192国际放射医学核医学杂志2021年3月第45卷第3期丨nt J Radiat Med Nucl Med, March 2021. Vol.45, No.3
李帅李剑明
泰达国际心血管病医院核医学科，天津300457
通信作者：李剑明，Email:ichlijm@163
【摘要】心肌细胞利用葡萄糖、脂肪酸、乳酸及酮体等多种底物产生能量，以维持自身的
正常舒缩功能。心肌细胞能量代谢的异常改变与多种心脏疾病相关，如心肌缺血和心力衰竭
等。放射性核素显像作为一种无创性功能检查方法，能够用于心肌细胞代谢状况的评价放射
性核素心肌代谢显像剂是由放射性核素标汜的心肌代谢底物及其类似物，在临床上分为氧代谢
K像剂、糖代谢S像剂和脂肪酸代谢M像剂笔者就近年来有关正电子核素心肌代谢显像剂的
研究进展进行综述。
【关键词】放射性核素显像；正电子显像剂；心肌代谢
基金项目：天津市滨海新区卫生健康委员会科技项目（2018BWKZ007)
DOI ：10.3760/cma.j 121381 -202002041 -00021
Research progress of positron radionuclide myocardial metabolism imaging agents
Li Shuai, Li Jianming
Department o f N uclear Medicine, TED A International Cardiovascular Hospital Tianjin 300457, China
Corresponding author: Li Jianming, Email:***************
[Abstract] Cardiomyocytes use various substrates such as glucose，fatty acids, lactic acid, and
ketone bodies to produce energy to maintain their normal systolic and diastolic function. Abnormal
changes in cardiomyocytes' energy metabolism are associated with various heart diseases, such as
myocardial ischemia and heart failure. As a non-invasive functional examination method, radionuclide
imaging can be used to evaluate the metabolism status of cardiomyocytes. Radionuclide myocardial
metabolism imaging agents are myocardial metabolism substrates. Their analogues are labeled with
radionuclides, divided into oxygen metabolism imaging agents, glucose metabolism imaging agents,
and fatty acid metabolism imaging agents. This paper reviews the research progress of positron
radionuclide myocardial metabolism imaging agents in recent years.
【Key words 】Radionuclide imaging; Positron imaging agent; Myocardial metabolism
Fund program: Tianjin Binhai New Area Healthy and Family Planning Commission Science and
Technology Project(2018BWKZ007)
DOI ：10.3760/cma.j 121381 -202002041 -00021
