抽象的
正电子发射断层摄影术是一种三维成像技术,可以测量包括新陈代谢在内的生理效应。18氟脱氧葡萄糖已被广泛地用作脑和肿瘤检测中的细胞能量代谢的示踪剂。由于中性粒细胞在呼吸爆发期间利用葡萄糖作为能量来源,它是假设的18通过这些细胞的氟脱氧葡萄糖摄取可被解释为囊性纤维化(CF)中的中性粒细胞活化的量度。
十个成人CF患者被赋予推注静脉注射18氟脱氧糖,其次是90分钟的动态中肺采集扫描。右肺18使用Patlak图评估氟脱氧葡萄糖摄取,并将值转化为葡萄糖利用率。三名临床活性肺酸性松病患者作为对照。
10例CF患者基线痰中性粒细胞14×106.细胞·毫升-1在调查中,7人的痰中葡萄糖利用率正常或轻微降低(平均1.33µmol·g-1·h-1)与2.82μmol·g的平均值相比-1·h-1对于患者的结节病。在八名患者中,接受吸入伯霉素治疗,发现肺葡萄糖使用或痰中性粒细胞计数没有变化。
尽管有高痰中性粒细胞水平,囊性纤维化患者的肺葡萄糖利用率没有升高。
本研究由加拿大囊性纤维化基础(Sparx 2)提供资金。
正电子发射层析成像(PET)是一种强大的、定量的核医学层析成像技术。PET可用于测量放射性标记药物的血流、代谢、通气、受体占用、局部剂量传递和药代动力学等生理效应1.它结合了从投影重建图像的原理,并使用带有正电子发射的放射性同位素标记的特定生物分子(11C,18F,15哦,13n)允许采取区域测量动态流程。
18F-2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖(18FDG)是细胞能量代谢的示踪剂。它已被广泛用于监测细胞的代谢活性在活的有机体内在大脑中2-5.并检测肿瘤6.-8..18氟脱氧葡萄糖与葡萄糖的不同之处在于它的羟基被一个氟原子取代在葡萄糖的第二个碳上。当静脉注射,18FDG迅速扩散到整个体内的细胞外空间。它通过与葡萄糖相同的机制运输到活细胞中,通过D-葡萄糖转运蛋白并通过六酮酶磷酸化至氟 - 脱氧葡糖-6-磷酸酯。第二碳位置的脱氧取代可防止进一步的代谢,并且产品以反映葡萄糖代谢的速率在细胞中积聚。假定葡萄糖消耗量增加导致示踪剂摄取率增加。积累速度18静脉注射后组织中的FDG反映了细胞中的联合转运和六酮酶活性9..18与肿瘤学,神经系统和心脏研究的数量相比,肺的FDG-PET研究仍然相对较少。
炎症过程,特别是中性粒细胞,涉及各种肺病的发病机制,包括囊性纤维化(CF),支气管扩张和慢性支气管炎。中性粒细胞因细胞毒性酶的生产和释放有助于肺部破坏(如。弹性酶,髓过氧化物酶)和有毒的氧代谢物10.血液中炎症的标记,支气管肺泡灌洗(BAL),痰和肺活检是炎症的间接测量,使肺中炎症的区域变异的检测不可能11-14.18FDG吸收是一个良好验证的在活的有机体内使用PET测量组织葡萄糖代谢。18FDG优先积聚在新陈代谢增加的区域,如肿瘤,其摄取率是正常组织的6 - 7倍7.,以及激活的炎症细胞(如中性粒细胞)中葡萄糖代谢率升高的感染部位15-17.它是假设的18FDG和PET可用于测定和监测中性粒细胞为主的肺炎症性疾病(包括CF)中中性粒细胞的代谢活性18FDG信号可在中性粒细胞、淋巴细胞和巨噬细胞中检测到。由于相对缺乏氧化酶,这些细胞具有较高的厌氧/好氧代谢比率。与好氧葡萄糖降解相比,厌氧代谢消耗更多的葡萄糖来产生等量的三磷酸腺苷9..吸收18FDG反映葡萄糖代谢,因此,其摄取在厌氧糖醇中加速。中性粒细胞利用葡萄糖作为主要能量来源,从糖酵解中导出它们的大部分能量供应15那18.中性粒细胞的葡萄糖利用率高于淋巴细胞中的10倍16.尽管巨噬细胞可以使用糖酵解,但在吞噬过程中,它们更多地依赖氧合充足的区域(如肺)的氧化磷酸化18.而使用18在肺中检测和监测炎症事件的FDG-PET相对较新,研究表明增加了18FDG的摄取表明炎症活动的存在,特别是中性粒细胞的激活。急性大叶性肺炎患者的微放射自显影18F在灌洗液中显示出局限性于90%的中性粒细胞>的放射性19.在一个在活的有机体内使用急性(链球菌肺炎)兔模型的动物研究和慢性(Bleomycin诱导的损伤)肺炎和放射瘤,琼斯等等。20.表明了这一点18FDG吸收局部化为中性粒细胞,而不是巨噬细胞,其在博莱霉素诱导的肺损伤的情况下偏离中性粒细胞5:1。
