条文本
文摘
客观的评估整合素αvβ3 (alpha-v-beta-3)目标和生长抑素受体2 (SSTR2)目标核成像可视化的间质性肺病(ILD)。
方法整合素的肺部表现αvβ3 SSTR2和分析患者的不同形式的ILD和博来霉素(BLM)治疗小鼠使用免疫组织化学和各自的控制。单光子发射CT / CT (SPECT / CT)进行3天,7和14 BLM滴剂使用后整合素αvβ3-targeting177年Lu-DOTA-RGD和SSTR2-targeting177年Lu-DOTA-NOC放射性示踪剂。随着时间的具体肺积累放射性示踪剂进行体内和体外SPECT / CT扫描和biodistribution研究。
结果整合素的表达SSTR2和αvβ3大幅增加在人类ILD不管亚型。同样,在肺BLM-challenged老鼠,但不是控制,成像目标都stage-specifically过表达。而整合素αvβ3最丰富的调节在7天,BLM-induced肺纤维化的炎症阶段,SSTR2表达14天达到高峰,建立纤维阶段。同意结果在组织层面上,针对核成像应用SPECT / CT专门检测成像目标体外和体内,从而得到不同的实验ILD阶段。
结论我们的临床前概念验证研究表明,特定的分子过程可视化ILD目标核成像是可行的。如果转移到诊所,成像被认为是不可分割的一部分病人的管理,附加信息来源于特定的成像工具可以代表一个精密医学ILD的第一步。
- 间质性肺病
- 核成像
- 生物标记物
- 整合素
- 生长激素抑制素受体
来自Altmetric.com的统计
关键信息
已经知道这个问题是什么?
在间质性肺病,缺乏有效的生物标志物疾病分期预测疾病进展和药物反应,损害的病人管理。
本研究添加什么?
我们的临床数据表明,病理生理关键球员的目标核成像允许特定分子的可视化流程间质性肺病。
这可能会如何影响临床实践或未来发展?
如果转移到诊所,医疗成像已经常规临床检查的一部分,添加的信息来源于特定的诊断工具可以代表精密医学在间质性肺疾病的第一步。
介绍
间质性肺病(ILD)是一个涵盖性术语为一组异构慢性肺实质疾病有不同的目的。最普遍的亚型包括特发性肺纤维化(IPF)和ILD在结缔组织病(CTD)的背景下,尤其是在与系统性硬化症(SSc)。1 - 3肺纤维化是ILD的常见的结束阶段。4组织学上,SSc-ILD非特异性间质性肺炎是最常见的模式(NSIP),而在IPF通常是间质性肺炎(摘要)。2 4IPF相比,这SSc-ILD组织学分类是不被认为是一个可靠的预测结果的工具。2个5然而,细胞结构的差异、细胞类型和程度的肺改造NSIP与摘要指出潜在的病理生理学的差异。2 4
ILD的,目前还没有验证疾病分期生物标志物预测疾病进展和药物反应的存在。6 - 8鉴于ILD的高度异构特性,这很大程度上让患者管理在一个试错阶段,它形成鲜明对比,精密医学的概念。8 9
为了解决这个未满足临床需要,我们评估是否核成像作为一种特定的(“目标”)和功能成像模式可以提供分子基础病理生理学信息10可用于substratification ILD和定制的决策。核成像方法包括单光子发射计算机断层(SPECT)和正电子发射断层扫描术(PET),用放射性标记,有针对性,分子探针,即放射性示踪剂的病理生理过程的实时可视化。10概念验证研究表明目标核成像是可行的和有可能ILD的临床应用,我们选择了两个不同的分子参与ILD的病理生理学,也就是说,整合素alpha-v-beta-3(αvβ3)和生长抑素受体2 (SSTR2),可用的验证放射性示踪剂具有良好的短期可转让性进入临床应用潜力。11日12与当前标准诊断成像方法相比,包括高分辨率CT (HRCT)或18F-fluorodesoxyglucose (FDG) pet / CT、整合素αvβ3-targeted和SSTR2-targeted核成像可能ILD患者评估重要的优势。尽管HRCT和18F-FDG-PET / CT敏感ILD的诊断工具,它们是不具体的,不能用于病人的分子亚型。因为他们仅仅依靠检测组织形态学的变化或代谢活动,分别,他们不允许ILD的歧视不同的病理生理阶段,也就是说,炎症,活跃的纤维改造或纤维化,13日14这是最重要的治疗决策和监测治疗反应。
