18 F-FDG PET/CT顯像評價二甲雙胍對大鼠心肌缺血再灌注損傷的保護作用

蘇航 田毅 朱紫薇 李珺奇 楊子鶴 常智 李全 牟甜甜 李翔 張曉麗

急性心肌梗死(acute myocardial Infarction，AMI)是心血管疾病中致死率最高的疾病之一，早期急診溶栓和經皮冠狀動脈腔內成形術仍是目前治療MI最有效的臨床手段[1］。然而對缺血心肌的再灌注通常會導致心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)[2］，采取積極手段避免MIRI的發生和發展，可明顯改善AMI患者的左心室功能，最終改善患者的遠期預后[3-4］。二甲雙胍(metformin，MF)是常見的降血糖藥，對缺血心肌的保護作用受到廣泛的關注，其相關機制尚不明確。核醫學分子影像學技術從分子水平，動態、在體實時評價MIRI心肌的血流灌注、心肌細胞代謝和細胞活性等一系列病理生理學特點，輔以組織病理學檢測，深入探討MIRI的發生發展過程，為此，本研究采用18F-FDG PET/CT心肌代謝顯像，從分子影像學角度探討MF干預對大鼠MIRI的作用及其潛在的價值。

資料與方法

1.實驗動物 選用雄性，SD大鼠，16只，周齡約4～6周，體質量約200～240g，由北京斯貝福生物技術有限公司提供。主要設備包括Inveon型Micro-PET/CT掃描儀(德國 SIMENS公司)、Matrx VMR型麻醉機(美國MATRX公司)、LeicaRM2235切片機(北京中儀光科科技發展有限公司)、免疫組化顯微鏡成像系統(ECLIPSE50i/55i，NICON)。顯像劑18F-FDG由北京原子高科股份有限公司提供提供，放化純＞95%。

2.方法 (1)MIRI模型制備：腹腔注射0.3%戊巴比妥鈉麻醉大鼠，麻醉成功后行氣管插管，機械通氣，而后開胸，于左側第3肋間切口，在左心耳下緣距肺動脈弓根部2mm處，冠狀動脈前降支面置硅膠管與冠狀動脈一起結扎，缺血持續30min后松開結扎線，建立缺血再灌注損傷模型。結扎成功標志：結扎下方心肌顏色變成灰白色。復灌成功標志：心肌顏色由灰白逐漸恢復正常。

(2)動物分組：選取缺血再灌注損傷建模成功的12只SD大鼠(建模死亡率約為25%)，隨機分為MF干預組(n=6)及正常對照組(n=6)，其中MF干預組自建模成功后第1天開始給予50mg·kg-1·12h-1劑量MF灌胃，正常對照組給予等體積的0.9%氯化鈉溶液灌胃。

3.圖像采集、重建和分析 (1)分別于建模成功后第1天、第7天、第14天、第30天行18F-FDG micro PET/CT門控心肌代謝顯像。每次顯像前稱重記錄大鼠，利用異氟烷-氧氣混合氣體(1.5%)行吸入式麻醉，之后尾靜脈注射18F-FDG約37 MBq，注射30min后行micro PET/CT門控心肌代謝顯像，PET掃描參數為：層厚 0.78mm，矩陣 128mm×128mm，采集時間20min，采集能窗350～650 keV。CT掃描參數：電壓80kV，電流500A，層厚0.1mm，采集時間10min。掃描結束后，將掃描的圖像用OSEM3D迭代重建(迭代4次，子集數為8)。

(2)重建后利用西門子自帶圖像處理軟件Inveon Research Workplace勾畫感興趣容積(volume of interest，VOI)。分別大鼠心肌心尖部、心尖部周邊、下后壁不同部位手動勾畫VOI，分別代表缺血中心區、缺血邊緣區和遠端區，計算不同部位18F-FDG的標準攝取最大值(SUVmax)，SUV=局部感興趣區放射性活度(MBq/mL)/注射放射性活度(MBq)/體質量(g)。計算中心區/遠端區 SUVmax比值(TBR值)。勾畫左心室心腔容積，獲得左心室整體功能參數，包括舒張末期容積(EDV，mm3)，收縮末期容積(ESV，mm3)和 LVEF(%)。

4.組織病理學分析 于第30d圖像采集后，處死大鼠，用手術剪沿腹中線剪開腹腔，取出心臟，用0.9%氯化鈉溶液沖洗，濾紙吸干水分，沿冠狀溝剪去心房，再沿室間隔剪去室間隔和右心室，獲取左心室心肌。以4%多聚甲醛固定，石蠟包埋后，以5μm厚度連續切片，每隔5張取一張，用于HE染色，HE染色采用常規方法進行。

表1 兩組不同時間點SUVmax值及左心室功能參數值(ˉ±s)

表1 兩組不同時間點SUVmax值及左心室功能參數值(ˉ±s)

注：TBR兩組比較，*P=0.010；EDV兩組比較，**P=0.017

項目 第1天 第7天 第14天 第30天 F值 P值干預組中心區/遠端區 0.83±0.16 0.85±0.05 0.82±0.13 0.81±0.06* 0.133 0.938 ESV/mm3 88.10±15.6 60.10±44.3 92.70±36.5 68.0±8.5 2.274 0.132 EDV/mm3 302.00±70.2 274.60±65.6 387.70±74.6 358.2±22.6** 4.272 0.029 LVEF/% 70.80±2.2 79.60±3.4 76.22±3.12 81.0±1.4 0.719 0.560對照組中心區/遠端區 0.90±0.18 0.88±0.14 0.81±0.17 0.65±0.09 4.637 0.037 ESV/mm3 80.50±2.2 68.20±24.6 99.10±30.4 75.4±6.2 19.547 0.000 EDV/mm3 252.10±19.8 315.90±26.6 368.70±46.7 457.5±30.0 8.500 0.003 LVEF/% 67.90±2.3 78.40±2.5 73.10±3.0 83.6±1.1 0.251 0.859

