[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，参与大多数人类疾病的发展过程。炎症的病理表现涵盖组织反应的诸多方面，包括蛋白酶、致纤维化细胞因子、促血管生成因子、生长因子的长期上调以及自身免疫反应。在此过程中，免疫活性细胞（如白细胞）发挥着关键作用。
中性粒细胞是循环系统中数量最丰富的白细胞。作为先天免疫系统的组成部分，它们是免疫应答的第一道防线，并广泛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）以及肺部疾病如囊性纤维化、支气管扩张和慢性阻塞性肺疾病。虽然腹主动脉瘤不被视为典型的炎症性疾病，但炎症细胞参与血管壁弹性蛋白破坏的过程，却是动脉瘤形成的主要驱动因素。
中性粒细胞已知参与急性呼吸窘迫综合征（ARDS）中严重的免疫炎症反应，且近期有研究推测，相同机制可能也导致了继发性COVID-19肺部炎症的发生。中性粒细胞活化的关键事件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（NE），使其在局部形成高浓度状态，或结合于中性粒细胞外膜，或形成中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）。
NE的核心功能是降解细胞外基质成分（如弹性蛋白），从而使粒细胞和巨噬细胞能够穿越组织到达炎症部位。NE还能将预先合成的蛋白质切割成具有药理活性的信号肽，这些信号肽作为细胞功能调节剂，可促进其他免疫细胞向炎症组织的趋化迁移。这种过度活跃的免疫反应可能加剧患者病情，恶化感染结局。在体内，NE的蛋白水解活性会受到抗蛋白酶α1-抗胰蛋白酶的动态平衡调节。
中性粒细胞弹性蛋白酶已成为肺部疾病药物研发的重要靶点，相关疗法旨在保护肺组织。西维来司他（Sivelestat®）和AZD9668等药物已进入临床试验阶段，但疗效结果不一，尚未获得确凿的有效性证据，尽管部分研究报道了积极结果。在这些研究中，均未采用正电子发射断层扫描（PET）等分子影像学技术来探究药物与NE在体内的相互作用。有推测认为，临床疗效的缺失可能是由于治疗周期过短或给药剂量不足所致。
在腹主动脉瘤（AAA）的疾病进展过程中，弹性蛋白酶活性参与弹性蛋白降解及动脉瘤形成。已有研究表明，在相关动物模型中抑制弹性蛋白酶可减缓动脉瘤生长，但目前尚无已确立或正在研发的医疗手段能够阻止患者动脉瘤的扩张。虽然AAA患者的功能成像提示主动脉壁炎症参与其降解过程，但这些结论尚未明确。嗜天青颗粒中弹性蛋白酶浓度较高（约5–10 mM），释放后可在局部形成显著的蛋白酶浓度，足以通过选择性、特异性的PET放射性配体进行检测。为此，作者开发了[11C]GW457427（命名为[11C]NES）作为选择性、特异性的PET示踪剂，用于通过正电子发射断层扫描（PET）研究人体内中性粒细胞弹性蛋白酶的活性。该示踪剂在体外实验中以人腹主动脉瘤组织与健康主动脉组织进行对比验证，在体内实验中则通过脂多糖（LPS）诱导的肺部炎症动物模型与对照组动物进行对比验证。作者还提供了符合GMP标准的生产方法验证结果及[11C]GW457427的毒理学数据。
nanoScan PET/MRI 3T 与 nanoScan SPECT/CT 的检测结果
在成像研究中，将溶于生理盐水的[11C]GW457427（2-5 MBq）通过静脉推注方式注射至三组BALB/c小鼠：（i）诱导炎症模型组（n=8，基线组）；（ii）诱导炎症模型组（使用LPS和甲酰基-甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸-fMLP诱导，n=6），该组同时注射过量未标记GW457427（1 mg/kg，阻断组）；（iii）未处理的BALB/c小鼠（n=6，对照组）。每组取2只动物（共6只）进行活体动态PET成像，随后进行CT扫描。小鼠置于PET/MRI 3T扫描仪的恒温床上，在注射[11C]GW457427前即刻启动动态PET采集。PET扫描持续40分钟，视野范围覆盖胸腔区域。PET采集结束后，将扫描床移至Mediso SPECT/CT设备进行8分钟全身CT扫描。Mediso系统的PET图像采用Tera-TomoTM 3D算法（4次迭代、6个子集）进行重建。PET-CT图像在PMOD 4.0中进行融合与分析。
图5显示，动态PET研究结果与离体数据表现出良好一致性，同样表明经处理（LPS + fMLP）动物的肺部具有高摄取值，而对照组和阻断组的摄取值则被消除。虽然无法直接比较PET测定的肺SUV值与离体测量结果，但若假设肺组织密度为0.3克/毫升，则PET扫描结束（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对示踪剂的摄取动力学。对照小鼠的摄取情况与大鼠离体剂量学研究中观察到的器官摄取和清除模式相似：多数器官呈现快速清除动力学，肝脏和肾脏出现暂时性聚集，膝关节和肠道放射性增加。这表明存在肝胆清除途径，同时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，示踪剂在健康组织中的摄取量极低，部分因肝-胆排泄作用分布于肠道。
〉如前所述，在小鼠脂多糖诱导的肺部炎症模型中进行的动物PET-CT-MR研究表明，肺部对示踪剂摄取较高，而该摄取可通过共注射GW457427被阻断。
〉通过使用两种结构不同的选择性弹性蛋白酶抑制剂（西维来司他与GW311616），体外实验证实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PET生物标志物，目前正在首次人体实验中开展研究。
