趙京序 崔曹哲 胡奕奕 武志芳

山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，太原 030001

小動物PET 可在臨床前顯像研究中無創(chuàng)、序貫分析活體動物的功能和生理過程。18F-FDG 是PET 最常用的顯像劑，腦對18F-FDG 的攝取依賴于腦神經(jīng)元的功能狀態(tài)[1]，并受血糖的競爭性抑制等因素影響，各腦區(qū)的放射性活度與該區(qū)的葡萄糖攝取和代謝呈正相關(guān)。嚙齒動物PET 腦顯像獲取的特定疾病信息與圖像數(shù)據(jù)的可靠性密切相關(guān)，顯像期間的實(shí)驗(yàn)條件（如動物的飲食、麻醉、顯像劑的給藥途徑、溫度和光照等）可能會影響PET 圖像質(zhì)量[2]。因此，解決因動物實(shí)驗(yàn)條件控制不當(dāng)而導(dǎo)致的圖像質(zhì)量不佳以使顯像程序標(biāo)準(zhǔn)化至關(guān)重要。

1 動物飲食的影響

因?yàn)閲X動物的體積較小，體表面積與體積的比值高于人類，其皮膚水分流失量相對更高，因此在顯像前準(zhǔn)備期間不應(yīng)對動物禁水[3]。嚙齒動物的進(jìn)食行為與光暗周期有關(guān)，其通常在夜間進(jìn)食頻繁[4]，Levine 和Saltzman[5]觀察到夜間禁食的大鼠出現(xiàn)了體重和肝臟重量減輕、肝糖原耗竭、血糖水平下降及糖異生導(dǎo)致氨基酸缺乏等現(xiàn)象。同時，腦對18F-FDG 的攝取與腦組織代謝的能量底物相關(guān)，飲食構(gòu)成不同會引起腦組織能量底物濃度的改變，從而使腦對18F-FDG 的攝取發(fā)生變化[6]。短暫的饑餓誘導(dǎo)可引起腦對能量平衡的調(diào)節(jié)[7]，表現(xiàn)為大鼠腦內(nèi)不同區(qū)域18F-FDG 攝取的改變，因此，飲食對18F-FDG 腦攝取的影響很復(fù)雜。

18F-FDG PET 顯像的嚙齒動物模型通常會禁食6～8 h 以降低血糖水平，避免葡萄糖與18F-FDG 競爭性攝取[8]。付占立等[9]發(fā)現(xiàn)糖負(fù)荷小鼠[血糖濃度（11.98±3.01） mmol/L]的SUV 顯著低于對照組小鼠[血糖濃度（3.95±1.11） mmol/L]。Wong 等[10]研究了禁食對小鼠18F-FDG 腦攝取動力學(xué)參數(shù)的影響，結(jié)果顯示，隔夜禁食狀態(tài)下的小鼠腦PET 顯像SUV及葡萄糖凈內(nèi)流常數(shù)Ki均顯著高于自由攝食狀態(tài)下的小鼠，而葡萄糖代謝率（metabolic rate of glucose，MRGlu）在2 種飲食條件下則無明顯差異。

控制顯像研究前動物的禁食時長和具體時間段，使實(shí)驗(yàn)方案標(biāo)準(zhǔn)化，可確保顯像研究的可重復(fù)性。常規(guī)方法為在顯像前一晚撤去動物飼料，對其隔夜禁食（可自由飲水）；在開始縱向研究前，應(yīng)規(guī)范嚙齒動物的日常飲食構(gòu)成，排除部分飼料可能導(dǎo)致的非特異性影響。

2 顯像劑給藥途徑的影響

常用的顯像劑給藥途徑包括靜脈推注和腹腔注射。靜脈推注的優(yōu)勢是顯像劑攝取均勻，但在進(jìn)行尾靜脈注射時常需固定動物，這種固定操作會成為實(shí)驗(yàn)動物的應(yīng)激源，且已被證實(shí)會引起相關(guān)神經(jīng)元的激活，造成代謝改變[11]。腹腔注射是將顯像劑注射到腹膜腔，通過腹膜壁被動擴(kuò)散到毛細(xì)血管進(jìn)入血流，因此，這種給藥途徑要求顯像劑為生理性pH 值，并且載體僅限于鹽水或水[3]。同時，腹腔注射也存在一定局限性，其不適用于通過肝臟排泄的顯像劑，且存在將顯像劑錯誤注射入腹腔臟器內(nèi)的風(fēng)險[12]。