渐进性呼吸系统疾病与CF患者的显着发病率和死亡率有关,是每年80%死亡的主要原因21,慢性嗜中性粒细胞为主的炎症过程与CF中肺的破坏密切相关22.因此,有可能18FDG-PET技术可用于研究肺炎的程度,疾病进展和评估抗炎治疗干预的局部组织应对。本研究的目的如下:1)确定使用CF患者肺部炎症程度18FDG和宠物成像;2)确定可以在肺中性粒细胞程度之间证明相关性,以通过积累来证明肺中性粒细胞程度18肺内有FDG,与痰液细胞学中获得的中性粒细胞值一致;3)确定是否18FDG和PET可以检测28天吸入的伯霉素治疗后肺炎程度的变化。
方法
主题
CF≥16岁,慢性感染假单胞菌铜绿假单胞菌在稳定的临床条件下(定义为在前4周内没有急性加剧)均参与该研究。具有非活性结节病的受试者作为对照。该研究得到了汉密尔顿健康科学研究伦理委员会的批准,并在开始开始之前获得了书面同意。
学习规划
该研究由肺的两种PET扫描组成,分离28天的雾化毒素治疗。患者雾化了160毫克薯类霉素(Eli Lilly,Scarborough,加拿大)投标。使用Pari Lc Star Nebuliser和Proneb Turbo Compressor(Pari呼吸设备,Inc.,Mississauga,Canada)。
在每种PET程序之前获得自发的咳痰痰样品。如Pizzichini所描述的那样进行痰细胞学等等。23对CF的修改24.根据美国胸科学会的标准,在每次PET扫描的开始和结束时测量肺活量25.
18F-2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖和正电子发射断层扫描方法
给予1.0-1.5 mCi的静脉滴注18FDG(50μci·kg体重-1)进入手部或手臂静脉,仰卧位在ECAT ART扫描仪的扫描床上(CPS Innovations, Knoxville, TN, USA)26.在肺的中胸部区域获得90分钟的动态采集(18帧,每帧5分钟),然后在三张床位置10分钟采集:中间胸骨和截面上方。使用外部来源137CS,在与患者以相同的仰卧位置成像结束时获得校正组织衰减的传输扫描。
在中际切片上绘制了一个感兴趣区域(ROI),在传输扫描上定义右肺。然后将该ROI转移到发射扫描,其中该区域中的平均放射性在12个时间点(以5-60分钟以5分钟间隔)计算所有切片。以前在加拿大核医学部门核医学部核查的简单,非侵入性方法用于确定血浆活动27那28.等离子体18通过在肩部区域的静脉周围绘制ROI来估计F水平。作为,18FDG在血浆和红细胞之间瞬间平衡,分配比接近统一,全血和等离子体中的时活曲线是相同的28.使用这些数据构建了时间活动曲线。
累积率18使用右肺内的所有椎间膜切片计算血管外组织中的FDG吸收。区域积累比率的串行测量18与肺部的f相比,与等离子体相比18F浓度在90分钟的动态扫描时间内,用于图形分析29.区域肺组织与等离子体比率的串联测量18F浓度(正常化活性)在帕特拉克图中与累积血浆与瞬时血浆的比例18f静脉内90分钟18FDG输液(归一化时间)29.该线的斜率等于速率常数(k一世)对于肺中FDG的代谢诱捕(ml·g-1·h-1);K.一世转化为葡萄糖利用(μ mol·g-1·h-1)通过将其乘以平均血浆浓度的稳定葡萄糖(代表值为4.6μmol·ml-1)18.