心肌是人体内代谢最旺盛的组织之一，它可利 用葡萄糖、脂肪酸、乳酸及酮体等多种底物产生 ATP，满足细胞的能量需求。各种底物的利用占比 受多种因素的影响，在空腹状态下，心肌细胞以脂 肪酸代谢为主，而餐后在糖负荷状态下则以葡萄糖 代谢为主：心肌代谢的异常改变与多种心脏疾病相 关，如心肌缺血和心力衰竭等tl]。因此，评价心肌 代谢状态对于心脏疾病的诊断、评估和策略的制定均具有重要的作用和临床价值_放射性核素心 肌代谢显像作为一种无创性诊断方法，在评价心肌 能量代谢方面具有独特的优势1w]。它通过放射性 核素标记心肌细胞能量代谢底物进行显像，辅以量 化分析以评价心肌细胞的代谢状态。由于临床常用 的正电子核素多为机体组成元素的同位素，如11C、13N、l5〇J8F等，其标记物能真正反映或模拟人体 内的生化代谢过程，且PET具有图像分辨率高，
可以动态、定量测量等优势，因此，正电子核素显 像剂在临床及科研中的应用非常广泛。目前，根据 临床州途可将正电子核素心肌代谢显像剂分为氧代 谢显像剂、糖代谢M像剂和脂肪酸代谢显像剂'
1氧代谢显像剂
心肌所需的能量主要依赖于底物的有氧代谢，无氧代谢的占比极低.心肌耗氧量（myocardial oxygen consumption,MV02)是目前公认的定量测 量心肌能量消耗的“金标准”之一，用以评估心脏 能量消耗的总量6 Kudomi等[5]开发了-种新的方法，使用15〇-〇2可同步测定左、右心室的MV02, B前已完成了健康受试者试验，这为不同病理生理 状态下MV02的测定提供了参考3|5〇-〇2能够测 定MV02，且,50半
衰期短(Tl/2=2min)，可以进行 连续多次测定，但需要配备在线回旋加速器，其广 泛应用受到一定限制[6]。
目前，临床上常用1乙酸盐评价心肌的氧代 谢情况，可用于心衰和心肌缺血的诊断m。nC-乙酸盐进人心肌细胞后通过三羧酸循环最终转化
S nC-C02和水，由于氧化磷酸化与三羧酸循环 的紧密耦合，因此"C-acetate的清除速率近似于 MV02m，且不受血糖水平和能量代谢底物的影响：通常受检者在静息状态下经静脉注射u c-乙酸盐，采用列表模式进行图像采集，所得数据经软件分析 得到心肌氧代谢速率(如Kmono、K l、K2等参数)，使用Kmono和K2参数计算MV02，K1参数计算 心肌血流量' 即一次显像可分別评价心肌的血流 和代谢情况。Shi等[|°]利用nC-乙酸盐评价酒精性 心脏病和高危人的心肌氧代谢水平，结果表明，重度饮酒组和酒精性心脏病组的MV02[(0.121 ±0.018)11114丨.1^11|和（0.111土0.017)〇11^—1.1^11|]明显低于健康对照组和中度饮酒组[(〇.144± 0.023) mL.g'.min 1 和（0.146±0.027) mL.gH.m in、P<0.01]_.虽然nC-乙酸盐的物理半衰期较短（T i/2= 20 min)，但制备工艺简单，现在普遍采用固相萃 取技术，校正产率可达80%111]，在一定程度上能够 满足临床需要，但同样要求临床机构配备加速器、
2糖代谢显像剂
葡萄糖是心肌细胞除脂肪酸以外的另一种重要 能量来源18F-FDG是天然葡萄糖类似物，在临床上通过
PET测定组织中葡萄糖的代谢情况来评价 心肌细胞活力I S F-FDG心肌代谢显像是目前公 认的检测心肌存活的“金标准”，检查时通常采用 口服葡萄糖联合静脉注射胰岛素的方法调控血糖水 平，同时要避免饮食和药物对1?1像质量的影响[13]：对于冠心病合并糖尿病的患者需要严格调控血糖 水平，其中口服葡萄糖剂量是影响图像质量的关键 因素[14]。在临床中通常采用心肌灌注显像和(或)心 肌代谢显像评价心肌活性，即灌注-代谢不K配表 示心肌存活；灌注-代谢相匹配表示心肌无活性，这对于指导临床血运重建及评价预后有重要意义[1\ "C-葡萄糖的C-1位是nC，由于是同位素取代，其体内代谢过程与葡萄糖完全一致:，与i s f-f d g相 比，U C-葡萄糖能够全面反映机体的糖代谢情况：摄取、氧化、糖酵解和糖原化，但由于制备过程较 繁琐1'物理半衰期短，且诊断效果与1卞-FDG相 比并无明显优势[171，目前"C-葡萄糖多用于科研 糖代谢显像剂的结构式见图1:
