学术报告

全球侵袭性真菌感染 (Invasive Fungal Infections, IFIs) 的发生率在过去几十年间有所增加，主要影响免疫功能低下的病人，并且这些感染常伴有高死亡率和发病率。分枝孢子菌（Aspergillus fumigatus）是最常见且最致命的IFI病原体之一。有效治疗真菌感染的主要障碍为欠缺快速准确的诊断工具，包括频繁需要进行侵入性手术以获得微生物学确认，以及结构成像方法的特异性不足。

为解决这些问题，研究团队着眼于开发一种分枝孢子菌特异的正电子发射断层扫描 (Positron Emission Tomography, PET) 成像剂。本研究由Swati Shah、Jianhao Lai等人共同完成，研究机构包括美国国立卫生研究院 (NIH) 的多部门协作，发表于2024年8月14日的《Science Translational Medicine》杂志上。

研究背景和目的

当前的标准诊断方法包括培养技术，往往需要侵入性操作如支气管肺泡灌洗和活检。非侵入性测试如血清半乳甘露聚糖或1,3-β-D-葡聚糖检测以及计算机断层扫描（CT）在不同临床情况下的特异性和敏感性也存在变异。此外，目前广泛使用的临床PET示踪剂如2-脱氧-2-[18F]氟-葡萄糖 ([18F]FDG) 虽然在结构成像中增加了诊断的价值，但其特异性依旧有限。因此，本研究的目标是开发一个基于真菌特异代谢的PET示踪剂，以利于非侵入性、快速和准确地诊断深部真菌感染，并用于疗效监测。

研究来源

此篇研究由Swati Shah、Jianhao Lai、Falguni Basuli等人共同撰写，隶属于美国国立卫生研究院(NIH)的多个部门，包括感染性疾病成像中心、化学合成中心、国立过敏与传染病研究所(NIAID)等。该研究发表在2024年8月14日的《Science Translational Medicine》期刊上。

研究流程

合成和验证[18F]FCB

研究团队利用真菌特有的糖代谢路径，放射性标记了已知由分枝孢子菌代谢的纤维二糖 (Cellobiose) 并通过酶促转化2-脱氧-2-[18F]氟-葡萄糖 ([18F]FDG) 合成了2-脱氧-2-[18F]氟绒二糖 ([18F]FCB)。该合成过程包括以下步骤： 1. 酶促转化： 将1 mCi的[18F]FDG、1 mg的纤维二糖磷酸酶(CBP)和37 mg的葡萄糖-1-磷酸在40℃下进行转化。30分钟内[18F]FDG消耗超过90%，60分钟内达到定量消耗。 2. 净化： 反应混合物在100℃加热5分钟，过滤去除CBP，然后使用Ni柱和FDG纯化滤芯净化。[18F]FCB在4 ml的生理盐水中洗脱。 3. 放射化学纯度： 合成时间1.5小时，反应总收率为60-70%，化学纯度>98%。

体外和体内实验

1. 细胞摄取实验： 在体外测试[18F]FCB与不同菌株（包括分枝孢子菌、细菌和真菌）的摄取和保留率。结果显示，分枝孢子菌相较于其他菌株在120分钟内显著保留放射性。
2. β-葡萄糖苷酶活性测定： 通过酶活性实验确认仅分枝孢子菌产生β-葡萄糖苷酶。细菌样本未检测到该酶活性，证实了纤维二糖只被真菌特异性分解。
3. PET/CT成像： 在小鼠肌炎模型中测试[18F]FCB的体内摄取情况。结果显示，仅在感染活分枝孢子菌的小鼠局部看到保留的放射性，而在细菌和无菌炎症模型中没有显著的放射性信号。

研究结果

1. 放射化学合成和测试表明：[18F]FCB的高效合成： [18F]FCB的合成过程高效，具有很高的放射化学纯度（>98%）。快速的反应时间和较高的产率使得该方法特别适用于体外和体内试验。
2. 体外摄取实验： 在体外实验中，分枝孢子菌相比其他菌株更容易摄取和保留[18F]FCB。这体现了该物质的真菌特异性，尤其是针对分枝孢子菌。
3. PET/CT成像： 在小鼠模型中，注射放射性标记的[18F]FCB后，只有感染活性分枝孢子菌的小鼠局部能保留明显的放射性信号。此信号能用于感染诊断以及治疗监测。

研究结论与意义

本研究展示了[18F]FCB作为一个具有临床可转译潜力的分枝孢子菌特异性PET成像示踪剂的巨大前景。 高特异性和高信噪比使得[18F]FCB在显像学上优于现有的[18F]FDG。此外，因为其快速合成和高效率，[18F]FCB可以很容易被转化和应用于临床。对侵袭性真菌感染的快速诊断和治疗监测将大大改善患者的治疗效果和预后。

研究亮点

1. 高效放射化学合成方法： 本研究提出的[18F]FCB的合成方法在短时间内获得高纯度并且高产量的放射性标记产物。
2. 高信噪比的PET成像： [18F]FCB在分枝孢子菌感染小鼠中的高信噪比显著提升了成像的特异性。
3. 潜在的临床应用： 该方法的迅速合成及其卓越的特异性，为[18F]FCB在临床中作为真菌特异性示踪剂提供了坚实的基础。

未来展望

研究团队计划进一步测试[18F]FCB在其他病原真菌中的应用，并进行相关的临床转化研究。此类研究将进一步验证这种放射性示踪剂在临床应用中的有效性和安全性，为侵袭性真菌感染的诊断和治疗提供新途径。