数据分析
积累速度18绘制了FDG和k一世使用配对T检验对每个受试者进行比较和后杀伤治疗。所有统计测试都是双面的,并且在95%的水平接受了重要性。因此,痰液中性粒细胞计数通常不分布,因此表达为中位数和间隙范围(IQR),并使用非参数WILCOXON签名 - 秩检验比较预先生的疗法。之间的相关性18用Spearman相关系数计算FDG摄取和中性粒细胞计数S.).
结果
表1中提出了10名CF患者和三种对照(临床活性的结节病)受试者的特征⇓.2例CF患者有糖尿病。在糖尿病患者中,已经证明给药18FDG不会对其胰岛素治疗产生不利影响,也没有任何影响18配合30..共有4例CF患者接受吸入类固醇治疗,但没有患者接受重组人脱氧核糖核酸治疗。在入选的10例CF患者中,有2例没有完成研究;一名患者在第一次就诊后退出治疗,另一名患者继发呼吸道感染而急性加重。
图1显示了CF患者胸部的一个横轴层析成像的代表性图像⇓.血液和右肺中的相应活动曲线如图2所示⇓.同一患者的肺的Patlak图如图3所示⇓.似乎没有显着的积累18肺部地区的FDG,K一世0.49 mL·g-1·h-1.所有CF患者均有相似结果。
表2显示了肺中的葡萄糖利用情况⇓.葡萄糖利用的平均速率为1.33μmol·g-1·h-1(CF中95%置信区间(CI)0.55-2.10)相比之下,三种术语中的葡萄糖利用率为2.82μmol·g-1·h-1(95%CI 2.65-2.99)。CF中的中位性乳蛋白计数为13.5×106.细胞·毫升-1Sputum(IQR 16.1)或总细胞计数的96%(IQR 3.5)。在肺和痰 - 中性粒细胞水平的葡萄糖利用率之间没有发现相关性(R.S.=−0.15,p=0.70)和细菌密度(Pearson相关系数(r)=0.50, p=0.39)或CF患者葡萄糖利用率和肺功能之间的关系(r=0.37, p=0.30)。然而,在葡萄糖利用和疾病严重程度之间发现负相关(rS.= -0.66,p = 0.04)表明肺病患者(一秒钟强制呼气量(FEV)1)> 60%预测)具有比具有中度/严重疾病的葡萄糖利用率更高(FEV1pred≤60%)。
似乎没有一致的变化18抗生素治疗后的FDG吸收(图4⇓).葡萄糖利用率的变化与痰中性粒细胞值的变化没有相关性(rS.= 0.29,p = 0.53;无花果。 5⇓).