图1糖代谢显像剂的结构式F D G为氣脱氧葡萄糖 Figure 1T h e structure of glucose metabolism imaging agents
3脂肪酸代谢显像剂
脂肪酸的氧化代谢是心肌细胞的重要能量来 源，机体主要利用油酸和棕榈酸在细胞质中活化，其后转运到线粒体内进行(3氧化产生能量。关于 脂肪酸代谢M像剂的研究报道很多，根据其代谢特 点分为“代谢清除型”和“捕获型”n s1。
3.1代谢清除型显像剂
代谢清除型显像剂是以放射性核素标记内源 性脂肪酸，其在体内可参与脂肪酸代谢的全过程，可用来评价腊肪酸的摄取、氧化和存储既往采用单光子核素标记，如l23I-对碘苯基十五烷酸 (123I-iodophenylpentadecanoci acid,l23I-IPPA),I：'I 半衰期长（T1/2=13.2h)，适合临床应用，但由于 SPECT时间分辨率和空间分辨率较低，图像质量 相对较差，以及123丨供给受限等原因，现多采用正 电子核素标记[19]。U C-棕榈酸是一种经典的PET心 肌代谢显像剂，经心肌细胞摄取后快速清除1:°]
，能
够真实反映机体的脂肪酸代谢情况1棕榈酸制
备方法成熟P 11，但是目前临床应用相对较少，多用 于脂肪酸代谢相关的实验研究[22]。18F 半衰期长 (Ti /2=108min )，可以区_域配送，便于临床推广，早 期开发的显像剂有1S F -17-氟-十七烷酸（，FHA )和 18F -16-氟-十六烷酸（18F -FHDA )，二者代谢过程与
uc -棕榈酸类似，但体内稳定性差，存在一定的 脱氟现象，Tu 等m 报道了一种结构与IPPA 类 似，采用l 8F 标记的显像剂15-(4-(2-l 8F -氟乙氧基) 苯基）十五烧酸[15-(4-(2-lx F - fluoroethoxy )phenyl )
pentadecanoic acid , lsF -F 7)动物实验结果表明， U F -F 7在小鼠心肌中摄取明显，代谢方式与M C -掠 榈酸一致，均为双相清除，但早期清除相速率明显 减低，后期清除相速率加快，体内稳定性好，无明
K 脱氟现象I K F -F 7现已进行人体试验阶段，有望 进人临床应用此外，随着6S Ge /68Ga 发生器的普 及，研究人员尝试采用68Ga 标E 的脂肪酸用于
PET 心肌代谢!ii 像，初步动物实验结果表明，其
在小鼠心肌中快速摄取，但靶向性较差，心/血比 值不超过0.5，尚需进一步研究[241。多种脂肪酸代 谢清除型显像剂的结构式见图2 3.2捕获型显像剂
捕获型显像剂通过在脂肪酸的碳链上引人硫原 子或增加支链，阻碍了脂肪酸的卩氧化进程，从 而将®
像剂“捕获”在线粒体内并不断累积，W 此 捕获型显像剂的图像质M 优于代谢清除型®像剂， 但也存在不足，其只能反映脂肪酸的摄取和氧化 过程DeGrado 等U 5_261开发了一系列1卞标记的硫 代长链脂肪酸显像剂：l 8F -14-氟-6-硫-十匕烷酸 (14-l l 'F -fluoro -6-thia -heptadecanoicacid , "'F -FTHA ),
lh F -16-氟-4-硫-掠桐酸（1 (i -hF -flurcM -thia -palmitate ， I S F -FTP )和 1S F -18-氟-4-硫-油酸（18-isF -fluro -4-thia -
oleate , ll (F -FTO )，其中l 8F-FTHA 和I S F-FTP 为棕榈 酸类似物，1K F -FTO 为油酸类似物。18F -FTHA 的临 床应用广泛，Ohira 等127]利州18F -FDG 联合l 8F-FTHA 显像评价肺动脉高压患者的心肌代谢情况，结果 表明，肺动脉压升高与右心室i 8f -fdg ，8f -ftha 的摄取比值增加有关；1^沾6等[281给予患者口服
l 8F -FTHA 进行显像评价糖尿病患者的脂肪酸代谢 情况，研究结果表明，糖耐量异常患者心肌摄取脂 肪酸增加与心功能障碍相关。Savisto 等1291开发了
