文摘

目的。定量在活的有机体内(¹⁸F] - (2, 4 r) 4-fluoroglutamine ([¹⁸F] 4-FGln或者更简单(¹⁸F] FGln)代谢动力学参数与谷氨酰胺代谢的活动水平在不同类型的肝细胞癌(HCC)。方法。在这项研究中,我们使用了两种转基因小鼠模型引起的肝癌protooncogenes, MYC和满足。生化数据表明,肿瘤引起MYC相比增加了谷氨酰胺代谢水平引起的。小时的动态(¹⁸F] FGln宠物数据获得和重建禁食MYC老鼠( 从7动物肿瘤),禁食了老鼠( 肿瘤从6动物),禁食FVBN控件( 正常肝地区从6动物),nonfasted MYC老鼠( 从6动物)肿瘤,nonfasted FVBN控件( 正常肝地区3动物)。流入速率常数( )使用纤维细胞室模型推导了每个肿瘤与左心室血池输入函数。结果。流入速率常数明显高于MYC肿瘤( )比遇到肿瘤( )在禁食条件下( )。速率常数也显著降低了肿瘤( )比正常肝脏( )在禁食条件下( )。禁食条件下检测MYC肿瘤和正常肝脏没有导致任何显著差异值> 0.005。结论。高流入速率常数与高浓度的谷氨酰胺代谢由生化分析。数据显示有一个独特的MYC在谷氨酰胺代谢和肿瘤。我们的研究表明[的潜力¹⁸F] FGln PET成像作为一种工具来评估谷氨酰胺代谢在肝细胞癌肿瘤在活的有机体内警告说,它可能无法明确区分肝癌肿瘤与正常肝组织。

1。介绍

改变代谢已被确认为癌细胞的主要特征(1,2]。的一个主要代谢途径研究的发现以来一直在糖酵解Warburg效应(葡萄糖消耗和乳酸生产增加了肿瘤组织与正常组织相比,在正常氧条件)(2,3]。葡萄糖的开发和实现模拟2-deoxy-2 [18 f] fluoro-D-glucose ([¹⁸F] FDG)允许通过PET成像可视化的葡萄糖代谢增高。然而,葡萄糖代谢代谢重编程的仅仅是一个方面的癌症细胞只占糖酵解的早期阶段。最近,研究人员开始探索新的无创性成像策略调查的其他方面细胞新陈代谢和扩大代谢成像的阿森纳。

谷氨酰胺的主要感兴趣的领域之一是在肿瘤细胞的异常调节代谢途径,它对应于一个高glutaminolysis率和管制克雷布斯循环(2,4,5]。具体来说,谷氨酰胺可以作为替代能源底物葡萄糖提供线粒体2-oxoglutarate。谷氨酰胺也是构建碳骨架的主要来源和氮代谢和生物合成5- - - - - -7]。癌细胞有谷氨酰胺代谢率高,使可视化。谷氨酰胺模拟、宠物放射性示踪剂¹⁸F - (2, 4 r) 4-fluoroglutamine ([¹⁸2011年F] FGln)合成(8]。(¹⁸F] FGln使用相同的细胞转运蛋白谷氨酰胺和最小代谢[8,9]。

(¹⁸F] FGln宠物吸引临床关注和评估了可视化在乳房10- - - - - -13),胰腺(10,11)、肾(10,11),神经内分泌(11,14)、肺(10,11),结肠(10,11,15),淋巴瘤(10,11),多发性骨髓瘤(16],胆管[10神经胶质瘤],[10,11,17- - - - - -20.)以及脑部肿瘤(10,11,16,21)和脑转移(11,21]。胰腺肿瘤的唯一类别(¹⁸F] FGln宠物并没有显示出突出的吸收10]。这里,我们报告我们的研究探索¹⁸F)在原发性肝癌FGln成像。

