阿尔茨海默病小鼠模型中脑穿透性双特异性淀粉样β蛋白抗体的分布和滞留的SPECT成像
Tobias Gustavsson et al., Translational Neurodegeneration, 2020
总结
目前，全球约有4500万人受到阿尔茨海默病（AD）的影响。迄今为止，还没有任何治疗方法可以阻止AD的神经退行性过程。单克隆抗体（mAbs）等生物制药药物具有高亲和力和靶向特异性的优点，能够启动多种不同的下游效应器功能，促进治疗效果。
过度磷酸化tau的细胞内神经纤维缠结和由聚集的淀粉样蛋白-β（Aβ）组成的细胞外斑块是AD的病理标志。尽管大的不溶性Aβ纤维是斑块的主要成分，但较小的可溶性寡聚体和原纤维Aβ物种被认为与疾病进展和突触功能受损有关，因此可能提供更好的治疗靶点。BAN2401是一种构象依赖性aβ单克隆抗体，选择性结合可溶性aβ寡聚体和原纤维，在856名前驱和轻度AD患者的大型2b期研究中，它以剂量依赖的方式减少了aβ负荷并减缓了认知能力下降。
然而，大分子亲水性分子进入大脑受到血脑屏障（BBB）和血脑脊液屏障（BCSFB）的严重限制。已经开发出显示双靶亲和力的双特异性抗体，例如靶向内源性BBB转运机制和脑实质靶点，如aβ，以增加脑摄取。一种这样的血脑屏障运输系统是转铁蛋白受体（TfR），它将铁结合蛋白转铁蛋白运输穿过血脑屏障的内皮。TfR也可用于通过血脑屏障输送生物药物。
作者之前开发了一种双特异性单克隆抗体RmAb158-scFv8D3，该抗体基于RmAb158（BAN2401的重组小鼠版本），与小鼠TfR单克隆抗体8D3的单链可变片段（scFv）融合。RmAb158-scFv8D3可以快速穿过血脑屏障，并显示出比未修饰的RmAb158更快的血液清除率。目前尚不清楚RmAb158-scFv8D3的快速血液清除如何从长远角度影响这种双特异性抗体的治疗效果。
在这项研究中，作者开始使用单光子发射计算机断层扫描（SPECT）在tg-ArcSwe AD小鼠模型的四周内纵向评估RmAb158-scFv8D3和RmAb158的脑保留和分布。
接受SPECT扫描的小鼠在整个研究期间饮用补充了0.2% NaI的水，以减少甲状腺对游离125I的摄取。小鼠通过静脉注射（i.v.）注射10.39±1.91MBq的[125I]RmAb158-scFv8D3（给药时的摩尔活性：129±32MBq/nmol；剂量：0.65±0.14mg/kg）（n=9）或8.67±0.84MBq的[125I]RmAb158（给药时的摩尔活性：117±62MBq/nmol；剂量：0.25±0.07mg/kg）（n=5）。注射后第3、6、14和27天进行SPECT扫描。每只小鼠最多接受三次SPECT扫描。扫描前，小鼠用3%七氟烷麻醉，然后放置在小动物nanoScan SPECT/CT的预热扫描床上。CT扫描采用以下设置：50千伏峰值X射线，600μA，480次投影；CT图像采用滤波反投影重建。以2分钟的采集帧收集125Iγ射线。
使用Nucline软件和Tera-Tomotm 3D SPECT重建算法，结合散射和衰减校正，对SPECT采集数据进行重建。通过48次迭代将SPECT图像重建为静态图像。对重建数据进行衰变校正，并根据注射剂量进行调整。
图2:展示了SPECT/CT采集的主要结果：[125I]RmAb158-scFv8D3在已知Aβ病理区域表现出高脑摄取和均匀分布模式。SPECT图像显示，在为期27天的整个研究期间，[125I]RmAb158-scFv8D3在脑中的浓度高于[125I]RmAb158。此外，在研究期间，[125I]RmAb158-scFv8D3在脑内的分布空间相对稳定，所有脑区域的信号随时间缓慢下降。这些观察结果通过离体放射自显影术得到了进一步证实，该技术显示了均匀的分布模式和随时间减少的抗体滞留（a）。
相比之下，[125I]RmAb158的分布模式（b）则截然不同。注射后3天，单光子发射计算机断层扫描（SPECT）显示，在富含Aβ的大脑区域未检测到[125I]RmAb158信号，因为测得的信号大多为血液来源的背景活动。注射后6天，在三只扫描小鼠中的两只中，可见[125I]RmAb158在中枢大脑区域滞留。注射后14天和27天，SPECT扫描显示，在冠状和矢状视图中，疑似脑室区域[125I]RmAb158滞留量进一步增加（b）。与[125I]RmAb158-scFv8D3不同，体外放射自显影显示，抗体在皮层和中枢大脑中滞留的热点（b）。皮层中的抗体逐渐减少，而中枢大脑区域则显示出更持久的抗体信号。
注射后3天，[125I]RmAb158-scFv8D3在野生型（WT）小鼠体内未显示出脑部滞留（c），而[125I]RmAb158在脑部中央显示出微弱信号（d）。
〉从成像角度来看，本研究证明，用长寿命同位素125I标记的未修饰抗体和双特异性抗体在大脑中的滞留情况可以通过单光子发射计算机断层扫描（SPECT）进行体内探索。传统的脑成像配体通常是小型分子化合物，用相对短寿命的碳-11（11C）或氟-18（18F）进行放射性标记，具有纳摩尔级的亲和力。这些放射性配体的生物和放射性半衰期在几分钟到几小时之间，而本研究中使用的125I标记抗体的生物和放射性半衰期在几天到几周之间，这意味着这种成像技术有利于对抗体在大脑中的摄取和滞留情况进行长期研究。借助长寿命放射性核素结合SPECT扫描，可以在一个月内追踪两种抗体在大脑分布的完整动态。
〉此外，尽管发现RmAb158与Aβ在相对较高浓度下共定位，但其分布并不能代表脑内Aβ病理的整体分布。因此，要利用抗体作为脑实质内靶点的成像剂，一个能将抗体主动运输到脑内的系统至关重要。