圖1 TBR值與EDV相關性分析結果 A：MF干預組，B：正常對照組

5.統計學方法 統計學處理采用SPSS 18.0軟件。計量資料以均數±標準差表示，不同時間點比較采用單因素ANOVA分析，兩組比較采用獨立樣本t檢驗。TBR值與心功能參數之間的關系采用Pearson相關分析。以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.18 F-FDG microPET/CT門控心肌灌注顯像定量分析 在第1天、7天、14天、30天不同時間點，MF干預組及正常對照組大鼠的心肌不同部位SUV-max值、中心區/遠端區SUVmax比值(TBR值)及左心室功能參數如表1所示。

在MF干預組中，中心區與遠端區SUVmax比值在各時間點無明顯變化趨勢，與EDV無明顯相關關系(r=-0.218，P＞0.05)；而在對照組中，中心區與遠端區SUVmax比值從再灌注后第1天至第30天逐漸減低，LVEDV逐漸增大，兩者呈負相關關系(r=-0.732，P=0.000，圖 1)。

在缺血再灌注術后1 d，7d和14d，中心區與遠端區TBR值和LVEDV，MF干預組和對照組之間差異無統計學意義，而在治療30d后，中心區與遠端區的TBR值，MF干預組較對照組明顯升高[(0.81±0.06)vs.(0.65±0.09)，P＜0.05］，差異有統計學意義。MF干預組LVEDV較對照組明顯減小[(358.21±22.62)vs.(457.53±49.91)mm3，P＜0.05］，差異有統計學意義(圖2)，提示MF干預治療1個月后，MF減慢了左心室擴大及缺血再灌注損傷的程度；在再灌注術后不同時間點的左心室LVESV和LVEF，兩組大鼠間比較，差異均無統計學意義。

圖2 建模術后第30天，中心區與遠端區的TBR值和LVEDV 注：兩組比較，P＜0.05

2.組織病理學結果 兩組大鼠缺血中心區組織切片HE染色鏡下均見心肌細胞出現腫脹，胞漿呈顆粒狀凝集而分布不均勻，呈嗜酸性，橫紋模糊不清或者消失，其中正常對照組心肌細胞受損程度較MF干預組明顯；兩組大鼠缺血中心區組織切片均示正常心肌組織(圖3)。

圖3 兩組大鼠心肌不同部位(中心區×10、遠端區×20，HE染色比較)

討 論

MF是臨床上應用最早、最廣泛和安全有效的雙胍類降血糖口服藥，眾多的臨床及基礎研究發現其對心血管系統具有保護作用，可降低心血管事件和心力衰竭的發生率[5-6］。針對MF的研究，最近一篇Meta分析包括27項體外(心肌組織和心臟)和在體研究(動物實驗和人體臨床試驗)，發現MF治療可以減小心肌缺血和心肌梗死面積，減輕心室重構程度(收縮及舒張末期容積)，改善心功能，提高LVEF[7-8］。 因此，MF作為一個安全、有效和相對便宜的藥物，在治療糖尿病心力衰竭中的地位被得到廣泛認可，并于2014年被美國糖尿病協會臨床指南列為糖尿病合并心力衰竭患者的首選藥物[9］。

目前大多數研究認為MF可通過多種途徑保護心肌細胞，從而阻止和延緩心室重構和心力衰竭的發生和發展[10］。既往研究報道多采用小鼠、大鼠等MIRI在體和離體模型，評價MF對心血管的保護作用。然而，研究僅在治療終點針對心肌組織進行病理、免疫組化等方法評價MF療效，缺乏系統、連續的活體影像學研究。

本研究通過對大鼠急性灌注模型給予MF干預治療，分別在建模后急性期(1d，7d)，亞急性期(14d)，慢性期(30d)行18F-FDG microPET/CT門控心肌代謝顯像，動態評了MF治療過程中，不同部位(缺血中心區、周邊區和遠端區)心肌代謝情況(SUVmax值)隨時間動態變化的規律。在正常對照組中，中心區與遠端區TBR比值從再灌注后第1天至第30天逐漸減低，LVEDV逐漸增大，提示無MF干預，MIRI程度隨時間延長逐漸加重，左心室重構程度不斷增加；而MF干預組中心區與遠端區TBR比值未隨時間延長而減低，EDV無明顯變化，提示MF延緩了缺血再灌注損傷程度和心室重構的速度。在建模術后30d，我們發現MF干預組的缺血中心區與遠端區TBR比值較對照組明顯升高，MF干預組LVEDV較對照組明顯減小，提示MF干預治療一個月不僅對大鼠MIRI中的心肌有保護作用，而且延緩了心室重構。但是對于LVEF沒有明顯影響。可能原因，再灌注治療后時間尚短，缺血再灌注損傷尚沒有導致嚴重的整體收縮功能受損。

綜上所述，18F-FDG microPET/CT顯像，可以動態評估大鼠MIRI隨時間變化的規律，MF干預對缺血再灌注損傷后大鼠心肌缺血具有一定的保護作用，減輕心肌缺血受損的程度，從而一定程度上延緩心室重構的發生和發展。