關于DAT成像技術和dat應用

1、關于DAT成像技術和dat應用         09-07-01 15:04:00     作者：未知    編輯：studa090629多巴胺轉(zhuǎn)運體（dopamine transporter,DAT）成像屬于腦功能成像，其最初的開發(fā)是基于帕金森病（Parkinson disease,PD）的診斷。然而隨著核醫(yī)學的不斷發(fā)展，DAT成像正顯示出越來越顯著的應用價值。    1  DAT的結(jié)構(gòu)及功能&

2、#160;   DAT是位于中樞多巴胺（DA）能神經(jīng)元突觸前膜上的膜蛋白，由約620個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量約80 kD。DAT的結(jié)構(gòu)以12個-螺旋跨膜區(qū)為特征，每個跨膜區(qū)由2024個氨基酸殘基組成。DAT的羧基末端和氨基末端都位于胞內(nèi)。DAT的氨基序列與去甲腎上腺素(NA)、5-羥色胺(5-HT)、-氨基丁酸（GABA）轉(zhuǎn)運體有40%60%的同源性,根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和離子依賴性,已確定DAT與NA、5-HT和GABA的轉(zhuǎn)運體同屬于Na+ 、Cl-依賴性膜轉(zhuǎn)運體家族1 。    在DAT的12個疏水跨膜區(qū)跨膜結(jié)構(gòu)域(transmenbrane d

3、omain，TMD)中,TMD-1上的天冬氨酸(Asp)是決定其與DA的親和力大小的結(jié)合位點,它與DA上的-NH+3成離子鍵結(jié)合。這一位點也是DAT與某些化合物,如毒品、成癮藥物、顯像劑等相互作用的部位。TMD-7上的一些絲氨酸殘基與DA的兒茶酚基團相互作用,改變這些基團可明顯減少DAT與DA的結(jié)合。在胞膜內(nèi)側(cè)的DAT氨基酸序列中，含有蛋白激酶C、cAMP依賴性蛋白激酶和鈣調(diào)素依賴性激酶的磷酸化位點，這些位點的磷酸化和脫磷酸化可以控制胞膜內(nèi)攝作用和復原的周期，以此調(diào)節(jié)對DA的攝取2 。    DAT的功能主要是通過將DA再攝取入突觸前DA能神經(jīng)元的方式調(diào)節(jié)突觸間隙

4、DA的濃度，它在DA釋放的時間和空間的緩沖上起了重要的作用，是多巴胺再攝取的主要途徑之一。DAT直接影響突觸間隙DA濃度的增高或降低,對于調(diào)節(jié)與DA系統(tǒng)有關的運動、學習記憶、情緒和內(nèi)分泌功能具有重要意義。    已有研究人員通過cRNA和抗體探針對DAT進行了解剖學和細胞學方面的定位，所有結(jié)果都一致表明DAT僅僅出現(xiàn)在合成DA的神經(jīng)元中3。因此，DAT可作為檢測DA能神經(jīng)元的特異性標記?，F(xiàn)已檢測到從18歲左右開始，人類紋狀體中的DAT以每十年6%7%的速率減少4。    2  DAT成像的原理及示蹤劑  

5、  DAT成像屬于腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運體成像,主要原理是將放射性核素，如18F、11C等標記在DAT的特異性配體上,這些配體在體內(nèi)與DAT高親和力地特異結(jié)合后,通過體外顯像技術，即正電子發(fā)射斷層掃描術(positron emission tomography,PET)或單光子發(fā)射計算機斷層掃描術(single photon emission computed tomography，SPECT)，就可以清晰地顯示DAT的分布狀態(tài)、密度、數(shù)量變化及功能狀況，由此來判斷黑質(zhì)紋狀體DA能神經(jīng)元的變性程度。這對臨床神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床診斷、病因探討、有關藥物藥理學方面的研究等具有重要價值。 