这种探索是至关重要的肝癌是第三个全球癌症相关死亡的主要原因,在2020年导致830000人死亡(22]。肝细胞癌(HCC)是最常见的肝癌亚型,相应病例的90%左右(23]。与所有其他常见的癌症,每年肝癌的死亡率持续增加(23]。和HCC诊断只能基于成像特性(24]。早期肝癌的有效诊断是必要的,因为它没有,大约有80%的病人被诊断为晚期肝癌,中位总生存时间是1 - 2个月(25,26]。

在这里,我们研究了(¹⁸F] FGln新陈代谢吸收在两个不同类型的小鼠肝癌引起的异位表达MYC [27)或遇到28致癌基因。我们先前已经表明,myc诱发肝肿瘤增加谷氨酰胺分解代谢与正常肝脏相比,这是与Gls1表达的增加有关,kidney-specific同种型谷氨酰胺酶,和Gls2的表达减少,肝脏特异性同种型。我们的研究结果还表明,MYC肿瘤相比,遇到肿瘤增加谷氨酰胺生产从葡萄糖29日]。这些结果以及结果表明谷氨酰胺转运体的表达增加ASCT2 MYC但不是在遇到肿瘤(29日]建议的潜在微分吸收[¹⁸F] FGln MYC和肝肿瘤和潜在使用[能力区分它们¹⁸F] FGln PET成像。

2。材料和方法

所有鼠标的程序,包括住房、喂养、和监控,建立标准操作程序UCSF机构批准的动物保健和使用委员会(IACUC)和实验动物资源中心(表面)。

2.1。(¹⁸F] FGln辐射合成

(¹⁸F] - (2, 4 r) 4-Fluoroglutamine合成以下描述的程序(8]在放射化学设施加州大学,旧金山分校)。辐射合成和质量控制流程遵循标准程序的机构。

2.2。小鼠模型

我们使用3群老鼠:控制(FVBN), MYC引起的肝细胞癌,肝癌引起的。MYC和遇到肿瘤生成的如前所述27,28]。简单地说,Tet-o-MYC和Tet-o-MET老鼠FVBN背景的交叉FVBN老鼠的肝脏特异性启动子,LAP-tTA(30.]。LAP-tTA / Tet-o-MYC交配对继续强力霉素(200毫克/公斤情妇chow)抑制转基因表达的胚胎。后代保持在强力霉素,直到4周。强力霉素被移除,老鼠跟着肿瘤形成的证据。LAP-tTA / Tet-o-MET交配对保持在正常饮食。一些后代材料被放置在强力霉素,其余剩下普通饮食,最终产生肿瘤。禁食和nonfasting条件调查MYC肿瘤,没有遇到肿瘤。遇到肿瘤研究之前,我们的假设,禁食和nonfasting条件会影响MYC肿瘤放射性示踪剂的吸收。我们意识到禁食可能是一个因素变化对我们的结果在MYC肿瘤MYC癌基因和谷氨酰胺都参与新陈代谢。MYC在监管中扮演着重要角色的有氧糖酵解与遇到不知道是谷氨酰胺代谢紧密相关。

图1显示解剖肝细胞癌肿瘤MYC和满足,苏木精和伊红())染色结果证实在小鼠模型中这些肝细胞癌肿瘤的存在。我们没有观察到任何转移病灶。MYC肿瘤增加了活动phosphate-dependent谷氨酰胺酶活性(31日)相比,正常肝脏和肿瘤(图2)符合他们的更高的谷氨酰胺分解代谢(29日]。这支持了我们的选择比较(¹⁸F] FGln PET成像的相遇与MYC肿瘤。