αv整合蛋白是在多个器官纤维化的发病机制中的关键分子由于其能力激活matrix-bound潜在转化生长因子β(TGF-β),典型的profibrotic细胞因子在组织纤维化。15日16在这方面特别重要的是整合素αvβ3,通过激活TGF-β建立一个自分泌信号循环在成纤维细胞,从而推动myofibroblast分化。16日17可以意识到目标成像的整合素αvβ3 arginine-glycine-aspartic酸(RGD) tripeptide-based放射性示踪剂,那些已经被验证(pre -)临床。11 18 19
SSTR2是G-protein-coupled受体表达在不同细胞肺改造的关键球员,例如,上皮细胞,炎症细胞20 21和潜在的成纤维细胞。22SSTR2可以有针对性的一系列的多肽,也就是说,生长抑素类似物,已经神经内分泌肿瘤的常规管理的一部分。12日23放射性标记生长抑素类似物最近提出了纤维的可视化实验的变化24日25日和人类ILD。每股26到29
这里,我们评估的潜在分子成像的整合素αvβ3和SSTR2 ILD的病理生理阶段的目标可视化使用定义良好的模型的博来霉素(BLM)全身的肺纤维化。
结果
整合素的表达αvβ3,在不同类型的ILD SSTR2增加
评估我们的分子成像目标的表达是否增加人类ILD,我们进行了免疫组织化学β3链的整合素αvβ3和SSTR2肺部分患者ILD的不同类型,包括IPF和SSc-ILD,和其他类型的CTD-ILD (在线辅助表S1)。组织标本的上下文中得到肺移植。肺组织病理学分析显示严重破坏建筑大量积累的炎性浸润和广泛间质胶原沉积所评估)和CD45或Picrosirius红色和alpha-smooth肌肉肌动蛋白(αSMA)染色,分别与晚期ILD一致(图1一个,在线辅助图S1)。在这些高度炎症和纤维化肺、整合素的表达αvβ3和SSTR2显著增加(~ 3重4倍,p < 0.05),而与肺部健康受试者(图1 a - c)。值得注意的是,这种表达的增加是独立于底层ILD的病原学的亚型(图1 a - c)和其他临床特征(在线补充数据S2和S3)。然而,当比较整合素的表达αvβ3和SSTR2 ILD的组织学亚型,摘要和NSIP,我们发现了一个明显高于肺部SSTR2的表达与NSIP摘要模式与模式(p < 0.01)。相比之下,整合素的表达αvβ3组织学亚型(没有差异图1 d, E)。
整合素的表达αvβ3实验ILD和SSTR2反映出不同疾病阶段
鉴于这些可喜的成果,我们下一个评估是否整合素αvβ3 SSTR2也可以作为替代标记ILD的不同病理生理阶段。因此,我们研究了肺整合素的表达的时间进程αvβ3和SSTR2代表人类ILD的小鼠模型,BLM-induced肺纤维化模型。
BLM的单个气管内的滴剂(4 U /公斤体重)进步诱发小鼠肺改造和炎症导致肺纤维化已经建立后14天BLM政府评估组织分析(图2 a, B)和CT扫描(在线辅助图S4)。已经3天,从BLM-treated小鼠肺和盐水控件显示血管周的和支气管旁细胞浸润(图2一个,他走时染色),这主要是靠CD45 +白细胞(图2一个、CD45染色)。相比之下,只有有限的纤维性肺泡和支气管壁增厚(图2一个没有增加,Picrosirius红染色)αSMA表达式(图2一个,α观察SMA染色)。疾病进展,BLM-treated肺部炎性浸润数量的增加,7天达到高峰,之后平息(图2一个他走时,CD45染色)。相比之下,肺纤维化,特点是广泛间质胶原沉积,增加的αSMA表达在肺间质,达到最大14天(图2一个,Picrosirius红色和αSMA染色)。虽然进步的肺结构损伤CT也可以描述(在线辅助图S4),这些形态变化不能传递信息潜在的病理生理学,炎症或纤维化。