6、;   目前,人們已研制出了多種DAT示蹤劑，它們主要是DAT的配體，如11C(18F)-CFT、11C-nomifensine、11C-FE-CIT、123I-PE2I和99mTc-TRODAT-1等。這些顯像劑對DAT有很高的親和力,在腦內(nèi)非特異性攝取率低,腦清除率相對慢,能夠直接、靈敏地反映DAT的變化信息。目前最常用于DAT-PET成像的有11C-FE-CIT和11C-PE2I，二者均能使成像具有較高的分辨率, 而且11C-PE2I還可以顯示癥狀發(fā)生前黑質(zhì)的損傷5。有學者對幾種不同的DAT-PET顯像劑作了一系列橫向比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)11C-PE2I的PET成像結(jié)果與體

7、外檢測DA神經(jīng)元損傷結(jié)果的相關性最好。Emond等6又通過大量不同的動物實驗證明PE2I在檢測DAT密度的降低方面有著較高的效能，因此，11C-PE2I在PD的早期診斷和療效評估方面有著巨大的潛力。    隨著對DAT成像質(zhì)量要求的不斷提高和DAT成像應用范圍的不斷擴展，新的示蹤劑正在不斷地被開發(fā)，Chitneni等7研究發(fā)現(xiàn)FECT和DAT有高度的親和力，并且18F-FECT（2-(18)FFluoroethyl (lR-2-exo-3-exe)-8-methyl-3-(4-chlorophenyl)-8-azabicyclo3.2.1-octane-2-car

8、boxylate）在體內(nèi)較穩(wěn)定，在給藥后3 h其代謝產(chǎn)物在血漿和大腦內(nèi)的濃度均可忽略，因此18F-FECT極有可能用于經(jīng)PET的DAT在體定量測定。Wuest等8經(jīng)過研究指出18F -MCL-3222beta-carbo-2'-fluoroethoxy-3beta-(4-bromo-phenyl)tropane (MCL-322)只需一步簡單的反應即可合成，它的放射性藥理學數(shù)據(jù)表明其極可能成為未來用于臨床人腦DAT成像的示蹤劑。Saba等9通過對11C-LBT-999(E)-N-(4-fluorobut-2-enyl)-2beta-carbomethoxy-3beta-(4-tolyl

9、)nortropane和11C-PE2I的比較研究發(fā)現(xiàn)11C-LBT-999是在體定量測定DAT，特別是紋狀體外，如中腦的DAT的放射性示蹤劑中的優(yōu)秀候選者。     09-07-01 15:04:00     作者：未知    編輯：studa090629    3  DAT成像定量分析技術    DAT-PET成像后的分析方法到目前為止有如下幾種：    第一種是傳統(tǒng)的感興

10、趣區(qū)(region of interest，ROI)分析法，是通過勾劃ROI，然后計算其放射性計數(shù)并與參照區(qū)比較后得出結(jié)果。ROI半定量評估技術已被廣泛用于評估紋狀體及其亞區(qū)（尾狀核頭和殼核）部位的特異性DAT結(jié)合情況。實踐中通常選擇橫向或斜向的平面，如沿著眶聽線的橫向的切面或在所有圖像中選擇出的相當于兩側(cè)紋狀體最高攝取部位的兩個層面作為ROI10。對數(shù)據(jù)的分析必須考慮到相應的解剖學信息，特別是基底節(jié)區(qū)內(nèi)有結(jié)構(gòu)損傷的區(qū)域以及被選作ROI的相關結(jié)構(gòu)區(qū)域，解剖學信息可以通過CT和MRI得到。已有解剖學的研究證實了枕葉皮質(zhì)和小腦中DAT的密度極低11，這些DAT密度降低或者缺如的區(qū)域被選定作為DAT

