高密度脂蛋白及其仿生性载体在成像技术中的应用论文_周筱句 刘建平通讯作者

高密度脂蛋白及其仿生性载体在成像技术中的应用论文_周筱句 刘建平通讯作者

周筱句 刘建平通讯作者

(中国药科大学药学院;江苏南京 211198)

【摘要】动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)是引起众多心血管疾病的主要病理基础,巨噬细胞沉积及易损斑块的形成提高了这些疾病的发病风险。然而由于在AS发展的早期阶段,无明显临床症状。由于缺乏对AS发展的有效监测手段,增加了心血管疾病发病的不确定性,使得患者难以评估自身健康状况。本文从目前临床常用的造影成像技术出发,综述高密度脂蛋白(High density lipoprotein,HDL)及其仿生性载体在AS诊断与预防中的优势与前景,为临床成像技术的进一步发展与创新提供基础。

【关键词】动脉粥样硬化;诊断与预防;临床成像技术;高密度脂蛋白

[ 中图分类号 ]R2[ 文献标号 ]A[ 文章编号 ]2095-7165(2019)04-0175-02

1 前言

动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)是一种由内皮损伤、脂质代谢紊乱、异常的氧化应激等多种病因诱导的慢性炎症疾病,是众多心血管疾病如冠心病、心绞痛、缺血性脑中风等的主要病理基础,严重危害人类的健康[1]。AS的发病机制复杂,有报道巨噬泡沫细胞在AS的形成、发展与恶化过程中都起到了关键性的作用,因此巨噬泡沫细胞被认为是AS疾病诊断的重要靶点之一[2]。然而由于动脉管壁具有一定的保护作用,在AS早期病变过程中不会出现明显的临床症状,而早期易损斑块受到一些损伤作用后发生破裂,形成血栓,导致心肌梗死、中风等严重的临床事件[3]。由于心血管疾病发病的不确定性,会造成难以预料的后果,寻找一种高灵敏度和具有靶向性的监测手段,在防治AS方面是至关重要的。

影像学在检测疾病的病理进程中起着重要作用。多种影像技术如计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)、正电子发射计算机断层成像(Positron Emission Tomography,PET)等已经被用于诊断和监测AS的发展程度。目前,用于成像的普通造影剂在静注时对血管壁的刺激性过大[4],而许多纳米载体具有缓慢释放的特性以及靶向能力,因此,可以很好的预防造影剂外渗引发的不良反应。高密度脂蛋白(High density lipoprotein, HDL)由于其独特的理化性质及其与AS疾病发病的相关性,在监测AS的发展中最受关注。HDL是主要由磷脂、胆固醇组成、载脂蛋白AI(apolipoprotein AI,apo AI)、胆固醇酯和少量的甘油三酯构成,HDL在维持体内脂质平衡中起到了重要的作用,还具有抗炎、抗氧化等抗AS作用[5]。由于HDL表面存在的apo AI,与AS斑块部位的病变细胞上SR-BI受体具有高度亲和性,能够靶向递送造影剂至病灶部位。重组高密度脂蛋白(reconstituted HDL, rHDL)是一种具有与内源性HDL类似的理化性质与功能的外源性纳米载体,目前已用于AS成像[6,7]。综上所述,由于HDL和rHDL斑块靶向性、可以携载多种造影剂等优良特点,使得其在递送造影剂的同时还发挥了抗AS的作用,在临床防治AS等心脑血管疾病方面具有良好的前景。

2 成像技术

2.1 MRI

MRI是一种用于识别和表征易损AS斑块的成像技术,能够为医护工作者提供相关的结构信息,如AS斑块形态和管腔狭窄程度[8]。此外,使用该成像技术无需使用放射性示踪剂,具有较低的毒性,因此在诊断心血管病变中具有广阔的前景。在AS的诊断中,通常采用钆(gadolinium,Gd)螯合物及超顺磁性物质如氧化铁作为MRI成像的造影剂,提高MRI的灵敏度。但是常用的造影剂Gd在代谢时,很可能会加重肾脏的负担并对身体产生毒性,通过靶向给药可以降低静注入体内的Gd剂量,减少其不良反应。由于富集了巨噬细胞的AS斑块极易破损,可能会导致心血管疾病发作,对易损的AS斑块精准诊断显得尤为重要。基于上述问题,将具有斑块巨噬细胞靶向性的HDL或rHDL与MRI造影剂二者结合用于成像将为AS的临床诊断提供新方向。Alexander B. Sigalov等人利用键合了Gd的合成磷脂体外进行制备的Gd-rHDL,具有良好的巨噬细胞靶向能力,显著提高了造影剂在AS小鼠体内的易损斑块部位信号强度[9]。将MRI造影剂与HDL或rHDL结合使用,提高了MRI的诊断准确性,这一方法为临床AS诊断、预后及治疗效果的评价提供了新思路。