值得注意的是,与saline-treated控制相比,BLM-challenged老鼠的肺显示显著增加整合素的表达αvβ3 SSTR2和时间点。有趣的是,整合素的表达αvβ3是最丰富的7天,因此在BLM-induced肺纤维化的炎症阶段,炎症比纤维化更占主导地位,与平均增加3.7(Q1,第三季度= 2.9,4.5)倍(p < 0.001)与控制肺(图2 a - c)。尽管整合素表达下降14天,它仍然显著调节BLM-treated老鼠的肺(中位数(Q1,第三季度)= 2.4(2.0,4.2)倍)(p < 0.01)。相比之下,SSTR2的表达逐渐增加的程度的肺改造和14天达到高峰,因此在这种动物的纤维化阶段模型中,平均值为3.8(Q1,第三季度= 2.2,4.3)倍增加(p < 0.01)与肺从saline-treated控件(图2所示模拟)。
考虑到肺部整合素的表达,而相互矛盾的报道αvβ3 SSTR2和文学,20日24我们另外的细胞表达谱分析目标在肺段BLM-treated老鼠和各自的控制。使用immunofluorescent和/或免疫组织化学双染色细胞特定类型标记,我们发现两个整合素αvβ3 SSTR2表达了范围广泛的炎性细胞类型,包括白细胞(CD45 +,图3 a, B)、巨噬细胞(F4/80 +,图3 c, D)和T细胞(CD3 +,图3 e, F)。实质性SSTR2的表达被发现在肺支气管和肺泡上皮细胞(钙粘蛋白+),而整合素的表达αvβ3只有很少观察到在BLM-treated肺上皮细胞和没有控制老鼠的肺上皮细胞(图3 g, H)。而整合素αvβ3强烈表达了肺血管,包括内皮细胞(血管性血友病因子(vWF) +,图3我),SSTR2的表达没有发现vWF +内皮细胞尽管表达血管结构(图3 j)。
最有趣的差异之间的肺动脉表达式模式整合素αvβ3 SSTR2αvβ3整合蛋白的存在,但没有SSTR2 myofibroblasts (αSMA +,图4 a, B)。后者观测是与先前的正面报道。20日24确认不同的整合素表达SSTR2和αvβ3鼠肺成纤维细胞也适用于人体细胞,我们另外分析了这两个目标的mRNA和蛋白表达在正常的人类肺成纤维细胞(NHLF)基础条件和后分化成myofibroblasts与TGF-β刺激。整合素αvβ3 NHLF表达起来从而显示时间增加TGF-β-induced后成纤维细胞激活的信使rna和蛋白质水平(图4 c, E, F),类似于ACTA2/αSMA (图4 c、G H)。相比之下,信使rna和蛋白质水平的SSTR2没有检测到NHLF无论是在基底条件还是与TGF-β刺激后(图4 d /我和在线辅助图S5),到目前为止主要有争议的问题。20日24因此,我们可以确认类似的表达模式的成像目标在小鼠和人类的肺成纤维细胞。
检测整合素αvβ3177年Lu-DOTA-RGD-SPECT / CT展现肺纤维化的炎症阶段
已经证实了整合素αvβ3 ILD和SSTR2作为潜在的成像目标,目标核成像进行确认其适用性代孕成像标记ILD的病理生理过程。因为在临床设置SPECT / CT通常优于PET / CT图像质量和分辨率,使用整合素αvβ3-targeting SPECT / CT扫描177年Lu-DOTA-RGDand SSTR2-targeting的177年Lu-DOTA-NOC进行3天,7和14 BLM滴注法后。
符合整合素的表达变化αvβ3观察到在组织层面上,biodistribution研究(图5一个和在线补充表S4和S5)和体外SPECT / CT扫描(图5 b)2小时接受(p)的执行177年Lu-DOTA-RGD显示显著增加的示踪剂吸收和信号强度的肺BLM-treated老鼠和老鼠在所有时间点控制。最强的示踪积累BLM-treated肺观察7天平均肺吸收0.65%±0.13%的注射活动/肺(% IA /肺)比例为0.19%±0.04% IA /肺在各自的控制肺(p < 0.01)。特异性的肺的积累177年Lu-DOTA-RGD验证通过与一个未标记的RGD肽受体的封锁,这显著降低肺放射量的177年Lu-DOTA-RGD BLM-treated小鼠水平检测控制动物。这是由biodistribution量化研究和视觉效果,体外SPECT / CT扫描。体内SPECT / CT成像密切反映我们的体外成像结果信号强度最高的观察7天(图5 c),inflammation-dominant BLM-induced肺纤维化阶段。
SSTR2的检测177年Lu-DOTA-NOC-SPECT / CT展现了肺纤维化