讨论
在CF中,气道炎症的特征是显著的中性粒细胞内流,高浓度的促炎细胞因子,如白细胞介素(IL)‐8和蛋白酶,如中性粒细胞弹性蛋白酶14.中性粒细胞占痰液细胞总数(TCC)的96%6.细胞·毫升-1痰。这些值类似于作者之前的发现,中位痰中性粒细胞水平为12.9×106.细胞·毫升-1痰,成人CF患者的95%的TCC31那32.尽管在CF患者的呼吸道中存在高水平的中性粒细胞,作者发现大多数CF患者的葡萄糖代谢率正常或略微抑制,具有葡萄糖的平均代谢率(MRglu.)为1.33µmol·g-1·h-1(95%CI 0.55-2.10)。在正常的肺组织中,葡萄糖利用率为1.2μmol·g-1·h-1(95% CI 0.95 - -1.46)33.葡萄糖利用率与肺功能,肺炎或细菌密度无关。
在支气管扩张患者中也有类似的发现,但糖代谢几乎没有增加。支气管扩张与CF相似,患者慢性感染P.铜绿假单胞菌,产生大量难以清除的粘脓性痰液,并有持续的气道炎症反应,导致炎症、组织破坏和呼吸道感染的恶性循环34.琼斯等等。19测定肺炎和支气管扩张患者代谢活动与中性粒细胞迁移的关系111通过γ -闪烁显像标记的粒细胞迁移到肺部。研究小组还通过PET和注射测量了中性粒细胞的活性18配合。在他们检查的5例支气管扩张患者中,有4例明显出现中性粒细胞迁移,这一发现与其他研究相似35那36.尽管持续的嗜中性粒细胞迁移到肺部,但仍然检测到最小的中性粒细胞代谢活性18支气管扩张患者的FDG-PET成像。
吸收18在结节病中,FDG已被证明高于正常值37,密码源性纤维炎33、肺炎8.那20.那33,过敏性哮喘9.和新生儿急性肺损伤38那39.在患有间质性肺病的患者中,平均先生glu.是2.6μmol·g-1·h-1,反映了与疾病相关的细胞浸润的代谢活动40.已经从活跃的患者收集了类似的数据(意思是MRglu.4.1µ摩尔·g-1·h-1)37.在本研究的对照组中,具有临床活性的术语的受试者具有高于正常的葡萄糖代谢率(意思是MRglu.2.82μmol·g-1·h-1,95%CI 2.65-2.99)。
作者对葡萄糖利用的计算是在整个右肺的。有可能,那个相对较高的区域18FDG的摄取是存在的,但没有高到足以影响右肺的平均值。在三名患者(一名患有严重肺部疾病,两名患有轻微肺部疾病)中,观察到一小块高摄取区域(是周围肺部组织的两倍),这与传输扫描显示的致密区域相对应,被认为是粘液。在抗生素治疗28天后进行的第二次PET扫描中,这些局部区域没有出现,尽管痰中性粒细胞计数无显著变化。其他CF患者的PET扫描没有显示出这种类型的发现,这表明Patlak结果是整个肺事件的代表。
广泛的变化18在CF患者中观察到FDG摄取,并且在不归因于不同程度的痰性中性粒细胞,肺功能或炎症的变化的患者中。肺功能与葡萄糖利用之间没有发现相关性,疾病严重程度发现显着的相关性,表明患有轻度疾病的患者与具有中度至严重疾病的患者的利用率增加。这与作者的假设相反18氟脱氧葡萄糖摄取是测量肺部炎症的指标,特别是中性粒细胞,因此18FDG吸收将与痰液中性粒细胞程度正相关。提交人以前表明,疾病严重程度与痰性中性粒细胞的强度相关32.患有严重肺病的患者具有较高数量的中性粒细胞,这些中性粒细胞居住在气道中的嗜中性粒细胞比轻度疾病的患者。几项研究发现FEV之间的相似负相关性1和中性粒细胞计数41-43.细菌密度与18FDG的摄入,这是意料之中的,因为作者的实验室也证明了痰中性粒细胞计数与P.铜绿假单胞菌这一发现与Meyer的BAL研究相似等等。42那44.