2.2 CT

CT是一种非侵入式的成像技术,具有相对优良的时间和空间分辨率,与造影剂配合完成诊断,多用于监测动脉粥样斑块的位置、大小及形态[8]。目前最新的光谱CT可以区分多种复合材料,因此可以同时对不同的斑块组分进行成像。David P. Cormode等人为了研究AS斑块的巨噬泡沫细胞沉积、钙化情况及病理狭窄程度,利用高密度脂蛋白核心包载金即Au-HDL作为造影剂,并结合光谱CT成像技术进行表征[10]。对AS小鼠先后进行尾静脉注射Au-HDL及碘化造影剂,处死后采用光谱CT观察造影剂在病灶部位及其他组织中的分布情况。结果显示,光谱CT可以较好地将Au-HDL和碘化造影剂发出的信号进行区分,Au-HDL特异性地蓄积在小鼠主动脉斑块部位富含巨噬细胞的位置,可用于反映斑块部位的巨噬细胞含量及巨噬细胞的沉积情况。光谱CT能够在同一次扫描过程中提供斑块部位病理狭窄、钙化及炎症等多种病理参数,可以比较全面地诊断AS疾病的发展程度。

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2.3 PET

PET是一种用于分子层面、对特定的器官或者整个身体系统进行成像的强大技术。由于它具有较高的灵敏度,只须少量的正电子放射性示踪剂即可进行成像,对血管壁炎症进行定量评估。rHDL具有良好的斑块巨噬细胞靶向性,金属正电核素89Zr 具有较长的半衰期(78.4 h),与rHDL的体内长循环性相适应,在一次注射后能够在一段时间内维持示踪作用。Carlos Pérez-Medina等人[6]基于天然HDL的性质制备了89Zr-rHDL,通过对AS小鼠、家兔、猪进行注射成像,证明了示踪剂89Zr被标记在rHDL上后,89Zr-rHDL仍表现出与天然HDL类似的性质,携有放射性示踪剂的HDL迁移至主动脉粥样硬化区域,并且优先靶向巨噬细胞[11]。因此,利用89Zr-HDL提高PET造影成像的靶向性、准确性,在临床诊断AS的发展中具有良好的前景。

3 结论与展望由内皮损伤、脂质代谢紊乱、异常的氧化应激等多种病因诱发的AS,在早期发展阶段往往没有明显的临床症状,然而在此过程中形成的易损斑块极易引起严重的心血管疾病,因此在疾病早期进行诊断及预防,对于防治各种心血管疾病极为重要。为进一步改善当前临床的监测手段,提高监测的准确性与效率,许多研究者将具有减缓AS进程的HDL及其仿生性载体与当前临床监测手段相结合,用于AS诊断,不仅实现了病灶部位的靶向成像功能、提高患者的顺应性,还为临床上AS诊疗一体化提供了新思路。

参考文献:

[1] Libby P, Ridker P M, Hansson G K. Progress and challenges in translating the biology of atherosclerosis[J]. Nature, 2011, 473(7347): 317-25.

[2] Cormode D P, Skajaa T, Schooneveld M M V, et al. Nanocrystal Core High-Density Lipoproteins: A Multimodality Contrast Agent Platform[J]. Nano Letters, 2008, 8(11): 3715.

[3] Moore K J, Tabas I. Macrophages in the pathogenesis of atherosclerosis[J]. Cell, 2011, 145(3): 341-55.

[4] 陆美庆, 龚素茹, 刘彩媚, et al. 碘造影剂静脉注射渗漏损伤后用不同方法处理的效果观察[J]. 护理研究, 2003, (22): 1352.

[5] Ikenaga M, Higaki Y, Saku K, et al. High-Density Lipoprotein Mimetics: a Therapeutic Tool for Atherosclerotic Diseases[J]. Journal of Atherosclerosis & Thrombosis, 2016, 23(4): 385-394.

[6] Perez-Medina C, Binderup T, Lobatto M E, et al. In Vivo PET Imaging of HDL in Multiple Atherosclerosis Models[J]. JACC Cardiovasc Imaging, 2016, 9(8): 950-61.

[7] Simonsen J B. Evaluation of reconstituted high-density lipoprotein (rHDL) as a drug delivery platform - a detailed survey of rHDL particles ranging from biophysical properties to clinical implications[J]. Nanomedicine, 2016, 12(7): 2161-2179.

[8] Macritchie N, Grassia G, Noonan J, et al. Molecular imaging of atherosclerosis: spotlight on Raman spectroscopy and surface-enhanced Raman scattering[J]. Heart, 2018, 104(6): 460-467.

[9] Shen Z T, Zheng S, Gounis M J, et al. Diagnostic Magnetic Resonance Imaging of Atherosclerosis in Apolipoprotein E Knockout Mouse Model Using Macrophage-Targeted Gadolinium-Containing Synthetic Lipopeptide Nanoparticles[J]. PLoS One, 2015, 10(11): e0143453.

[10] Cormode D P, Ewald R, Axel T, et al. Atherosclerotic plaque composition: analysis with multicolor CT and targeted gold nanoparticles[J]. Radiology, 2010, 256(3): 774-782.

[11] Leeper N J, Park S M, Smith B R. High-Density Lipoprotein Nanoparticle Imaging in Atherosclerotic Vascular Disease[J]. JACC Basic Transl Sci, 2017, 2(1): 98-100.

论文作者:周筱句 刘建平通讯作者

论文发表刊物:《医师在线》2019年2月4期

论文发表时间:2019/4/11

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