BLM-treated老鼠显示肺积累的稳定增长177年biodistribution Lu-DOTA-NOC与saline-treated控制研究和体外SPECT / CT扫描,进行2小时pi的177年Lu-DOTA-NOC。这是符合SSTR2的表达变化在组织级(图5 d, E)。最高的肺积累BLM-challenged老鼠,因此成像信号强度最高,观察14天,肺纤维化的高峰期,1.62%±0.32%的积累IA /肺vs 0.66%±0.09% IA /肺控制肺(p < 0.0001)。由于已经高基底肺示踪积累观察控制动物,病变的肺只能可靠区分14天(图5 e和在线S6和S7补充表)。体内成像反映了体外研究结果的区别,并允许BLM-treated肺部健康的肺14天,建立肝纤维化的时间点,但不是在早些时候,更多的炎症时间点(图5 f)。肺的特异性吸收177年Lu-DOTA-NOC,因此我们的成像结果,证实了受体与未标记的DOTA-NOC封锁,这几乎完全阻止肺积累BLM-treated老鼠的放射性示踪剂(图5 d, E)。
讨论
本研究解决ILD的主要未满足的需求,缺乏病理生理相关生物标记允许疾病分期。我们全面的方法整合tissue-derived人类和小鼠体外和体内(成像)数据扩展了先前发表ILD核成像研究,分子分析在组织水平在很大程度上没有被执行。每股26到29
我们研究的第一个重要发现之一是,我们的成像目标的表达没有ILD的不同目的之间的差异包括IPF和CTD-associated ILD。与肺纤维化常见的结束阶段,增加数据支持实体的自愈特异表达机制的重要性。2 30此外,相比之前的假设关于IPF的非炎症发病机制,5日31日最近,免疫细胞的潜在致病作用的开发和进展IPF已被重新评估。32 33因此,分子而非临床/ histological-driven分类为基础substratification ILD的患者可能会开放新颖的观点。
与整合素的表达一致αvβ3(激活)成纤维细胞除了免疫细胞,我们确定了整合素αvβ3作为一种有价值的诊断工具inflammation-dominant纤维化阶段ILD和分子靶向SPECT / CT成像显示,使用放射性标记RGD肽可以充当代理的标志整合素αvβ3表达式。然而,鉴于中央角色ILD的发病机制的整合蛋白成像目标的其他整合蛋白也可能有吸引力。11 34特别感兴趣的是,例如,整合素αvβ6,表达在上皮细胞,在伤口愈合和IPF。35-38BLM-induced肺纤维化临床成像研究证实它的潜力,34从第一阶段的临床试验和结果成像在IPF即将等待(www.clinicaltrials.gov;NCT03183570和NCT02052297)。除了展示伟大的承诺作为小说的诊断工具,整合蛋白代表ILD的潜在治疗靶点。器官纤维化的临床前模型的证据证明有益antifibrotic整合素信号抑制的影响。15 16 37 38在肿瘤学,无数选择性整合素抑制剂目前正在进行临床试验,39-41因为许多肿瘤整合蛋白过表达αvβ3,αvβ5和/或αvβ6。42鉴于有前途的临床前数据纤维化模型,这些方法可以很容易地申请ILD的研究。
与整合素αvβ3,我们的数据表明,SSTR2可能作为诊断工具建立了肺纤维化,因此ILD严重性。针对性的SPECT / CT使用放射性标记生长抑素类似物DOTA-NOC透露稳步增加信号强度随着时间的推移,反映组织改造的程度,从而达到顶峰14天,建立肝纤维化的时间点。这也是符合SSTR2的表达增加患者ILD和摘要模式,在肺改造更严重比NSIP亚型,上皮细胞应该是中央肺纤维化的司机。30.进一步支持来自初步核成像研究针对SSTR2 ILD患者不同的放射性标记生长抑素类似物,显示低信号强度NSIP患者/ SSc-ILD与IPF患者/摘要。-像整合素αvβ3,SSTR2诊断和治疗的潜力。一些临床研究使用不同的生长抑素类似物显示有益对器官纤维化的影响。24 43 44尽管越来越多的数据表明SSTR2 ILD的成像和可能的治疗,应该指出,ILD SSTR2的精确的病理生理学作用尚未阐明。