CEST蛋白探针联合多模态功能MR诊断肾纤维化的研究

Renal fibrosis is the main pathologic characteristic of many chronic renal diseases. It's reported that renal fibrosis is a reversible and relievable dynamic procession. However, currently there is no effective non-invasive method for evaluating renal fibrosis longitudinally in vivo available. Former researches indicate chemical exchange saturation transfer (CEST) MR technique can specifically and quantitatively display the -NH2, -OH groups of protein, without using of conventional toxic metallic contrast agent. Thus, CEST technique is considered as a promising non-invasive method for detection and long-term monitoring of disease progression in vivo. Combining the protein probe and special CEST sequence, targeted cellular or molecular imaging can be detected. Non-contrast multi mode function MR technique can detect renal function by renal blood perfusion and blood-oxygen diffusion analysis. Based on the key effect of TGF-β/Smad signal pathway in renal fibrosis pathogenesis, the main idea of our research is: for TGF-β antibody can display the activity of TGF-β/Smad signal pathway, we modify the TGF-β antibody with high density -NH2 group and synthesize specific CEST sequence protein probe. Combing and fusing with non-contrast multi mode function MR images, it can detect the influence of the renal fibrosis to renal failure level. Then, comprehensively analyze the results of multi mode function MR，protein probe CEST images, and compare with the histopathology and ultrastructural pathologic results in different renal fibrosis stage. The most creative point of the research is employing antibody as protein probe directly, instead of toxic materials (such as Gd) as MR contrast agent. At the same time, this method also uses functional MR techniques to study the mechanism and progression of renal fibrosis. All of these will explore the new research fields of fibrosis diagnosis, and try to find a new research way of molecular MR technique.

肾纤维化是多种慢性肾病的主要病理学改变，目前缺乏活体无创性评估肾纤维化的方法。项目组前期研究表明：化学交换饱和转移成像（CEST）能直接对蛋白中的-NH2、-OH等基团显像，而无须另引入标记物或对比剂。蛋白探针与CEST射频脉冲相联系，实现靶向分子特异性成像。多模态功能MR可通过肾血流灌注和血氧弥散研究纤维化导致的肾功能改变。基于TGF-β/Smad信号通路在肾纤维化机制中的关键作用，项目组研究思路是：对TGF-β单抗进行高密度-NH2基团修饰，合成CEST特异性蛋白探针。该探针能与TGF-β结合显示TGF-β/Smad通路活性。并联合非对比剂多模态功能MR技术，通过多模态影像信息探讨纤维化对肾功能的影响，并与血生化、组织病理及超微病理相对照研究。项目组创新性的采用抗体蛋白作为MR探针，避免了Gd等肾毒性标记物，同时直接从病理机制层面研究纤维化，这将为肾纤维化及分子MR研究探索新的思路。

全世界超过5亿人患有肾脏疾病，肾纤维化是慢性肾炎、高血压性肾病、糖尿病肾病等多种肾脏疾病的关键性病理改变，目前缺乏活体无创性评估肾纤维化的方法,及时诊断肾纤维化并进行准确分期具有非常现实的临床意义。本研究的主要内容包括两个方面，一个是非对比剂多模态影像学研究，已完成包括扩散峰度（DKI）、血氧水平依赖功能成像（BOLD）、磁共振体素不相干运动成像、拉伸指数成像研究以及水通道蛋白AQP成像等多模态影像学综合研究。另一方面，完成化学交换饱和转移蛋白探针的制备和成像，综合评估肾脏的状态和纤维化的改变。并将上述研究结果与组织病理及PET结果等对比，明确不同时期肾纤维化动态影像学特征。研究结果发现：1、对于不同时期的肾脏纤维化，随着纤维化程度的加重，化学交换饱和转移成像信号减低，与PET检测显著相关，与TGF蛋白表达及钙粘蛋白等肾脏纤维化组织病理学表达相关，其相关程度最高，化学交换饱和转移成像是较好的检测纤维化的指标。2、随着纤维化进展，扩散峰度（DKI）成像是早期变化较慢，中晚期加重明显，它们与PET和病理都存在一定的相关性，但相关性较差，扩散峰度（DKI）成像的显著减低和血氧下降速度减缓可能意味着纤维化的不可逆性。常规扩散成像和BOLD成像早期开始就非常的明显减低，到了晚期下降的速度减缓，无显著相关性。3、磁共振体素不相干运动成像研究表明早期纤维化可能以上皮细胞失表型为主，导致肾脏上皮细胞功能减退（灌注指数明显受限），中晚期则以局部间质增生为主，表现为细胞外组织间质内水分子运动扩散晚期明显受限。拉伸指数发现，随着纤维化程度的加深，正常的肾脏上皮细胞去极化明显，正常排列结构消失，变化进行性加重。水通道蛋白AQP的表达也和纤维化程度存在一定的相关性。本研究创新性直接从肾纤维化机制入手进行研究，使活体无创成像成为可能，这将为肾纤维化及分子MR研究探索新的思路和手段。