11、活性的最低閾值，用于評估非特異性結(jié)合。定量化分析是通過和模板的配準，或是使用模板或MRI重疊技術進行解剖學的校正，或者是在像素的基礎上精確地對應于三維的ROI而進行的。正是這些自動化的過程使定量化分析具有高度的獨立性、準確性和可重復性12。如果有可能，ROI的定位應該建立在個體形態(tài)學的基礎上，例如利用PET/SPECT與MRI的圖像融合技術而實現(xiàn)，這在嚴重的DAT缺失或阻滯時檢測減弱的DAT特異性結(jié)合是相當重要的。ROI分析法直觀、簡便，但主觀性強、重復性較差，易漏掉圖像間小區(qū)域像素差別。    第二種是新近出現(xiàn)的統(tǒng)計參數(shù)圖（statistical paramet

12、ric mapping,SPM）分析法，其可彌補ROI分析法的很多缺陷，SPM分析法的優(yōu)勢在于：以整個三維圖像中的所有像素作為分析對象，獲取每個像素所包含的信息并對其數(shù)值進行統(tǒng)計學分析，將統(tǒng)計學上有意義的像素提取出來得到統(tǒng)計推斷圖；可精確配準某個像素對應的解剖學位置，并根據(jù)Talairach圖譜自動確定統(tǒng)計有意義點的坐標和功能腦區(qū)，故具有更客觀、易重復的優(yōu)勢；可以對PET圖像進行像素值大小的標準化處理，避免了受試者間像素總體差異(如放射性藥物劑量不同等)掩蓋局部像素間差異；可與SPM內(nèi)部的MRI模板進行圖像融合，將顯著差異的區(qū)域融合到標準MRI空間模擬圖中。以圖形的方式精確地顯示顯著性區(qū)域，并

13、獲得這些區(qū)域的統(tǒng)計參數(shù)。其整個分析過程可以通過專業(yè)的軟件自動完成，結(jié)果較ROI法有更強的客觀性和可重復性。因此，基于SPM分析的PET等功能顯像已成為研究PD等變性性疾病的前沿方法。    在進行定量分析時，應當考慮到可能造成誤差的技術問題，例如頭部的移動、衰減假象等。解釋數(shù)據(jù)之前，應該考慮到藥物間的相互作用對結(jié)果的影響。研究對象的DAT結(jié)合能力需要和同年齡的正常人對照得出。在有同年齡的正常對照時，DAT成像分辨PD患者和健康人的敏感度和特異度較無同年齡對照時都要高13。另外，使用相同型號的照相機和相同的圖像評估技術也是至關重要的。如果年齡配對的數(shù)據(jù)比較可行，統(tǒng)計

14、學處理需要基于正態(tài)分布，目的是判定獨立觀測得到的非正常的DAT結(jié)合能力。最后，對重要數(shù)據(jù)庫設立對照組是非常重要的,這樣便于比較不同的成像方法。    4  DAT成像的應用領域    4.1  疾病的診斷  由于DAT可為測定突觸前DA能系統(tǒng)的完整性提供良好的位點，且DAT的變化比突觸后膜D2受體變化更早、更敏感，因此，將DAT放射性核素顯像應用于臨床,可用于發(fā)生DA神經(jīng)元缺失的一類疾病的診斷。臨床上主要應用于PD的診斷。    Tissingh等14用123I-CIT作為示

15、蹤劑對16例早期偏側(cè)PD患者和10位健康者進行DAT顯像研究,結(jié)果顯示:PD患者雙側(cè)紋狀體(包括殼核和尾狀核)123I-CIT攝取水平均較對照組下降,而且雙側(cè)攝取變化呈不對稱性；其中,患肢對側(cè)和同側(cè)殼核攝取水平分別下降70%和60%,而尾狀核受累程度相對較輕。動物實驗表明,在1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine，MPTP）處理的猴模型尚未出現(xiàn)PD癥狀時,采用123I-PE2I（DAT的特異性配體之一）作為示蹤劑行DAT-PET成像即可發(fā)現(xiàn)模型組紋狀體/枕葉攝取比顯著降低5。Nagai等15通過對非

