TSPO靶向PET成像活体评估棕色脂肪组织代谢的可行性研究

Brown adipose tissue (BAT) is an important heat-producing tissue in mammals. It can consume a large amount of fatty acid and glucose for non-shivering heat production. Hence, it plays a key role in body energy balance and undoubtedly becomes a potential target for anti-obesity treatment. Currently, [18F]FDG PET imaging is the most common method used for in vivo BAT study. However, it only relies on local glucose metabolism and cannot be used for directly evaluating mitochondria activity in activated BAT. Translocator protein (18KDa) (TSPO) localizes on the mitochondrial membrane of different organs including BAT and it involves in fatty digestion. Interestingly, in our previous study using TSPO-targeted PET tracer [18F]DPA-714 for neuroinflammation imaging, we found that there was a high tracer uptake in mouse interscapular BAT area. On account of the above mentioned findings, here we hypothesize that TSPO-targeted PET imaging can be used for in vivo evaluating mitochondria activation in BAT under different conditions. In order to prove this, we will at first investigate the specificity of [18F]DPA-714 binding with TSPO expressed in BAT both in vivo and ex vivo. Then, the change of [18F]DPA-714 uptake in activated BAT will be evaluated . Finally, we will compare the tracer uptake in BAT of both wild mice and obesity mice after BAT activation. In summary, this study will provide a brand new method for in vivo BAT imaging. It may help to understand the relationship between BAT activation and mitochondria activity.

激活的棕色脂肪（BAT）能加速对脂质和葡萄糖的代谢，而目前国际广泛使用的[18F]FDG PET成像仅基于局部糖代谢来间接评估BAT功能，无法直接评估BAT线粒体活性改变。TSPO为特异性表达于线粒体膜上的转运蛋白，BAT富含线粒体且高表达TSPO。我们的预实验结果观察到TSPO靶向示踪剂[18F]DPA-714在小鼠BAT部位浓聚。因此，我们提出假说，TSPO靶向PET成像可活体显示不同状态下BAT中线粒体活性变化。为验证这一假说，我们拟首先验证[18F]DPA-714与BAT表达的TSPO的结合特异性，然后观察激活状态下BAT摄取[18F]DPA-714的变化，最后评估正常鼠和肥胖鼠BAT摄取[18F]DPA-714能力的差异。以上实验将能够证明TSPO PET成像可以作为一种新的BAT活体研究手段，为深入研究不同状态下BAT的线粒体活性变化及其与BAT代谢改变间的关系奠定基础。

激活的棕色脂肪（BAT）能加速对脂质和葡萄糖的代谢，使其成为潜在的防治肥胖及其代谢并发症的靶点。而目前国际广泛使用的[18F]FDG PET成像仅基于局部糖代谢来间接评估BAT功能，无法直接评估BAT线粒体活性改变。TSPO为特异性表达于线粒体膜上的转运蛋白，BAT富含线粒体且高表达TSPO。因此，我们假设以TSPO为靶点的PET成像可活体显示不同状态下BAT中线粒体活性变化，从而无创动态反映BAT的活性状态。基于以上理论知识，在本研究中，我们首先通过体外细胞和组织染色证实BAT高表达TSPO受体，然后通过体外细胞结合率实验和体内竞争抑制实验分别证实[18F]DPA-714与BAT表达的TSPO为特异性结合，为后续靶向成像研究奠定基础。接下来，我们分别使用4度环境的寒冷刺激以及CL316-243药物干预，观察激活状态下BAT摄取[18F]DPA-714的变化，PET成像以及体外生物分布分析均证实BAT代谢激活后，其摄取[18F]DPA-714明显增高，差异具有统计学意义（p＜0.05）。最后我们评估正常鼠和ob/ob基因缺陷肥胖鼠BAT摄取[18F]DPA-714能力的差异，PET活体成像结果以及定量生物分布分析均证实，基础状态下，肥胖鼠的[18F]DPA-714摄取值较正常小鼠明显降低，差异具有统计学意义（p＜0.05），提示TSPO 可能与肥胖状态下BAT 的活性下降、功能异常相关。而寒冷和药物激活情况下，肥胖小鼠[18F]DPA-714的摄取值并未明显增高（p＞0.05），提示肥胖确实导致BAT自身代谢调节功能受损。以上实验结果证明TSPO 可以作为一种新的BAT 活体分子成像靶点，通过直接靶向线粒体来补充现有[18F]FDG 成像方式的不足，为BAT代谢研究提供一种新的研究手段，帮助实现在活体条件下无创动态定量评估BAT 激活，为深入研究不同状态下BAT的线粒体功能变化及其与BAT代谢改变间的关系奠定基础。