[11C]GW457427作为中性粒细胞弹性蛋白酶示踪剂的临床前评估
S. Estrada et al., Nuclear Medicine and Biology, 2022
炎症反应作为原发或继发现象，与大多数人类疾病相关。炎症的病理表现形式多样，包括慢性蛋白酶上调、促纤维化细胞因子、血管生成因子、生长因子及自身免疫反应等多种组织反应。在此过程中，免疫活性细胞（如白细胞）起着关键作用。
中性粒细胞是循环中最丰富的白细胞。作为先天性免疫系统的一部分，它们是免疫应答的第一道防线，并存在于多种炎症性疾病中，特别是炎症性肠病（主要为溃疡性结肠炎）以及囊性纤维化、支气管扩张和慢性阻塞性肺疾病等肺部疾病。虽然腹主动脉瘤不被视为典型的炎症性疾病，但炎性细胞参与血管壁弹性蛋白破坏的过程，是动脉瘤形成的主要驱动因素。
中性粒细胞也被证实参与急性呼吸窘迫综合征中极具破坏性的免疫炎症反应。此外，近期有假说认为相同机制可能引发新冠肺炎继发性肺部炎症。中性粒细胞活动的关键环节是通过嗜天青颗粒脱颗粒释放蛋白酶——中性粒细胞弹性蛋白酶，从而在局部形成高浓度弹性蛋白酶环境。该酶可结合于中性粒细胞外细胞膜，或以中性粒细胞胞外陷阱形式存在。
中性粒细胞弹性蛋白酶的核心功能是降解细胞外基质成分（如弹性蛋白），使粒细胞和巨噬细胞得以穿透组织抵达炎症部位。该酶还能将已形成的蛋白质剪切为具有药理活性的信号肽，通过调控细胞功能促进其他免疫细胞向炎症组织趋化。这种过度活跃的免疫反应可能加剧患者病情，导致感染预后恶化。体内环境中，抗蛋白酶α1-抗胰蛋白酶可平衡中性粒细胞弹性蛋白酶的蛋白水解活性。
针对肺部疾病的新药研发常以中性粒细胞弹性蛋白酶为靶点，旨在保护肺组织。西维来司他与AZD9668等药物已进入临床试验阶段，但疗效证据参差，尚未形成确定性结论，尽管部分研究报道了积极结果。这些研究均未采用正电子发射断层扫描等分子影像学技术探查药物与中性粒细胞弹性蛋白酶在体内的相互作用，故可推测临床疗效缺失的原因可能与疗程过短或剂量不足有关。
在腹主动脉瘤（AAA）中，弹性蛋白酶活性在疾病进展过程中促进弹性蛋白降解及动脉瘤形成。现有研究表明，抑制弹性蛋白酶可在相关动物模型中减缓动脉瘤生长，但当前尚无已确立或正在研发的、能够阻止患者动脉瘤扩张的医疗方案。虽然对腹主动脉瘤患者的功能影像学检查提示主动脉壁炎症参与其退化过程，但这些结论并非定论。嗜天青颗粒中弹性蛋白酶浓度较高（约5–10 mM），释放后可形成显著的局部蛋白酶富集，其浓度足以用高选择性、高特异性的PET放射性配体进行检测。为此，作者研发了[11C]GW457427（命名为[11C]NES）作为一种选择性、特异性的PET示踪剂，用于通过PET技术无创性研究人体内中性粒细胞弹性蛋白酶活性。该示踪剂已在体外实验中，通过对比腹主动脉瘤组织与健康主动脉组织进行了验证；并在体内实验中，通过对比脂多糖（LPS）诱导的肺部炎症动物模型与对照动物进行了验证。此外，作者还提供了[11C]GW457427经GMP验证的生产方法及相关毒理学数据。
图5显示，动态PET研究结果与离体数据高度吻合，同样表明经处理（LPS联合fMLP）的动物肺部摄取显著增高，而对照组和阻断组则无此现象。虽然无法直接比较PET检测与离体测量所得的肺部SUV值，但若假定肺组织密度为0.3克/毫升，则PET采集结束（第40分钟）时SUV值约为6。
如图7所示，动态PET成像还揭示了小鼠其他器官的摄取动力学特征。在对照组小鼠中，其器官摄取与清除规律与大鼠离体剂量测定研究结果相似：多数器官呈现快速洗脱动力学，肝脏和肾脏出现短暂蓄积，膝关节和肠道放射性增加。这表明存在肝胆消除途径，并在生成和储存中性粒细胞的红骨髓中观察到特异性摄取。
〉体内成像研究显示，除骨髓外，健康组织对示踪剂的摄取量极低，部分肠道因肝胆排泄作用可见分布。
〉在小鼠LPS肺部炎症模型中进行的小动物PET-CT-MR研究表明，肺部对示踪剂的摄取量较高，而联合注射GW457427可阻断此摄取现象。
〉通过使用两种结构不同的选择性弹性蛋白酶抑制剂（Sivelestat®与GW311616），研究在体外确认了示踪剂与弹性蛋白酶结合的特异性。因此，[11C]GW457427是一种极具前景的中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）PET生物标志物，目前正在首次人体研究中接受进一步评估。
