豚鼠的體寬。

 

 

自然狀態(tài)平趴時，體長約16cm，體重為150g

研究者將高原鼠兔作為研究對象，利用Super Nova PET/CT系統(tǒng)（平生醫(yī)療），觀察高原鼠兔在低溫環(huán)境下，其體內(nèi)的肩胛骨處棕色脂肪激活狀態(tài)。高原鼠兔是一種生活于海拔3200~5200米土坡上的嚙齒動物，體態(tài)渾圓，是青藏高原的特有物種。有研究表明，高海拔地區(qū)的鼠兔較低海拔鼠兔皮下脂肪會表現(xiàn)出脂肪代謝能力的適應性改變：棕色脂肪的含量增加，以及棕色脂肪的產(chǎn)熱能力的增加。

研究者將實驗組高原鼠兔始終置于低溫環(huán)境中，再與常溫環(huán)境下的對照組高原鼠兔一起，注射¹⁸F-FDG后進行PET/CT掃描，結果顯示對照組的肩胛骨處棕色脂肪無明顯攝取，而實驗組的肩胛骨處棕色脂肪有明顯攝取。

 

實驗注明：因棕色脂肪在肩胛骨分布較多，本實驗主要探究高原鼠兔實驗組和對照組在肩胛骨處棕色脂肪激活狀態(tài)。Super Nova® PET/CT系統(tǒng)擁有130mm單床位軸向掃描視野范圍，可在一個床位下完成鼠兔軀體掃描，能夠及時有效獲取脂肪代謝動態(tài)圖像信息。

 

實驗展示：

 

CT

PET

PET/CT

                                         圖例一、對照組（肩胛骨處棕色脂肪無明顯攝�。�

CT

PET

PET/CT

                                      圖例二、實驗組（肩胛骨處棕色脂肪有明顯攝�。�

 

軟件功能展示：

 

圖例三、肩胛骨處棕色脂肪的手繪2D-ROI 

 

圖例四、閾值分割提取肩胛骨處棕色脂肪3D-ROI

 

三、結論

 

該實驗表明，在寒冷刺激下，高原鼠兔肩胛區(qū)棕色脂肪激活顯著增加，可以利用小動物PET/CT系統(tǒng)進行活體持續(xù)性的研究。

鳴謝：青海大學在使用平生公司的小動物PET/CT設備后提供的實驗數(shù)據(jù)和圖片分享。

 

文中注釋：

1. Cypess, A.M. & Kahn, C.R. The role and importance of brown adipose tissue in energy homeostasis. Curr. Opin. Pediatr. 22, 478-84 (2010).
2. Baba S, Tatsumi M, Ishimori T, et al. Effect of nicotine and ephedrine on the accumulation of 18F-FDG in brown adipose tissue[J]. Journal of Nuclear Medicine, 2007, 48(6): 981-986.
3. Borga M, Virtanen KA, Romu T, et al. Brown adipose tissue in humans: detection and functional analysis using PET (positron emission tomography), MRI (magnetic resonance imaging), and DECT (dual energy computed tomography) [J]. Methods Enzymol, 2014, 537: 141-159.

 

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