16、人類靈長類動物的研究，發(fā)現(xiàn)在出現(xiàn)可以觀察到的震顫時，紋狀體DAT活性已下降至原有水平的15%，多巴胺攝取量下降至原有水平的34%，而D2受體在實驗期間未發(fā)生明顯的變化，說明在體的DAT-PET成像可能成為早期診斷癥狀前PD及篩選PD高危人群的手段，并且通過監(jiān)測自發(fā)性運動以定量地定義PD的行為征兆的閾值是有可能實現(xiàn)的。以上研究結(jié)果提示, DAT成像有助于PD的早期或臨床前診斷。     09-07-01 15:04:00     作者：未知    編輯：studa090629&

17、#160;   另外, DAT顯像尚可用于監(jiān)測PD 患者的病情變化。Winogrodzka 等16對50 例早期PD患者進行2次123I-CIT/SPECT掃描(掃描間期為1年)，他們發(fā)現(xiàn),與初次掃描結(jié)果比較，PD患者在第2次DAT成像中紋狀體/枕葉攝取比下降了8%(以殼核攝取下降為主),提示DAT成像與PD患者的病程以及病情的嚴重程度密切相關。在一個對113名PD患者的評估實驗中，DAT密度的降低與PD的癥狀評分呈現(xiàn)出良好的相關性，信號降低的范圍從Hoehn&Yahr分級(H&Y)-級患者的35%到H&Y-級患者的75%17。Wang等18對不同H

18、&Y分級的PD患者行DAT-PET成像，受試者共53人，其中早期PD患者23人(H&Y -)，中晚期PD患者18人(H&Y -)，正常對照組12人。結(jié)果顯示，和正常對照組相比，紋狀體各亞區(qū)DAT與示蹤劑的結(jié)合率分別由早期的70.9%(尾狀核)、 46.8% (殼核前半)和24.0% (殼核后半)下降至中晚期的52.0%、34.5%和16.5%，UPDRS運動總評分與PD患者尾狀核、殼核前半、殼核后半的示蹤劑結(jié)合率均呈明顯的負相關。    此外，DAT-PET成像可以為PD提供新的更簡便的篩查方法。Bohnen等19對27名PD患者和27名健

19、康對照者進行了40種氣味的鑒別試驗（UPSIT），并對其行DAT-PET成像。結(jié)果顯示PD患者的UPSIT得分要明顯低于健康對照組(t=4.7,P<0.0001)。對個體嗅覺得分的分析指出其中以3種氣味來診斷PD的精確度>75%。再以這3種氣味計算出PD特異性嗅覺評分量表(UPSIT-3)。對PD患者PET數(shù)據(jù)的分析表明背側(cè)紋狀體DAT的活性和UPSIT-3(r=0.53,P=0.0027)及 UPSIT總得分(r=0.44,P=0.023)明顯相關，而黑質(zhì)DAT活性只和UPSIT-3相關(r=0.43,P=0.027)。由此，選擇性嗅覺測試可以對可疑PD患者進行進一步的評估。&#

20、160;   4.2  疾病的鑒別診斷  Antonini 等20研究發(fā)現(xiàn), PD患者殼核/小腦和尾狀核/小腦11C-FE-CIT（DAT的特異性配體之一）攝取比均低于正常,而特發(fā)性震顫（essential tremor，ET）患者紋狀體區(qū)攝取無異常改變；Im 等21采用123I-IPT作為示蹤劑對20例PD患者和9例進行性核上性麻痹（progressive supranuclear palsy，PSP）患者進行DAT-PET顯像,結(jié)果顯示,PD組和PSP組紋狀體攝取水平均下降,但前者變化更顯著;而且2組患者紋狀體攝取的改變模式不同,PD患者以殼核改變?yōu)橹?而PSP患者紋狀體各部攝取的改變程度相當。上述研究結(jié)果表明,DAT顯像有助于PD與ET、進行性核上性麻痹的鑒別診斷。    目前，以阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)和路易體癡呆(dementia wi