Wong 等[10]通過腹腔注射18F-FDG 來評估小鼠的葡萄糖代謝，結(jié)果表明，經(jīng)腹腔注射的顯像劑攝取較慢，小鼠腦組織的放射性攝取在注射后60 min 內(nèi)達(dá)到了與靜脈推注給藥相當(dāng)?shù)某潭?，? 種給藥途徑下小鼠葡萄糖凈內(nèi)流常數(shù)Ki和MRGlu 之間的差異并無統(tǒng)計學(xué)意義。Schiffer 等[13]觀察到經(jīng)腹腔注射顯像劑的小鼠在注射后30 min 達(dá)到了與經(jīng)靜脈推注后10 min 相同的顯像劑腦攝取水平，即腦對顯像劑的攝取在靜脈推注和腹腔注射2 種給藥途徑間表現(xiàn)出不同的代謝速率，但隨著時間的延長可達(dá)到相同水平。國內(nèi)研究者探討了尾靜脈注射與腹腔注射2 種給藥途徑對SD 大鼠18F-FDG 代謝的影響，結(jié)果顯示，在50、70 min 這2 個時間點(diǎn)，2 種給藥途徑對SD 大鼠18F-FDG 腦攝取產(chǎn)生的影響沒有差異[14-15]，這表明兩者可以相互替代。

3 麻醉的影響

在常規(guī)的顯像實(shí)驗(yàn)中，常使用麻醉劑使動物達(dá)到圖像采集時的靜止要求[2]。不同的麻醉劑對嚙齒動物的生理功能有不同的影響，包括降低體溫、抑制葡萄糖代謝、減慢心率和呼吸頻率等[2]，并可通過作用于腦皮質(zhì)的特定靶點(diǎn)，造成意識喪失和腦功能的改變[16]。麻醉劑對不同腦區(qū)攝取18F-FDG 有不同程度的影響，這些影響常常被全腦分析時整體的改變所掩蓋，但也可以利用這一特性，通過選擇合適的麻醉劑來加強(qiáng)特定腦區(qū)的攝取。嚙齒動物實(shí)驗(yàn)中常用的注射性全麻劑為水合氯醛和氯胺酮；吸入性麻醉劑的麻醉持續(xù)時間和深度容易控制，并可及時調(diào)整麻醉劑的濃度，其中異氟烷是首選。

在Bascu?ana 等[17]的研究中，氯胺酮聯(lián)合賽拉嗪麻醉和水合氯醛麻醉均引起小鼠全腦攝取18F-FDG 減低，腦皮質(zhì)、海馬及小腦的18F-FDG 攝取也隨之發(fā)生變化，水合氯醛有明顯的升血糖作用，會導(dǎo)致全腦攝取18F-FDG 的SUV 減低，水合氯醛麻醉組小鼠的腦皮質(zhì)對18F-FDG 的攝取高于異氟烷麻醉組，而小腦的攝取則低于異氟烷麻醉組；此外，水合氯醛麻醉組小鼠的MRGlu 較異氟烷麻醉組高，且與血糖水平呈正相關(guān)；氯胺酮聯(lián)合賽拉嗪麻醉引起的血糖水平升高程度高于水合氯醛，且更加顯著地降低了全腦對18F-FDG 的攝??；氯胺酮聯(lián)合賽拉嗪麻醉組小鼠不同腦區(qū)的放射性攝取與水合氯醛麻醉組一致，即腦皮質(zhì)的SUV 較異氟烷麻醉組高，小腦的SUV 較異氟烷麻醉組低；氯胺酮聯(lián)合賽拉嗪麻醉組小鼠的葡萄糖凈內(nèi)流常數(shù)Ki減低，且與血糖水平呈負(fù)相關(guān)，MRGlu 升高，且與血糖水平呈正相關(guān)。Schiffer 等[13]評估了小鼠分別在清醒狀態(tài)下和氯胺酮聯(lián)合賽拉嗪麻醉下注射18F-FDG 后4 個不同時間點(diǎn)的腦SUV，發(fā)現(xiàn)在各個時間點(diǎn)清醒小鼠的腦SUV 均高于麻醉小鼠。此外，Bascu?ana 等[17]的研究結(jié)果表明，清醒狀態(tài)下小鼠的全腦18F-FDG 攝取與異氟烷麻醉下的小鼠沒有差異。而Mizuma等[18]發(fā)現(xiàn)，異氟烷麻醉組小鼠的大腦皮層、紋狀體、丘腦和小腦的MRGlu 分別比清醒組小鼠低66%、59%、60%和22%，這可能與大腦在清醒狀態(tài)與麻醉狀態(tài)下腦血流量的差異有關(guān)。因此，在圖像采集期間應(yīng)監(jiān)測動物的心率、呼吸和體溫變化，通過調(diào)整或標(biāo)準(zhǔn)化麻醉劑劑量，確保動物的生理狀態(tài)保持一致。