值得注意的是,SSTR-targeted SSTR2(电台)药品不特定,而且绑定到其他相似的生长激素抑制素受体亲和力,包括SSTR3和SSTR5。20 45 46在此,我们证明了几个实验水平,小鼠和人类肺成纤维细胞表达SSTR2。在之前的研究曾报道SSTR2表达成纤维细胞,成纤维细胞从其他网站的起源(如皮肤、retro-orbital空间或肝脏)47-49和/或从胚胎阶段进行评估。50这个,事实上,SSTR2表达在两个蛋白质变异,产生的可变剪接,51可能观察到的差异。因此,在(实验)ILD似乎放射性示踪剂摄取和antifibrotic SSTR类似物的影响很大程度上是由于炎症和上皮细胞的损害。24日27但是,还需要进一步的研究来评估肺成纤维细胞表达SSTR3和SSTR5和是否会因此直接生长抑素类似物的目标。
附加profibrotic分子,能对目标核成像包括细胞外基质蛋白,例如,胶原、纤连蛋白或成纤维细胞激活蛋白。3 52然而,在我们选择成像目标相比,放射性示踪剂对这些分子迄今为止只在动物模型中进行验证53 54或在人类non-ILD条件。55-57此外,成像工具,专门检测纤维变化可能不会反映病理生理变化引起的免疫和/或上皮细胞,因此可能会提供一个更完整的整个疾病过程。然而,纤维化标志物可能有价值的监测治疗反应fibroblast-targeting定义subcohorts ILD的患者的治疗。
的上下文中发现ILD multiorgan炎症和纤维化可能代表一个挑战。因此,我们的放射性示踪剂的性能理想情况下应该被评估,多系统动物模型,更好地反映人类CTD-ILD局势。然而,现有的文献PET / CT成像提供了大量的证据,即使在CTD患者multiorgan参与,ILD可以可靠诊断。58 - 65
总之,整合素αvβ3 SSTR2和有趣的候选人在ILD特定分子的可视化流程。自从SSTR2目标68年Ga-DOTA-NOC PET / CT已经在临床常规神经内分泌肿瘤的诊断和几个RGD-targeted宠物追踪器等68年Ga-NOTA-RGD在临床试验中,11 18 19我们的研究结果可以很容易地和迅速转移到临床应用概念验证研究ILD患者。这可能是第一步分子患者分层,因此精密医学ILD的方法。
确认
我们感谢玛丽亚Comazzi她优秀的技术援助。显微图像记录了设备维护的显微镜和图像分析中心,苏黎世大学。
引用
脚注
厘米,BM同样起到了推波助澜的作用。
处理编辑器约瑟夫·S Smolen
贡献者JS做出实质性贡献的概念的研究,以及采集、分析和解释数据,并参与起草和修改手稿。MBr, MBe、SC、TF, BV和CAFB集中参与数据的采集和分析和修改手稿。RS和OD贡献的概念和设计研究,解释数据和修改的手稿。CM和BM作出了实质性的贡献集中研究的构思和设计,参与收购,分析和解释数据,起草和修改手稿。所有作者最后批准出版的版本。
资金这项工作是由瑞士国家科学基金会(格兰特:CRSII3_154490) Hartmann-Mueller基础。
相互竞争的利益JS,, MBe MBr, SH、SC、RS,厘米,CAF-B和TF没有利益冲突声明。OD咨询关系和/或收到Actelion股价研究经费,AnaMar,拜耳,勃林格殷格翰的发言,ChemomAb, EspeRare基金会,基因泰克/罗氏公司,葛兰素史克,Inventiva, Italfarmaco,莉莉,medac,落实的三菱田边制药公司、诺华、辉瑞、赛诺菲、Sinoxa和联合银行在该地区的潜在治疗硬皮病及其并发症。此外,OD专利mir-29治疗系统性硬皮病的许可。上面列出的真实的或者所感知到的潜在冲突准确陈述。BM已从AbbVie格兰特/研究支持,Protagen和诺华,国会支持辉瑞、罗氏公司Actelion股价。此外,BM专利mir-29治疗系统性硬皮病的许可。上面列出的真实的或者所感知到的潜在冲突准确陈述。
病人的同意获得的。
伦理批准动物实验都是市区的当局批准,根据瑞士动物福利指南执行。所有研究与人类biosamples被批准的当地伦理委员会和地方机构审查委员会。
出处和同行评议不是委托;外部同行评议。
数据共享声明所有数据从这个研究发表在网上的文章或补充信息。