在CF中有几种可能的解释。循环18FDG可能由于分泌物增多而无法穿透气道腔。作者没有测量18FDG在痰液造影中的应用。对于支气管扩张患者,琼斯等等。19在PET扫描后痰中发现了可检测到的放射性水平。由于支气管扩张患者与CF有相似的肺部疾病特征,因此很可能18在CF中,FDG也到达气道腔。葡萄糖利用率与疾病严重程度之间的负相关提示循环18FDG可能无法穿透中重度肺部疾病患者的气道。然而,FEV1(%pred),比轻度分组更客观的测量值(FEV1>为pred的60%)和中重度(FEV1≤60%的pred)疾病严重程度与血糖利用率无显著相关性。
另一种可能的解释是,CF患者的中性粒细胞激活或呼吸爆发受损。P.铜绿假单胞菌尽管嗜中性粒细胞在气道壁和腔内大量积聚,但仍在肺内持续存在。这表明,P.铜绿假单胞菌可以产生抑制中性粒细胞活性的物质。细菌产生了两种磷脂酶-C(PLC)分子,溶血性和非气溶病。通过磷酸盐饥饿引起PLC,因为它在磷酸盐清除途径中起作用。例如,革兰氏阴性病原体P.铜绿假单胞菌,具有次优循环磷酸盐水平,因此,PLC可能在CF肺中诱导。泰达等等。45证明血溶解PLC效果抑制了对细菌的中性粒细胞呼吸爆发响应,测量为所产生的氧气的速率和量。在呼吸爆发期间代谢大量葡萄糖46当呼吸爆发被抑制时,葡萄糖摄取也被抑制47.因此,如果血溶解PLC抑制中性粒细胞呼吸爆发,18FDG不会在肺内积聚。
第三个假设是中性粒细胞在移入肺部时染色。体外有证据表明,P.铜绿假单胞菌从细胞凋亡中诱导中性粒细胞死亡。一堂等等。48结果表明,从人外周血分离的中性粒细胞与CF共孵育P.铜绿假单胞菌结果感染后30分钟开始中性粒细胞死亡,80%的细胞在3小时内裂解。细胞死亡称为肿瘤,其特征是细胞和细胞核肿胀、起泡、空泡化和细胞膜解体。作者证明了其细胞毒性P.铜绿假单胞菌需要功能类型-III分泌,EXO U-InfumentS系统,其将毒素直接递送到相邻的宿主细胞中。III型分泌系统在许多革兰氏阴性生物中保存49.CF的同位素突变体P.铜绿假单胞菌分离物,其中III型分泌系统是非官能的,不能诱导中性粒细胞的细胞死亡,表明癌症是III型分泌依赖事件。如果嗜中性粒细胞正在进行癌症,则它们的激活过程将不会完整。结果,可能不会增加葡萄糖代谢。然而,它们的细胞内容物(包括中性粒细胞弹性蛋白酶)将被释放和可用于引起肺部损伤但吞噬作用P.铜绿假单胞菌不会发生,导致持续性呼吸道感染,常见于CF和支气管扩张患者。
在吸入妥布霉素28天前后进行PET扫描的8例患者中,未观察到糖代谢的变化。此外,痰炎症指标未见变化,提示该抗生素治疗可能无抗炎作用。因此,作者无法确定是否18FDG摄取对CF中的气道炎症的变化敏感。先前对活跃的酸石病变患者的研究发现,先生减少了69%glu.平均±sd为4.56±1.33 ~ 1.43±0.11µmol·g-1·h-1,经大剂量强的松治疗后37.在对隐源性纤维化肺泡炎患者的纵向研究中,MRglu.似乎预测了他们的临床状况33.作者发现,如果先生glu.在第一年仍然很高,或从正常到高范围升起,患者的临床病情恶化。如果先生glu.仍然在正常范围内,患者的病症保持稳定或有时改善。这些数据表明18FDG-PET成像可用于监测除CF和支气管扩张以外的呼吸系统疾病中的疾病进展和抗炎剂的疗效。
综上所述,本研究结果表明18F-2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖正电子发射断层摄影成像对囊性纤维化中的肺炎的检测和监测没有用。然而,结果提高了在慢性感染的囊性纤维化患者肺部肺部肺部肺肺部有效性的有趣问题假单胞菌铜绿假单胞菌.据信,炎症反应有缺陷和不堪重负,但这是第一次观察原位这表明肺中性粒细胞可能无法正常运作。
致谢
作者要感谢F.E. Hargreave和A. Efthimiadis进行了痰检并对结果发表了深刻的评论,以及R. Hennessey和G. Cox在招募患者时提供的帮助。
- 已收到2002年7月18日。
- ©ers Journals Ltd