4 溫度的影響

在PET 顯像過程中，為保持動物靜止而使用的麻醉劑同時會抑制體溫調(diào)節(jié)[18]，脫毛或酒精消毒等準(zhǔn)備工作也會使動物體溫降低，且PET 圖像采集過程較長，嚙齒動物的代謝率及體表面積與體積的比值均較高[19]，故在采集過程中易出現(xiàn)體溫過低的情況，從而嚴(yán)重干擾代謝功能，并有一定概率導(dǎo)致死亡，因此，維持穩(wěn)定的體溫十分重要。

Mizuma 等[18]通過頭托固定的方式對清醒狀態(tài)下的小鼠行全腦18F-FDG PET 顯像，顯像過程中溫度探頭每隔10 min記錄一次直腸溫度，保溫組小鼠在顯像時被放置于加熱墊上維持體溫，對照組小鼠則處于室溫（18℃），對采集到的圖像手動勾畫ROI，獲得不同腦區(qū)（腦皮質(zhì)、紋狀體、丘腦及小腦）的SUV，結(jié)果表明，保溫組小鼠的全腦SUV 比對照組小鼠高20%（特別是丘腦），同時觀察到保溫組小鼠的棕色脂肪組織和骨骼肌的SUV 比對照組小鼠降低60%，即環(huán)境溫度的升高增加了大腦對18F-FDG 的攝取，同時減少了因寒冷引起的棕色脂肪組織和骨骼肌對18F-FDG 的攝取。上述結(jié)論與Haman 等[20]的研究結(jié)果一致，即在環(huán)境溫度降低時，肌糖原和脂肪組織被激活供能，用以維持體溫。國內(nèi)有研究者分別設(shè)置了30℃保溫組、25℃保溫組和20℃室溫組來觀察不同溫度對荷瘤小鼠不同器官18F-FDG 攝取的影響，發(fā)現(xiàn)不同溫度下腦組織對18F-FDG 攝取的差異無統(tǒng)計學(xué)意義[21]，這可能與2 項(xiàng)研究所設(shè)置的溫度不同有關(guān)。

5 光照的影響

嚙齒動物的大部分活動（如環(huán)境識別、覓食、進(jìn)食、警覺等）都在夜間進(jìn)行[22]，這與其某些腦區(qū)的腦活動增加有關(guān)，并且會誘導(dǎo)這些腦區(qū)的葡萄糖代謝升高。de Francisco等[23]的研究結(jié)果表明，小鼠海馬、伏隔核、中腦、后腦和小腦在黑暗條件下對18F-FDG 的攝取高于光照條件，這提示在動物18F-FDG PET 腦顯像中不同光照條件會對結(jié)果產(chǎn)生重要影響。因此，應(yīng)控制光照條件以確保嚙齒動物的18F-FDG PET 腦顯像結(jié)果更可靠、可重復(fù)性更強(qiáng)。

6 小結(jié)與展望

小動物18F-FDG PET 顯像可以動態(tài)、無創(chuàng)、可重復(fù)地實(shí)現(xiàn)活體動物腦內(nèi)代謝的定性和定量分析。動物的飲食、麻醉、顯像劑的給藥途徑、溫度和光照等均被證實(shí)能夠影響18F-FDG 的腦攝取，因此，在同一腦顯像研究中，為減少所需實(shí)驗(yàn)動物的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)多個研究組之間較高的可重復(fù)性和可比性，顯像前和顯像過程中標(biāo)準(zhǔn)化的動物準(zhǔn)備是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。但上述實(shí)驗(yàn)條件所繼發(fā)的改變，比如麻醉繼發(fā)的低體溫、黑暗環(huán)境繼發(fā)的覓食行為和反應(yīng)能力變化、饑餓誘導(dǎo)的血糖水平變化等會如何影響18F-FDG 的腦攝取，以及不同疾病模型之間、不同品系的嚙齒動物之間各腦區(qū)觀察所需的標(biāo)準(zhǔn)化動物麻醉方案尚需要進(jìn)一步探究。

利益沖突所有作者聲明無利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明趙京序負(fù)責(zé)文獻(xiàn)的收集、綜述的撰寫；崔曹哲、胡奕奕負(fù)責(zé)文獻(xiàn)的收集與整理；武志芳負(fù)責(zé)綜述的審閱