I S F-FTHA 动化制备方法’但制备时比活度不宜 过高，因为I S F 产生的y 射线可能导致l 8F-FTHA 的碳链中硫原子键断裂，降低产品的放射化学纯 度[3\ Shoup 等_报道了，-9-氣-3,4-亚甲基十七 焼酸（9-l i (F -fluoro -3,4-methyleneheptadecanoic acid ,
l 8F -FCPHA )显像剂，该显像剂的C -3和C -4位上 甲基支链形成环丙基阻碍(3氧化，大鼠显像实 验结果®：示该显像剂的阁像质量良好|32]。目前 “F -FCPHA 已进入临床试验阶段，其主要用于评价 心肌缺血133]。1卞标记的脂肪酸显像剂普遍存在脱 氟现象，Cai 等对呷-FTO 进行结构修饰，在碳 链末端引入=唑杂环，修饰后虽然降低了体内脱 氟，但心脏摄取也随之降低。除1S F 外，Wu 等％ 还应用U C 标记甲基-16-硫代棕榈酸（110〇^%1-16-
thiopalmitic acid , "C -MTPA ), nC-MTPA 是在碳 链末端引人硫原子，动物实验结果表明，其在小鼠 心肌具有相对较长的滞留时间。多种脂肪酸捕获型 显像剂的结构式见图3 _4
小结与展望
综上所述，正电子核素标记的显像剂可以从氧 代谢、糖代谢和脂肪酸代谢等方面评价心肌代谢情 况，目前临床1：应用最多的是lx F -FDG ，结合心肌
〇
呷-16-瓶-[六烷酸（呷-FHDA )
15-(4-(2-l 8F -®乙氧基）苯基）十五烷酸（1S F-F7)
nC -t J 榈酸（n C-Plamitate)
I X F-丨7-氟-十七烷酸（l 8F -F H A )
图2脂肪酸代谢清除型M 像剂的结构式
Figure 2 T h e structure of mctabolically cleared fatty acid imaging
agents
同际放射閃学核医学杂志202丨年3月第45卷第3期Int J Radiat M e d Nucl M e d，M a r c h2021，Vol.45, No.3195
1X F-16-氟-4-硫-棕榈酸（i〒-FTP) "C-甲基-16•硫代棕榈酸（nC-M T P A)
18F-18-氟-4-硫-油酸（l8F-FTO)
图3脂肪酸捕获别敁像剂的结构式
s.h.e mvFigure 3 T h e structure of metabolically trapped fatty acid imaging agents
灌注显像可以明确心肌是否存活，但患者接受检查 时需要调节血糖，检查流程相对复杂，且一项小范 围的研究结果表明，"C-acetate的阳性预测值和阴 性预测值均优于l8F-FDG( 89%和73% 65%和57%, P<0.025)[36】，而"C-acetate受半衰期所限，难以在临床上广泛推广。因此，脂肪酸代谢显像剂 是当前研究的主要方向，其中I X F-FTHA等已在临 床应用，多种新型的显像剂处于早期研发阶段，但 要进入临床还需要大量的研究和实践[37]。脂肪酸的 氧化代谢是心肌的最主要能量来源，全面、准确评 价心肌脂肪酸代谢情况将有助于多种心脏疾病的诊 断和尤其适合于糖尿病和肥胖患者。2种 类型的脂肪酸代谢显像剂各具优势，代谢清除型显 像剂可全面评价脂肪酸的摄取、氧化和储存，而捕 获型显像剂的特点是图像质量更好，但不能区分氧 化和储存途径。从目前的研究成果来看，18F标记 的长链
脂昉酸将是主要研究方向之一1391，但需要注 意显像剂体内脱氟的问题，可以参照1S F-F7的结构 设计代谢清除型显像剂，在近羧基端引人硫原子，在远端的苯环上进行1卞标记。此外，68Ga标记的 脂肪酸用于心肌代谢显像有一定的可行性，这也为 业界提供了新的研究思路。当前关于正电子核素心 肌代谢显像剂的研究正在不断开展，未来还需继续 深人研究14°]。
利益冲突本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，不涉及任 何利益冲突
作者贡献声明李帅负责观点的提出、文献的查阅、综述的撰写；乍剑明负责综述的审阅与修订
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