在这些人群中,我们调查了¹⁸F] FGln信号在肿瘤与正常肝组织相比隔夜空腹和nonfasting条件。

2.3。成像研究

(之前¹⁸F] FGln micro-PET / CT成像研究,对比增强CT机进行MYC和遇到了肝癌肿瘤小鼠模型的确认和结构上定义肝肿瘤的存在在活的有机体内。我们使用一个定制的小鼠尾静脉导管由28-gauge针和100 - 150 mm长的聚乙烯超小型电子管(PE / 1,科学的商品,Inc . Havasu湖城,AZ)管理脂肪乳碘化造影剂(膜孔LC)微ct成像前3 - 4个小时。静脉内导管的位置证实了盐水注入示踪剂注入前。扫描参数在活的有机体内ct机120的预测连续旋转220°与x光管在80千伏峰值0.5 mA, 175 ms曝光时间每一步。CT数据重建使用由供应商提供的conebeam Feldkamp算法(眼镜蛇,Exxim计算公司,而CA)。

对于[¹⁸F] FGln micro-PET / CT成像的研究中,我们跟随在我们以前的工作描述的过程31日]。我们的管理5.40 - -6.40兆贝可(¹⁸F] FGln静脉注射使用上面描述的导管,和宠物数据获得超过60或90分钟。没有泄漏,misinjection验证所有micro-PET / CT扫描全身检查的PET图像重建。微ct成像没有对比使用相同的采集和重建技术的单独对比ct机执行如前所述,CT-derived衰减地图是用于attenuation-corrected宠物使用三维重建ordered-subsets采用与最大后验(OSEM3D /地图)算法提供的扫描仪制造商。动态多帧( , , , , ,和 60分钟或 90分钟)建立了动力学建模。

动物是维持在1 - 2%异氟烷麻醉期间CT对比和放射性示踪剂管理和成像。左心室血池体积感兴趣的(VOI)被用作血液动力学建模的输入函数。

2.4。室模型和可视化

最近的研究表明单舱的效用模型,模型(¹⁸F] FGln吸收在骨髓瘤和乳腺癌异种移植12,13,16,18]。这些研究表明,two-tissue室模型的小值是很难估计准确,导致杂散分布的估计量(¹⁸F] FGln青睐一组织室模型和关联与谷氨酰胺池大小的变化12]。我们使用商用软件(Inveon研究工作场所,西门子医疗解决方案,Inc .莫尔文,PA)对所有动力学分析包括在内。流入速率常数( )对于[¹⁸在肿瘤组织(F) FGln吸收MYC肿瘤: ;肿瘤: )使用纤维细胞室模型来自动态宠物数据使用左心室(LV)血池作为血液输入函数。我们使用了一个体积小的兴趣在血池中,通常包括2 - 3压,在输入函数推导的左心室室为了最小化部分体积效应。球形肿瘤或肝脏看到被吸引(直径2 - 3毫米)为目标组织室模型。他们区分对比增强CT,我们画了很多看到的肿瘤和正常肝组织相同的动物。最后,显示可视化一般吸收差异,我们创建了参数的图像 这是一个净流入速率常数使用Patlak图形模型与LV血池的血液输入函数。

我们使用酰胺(http://amide.sourceforge.net)的2 d和3 d可视化对比增强ct机和¹⁸F] FGln micro-PET / CT图像。

2.5。统计分析

所有动力参数计算了平均值和标准差。统计是基于未配对比较 - - - - - -是为测试和统计意义 。

3所示。结果

3.1。对比增强ct机

肝细胞癌肿瘤被对比增强ct机(图可视化3),这是基本定位正常肝脏和肿瘤室模型分析。

3.2。室模型分析

在禁食条件下流入速率常数( )使用纤维细胞室模型满足肿瘤明显低于MYC肿瘤( vs。 , )和正常肝脏( vs。 , ;图4)。涌入MYC肿瘤和正常肝脏没有不同禁食或nonfasted条件( )。有趣的是,速率常数nonfasted MYC肿瘤和正常肝脏(也就是更大的可变性。,higher standard deviation) than for fasted MYC tumors and normal livers (0.295 vs. 0.133 and 0.207 vs. 0.179, respectively). Our recent results demonstrated that although¹³C-glutamine注入导致了更高水平的¹³C-glutamine-derived克雷布斯循环中间体MYC肿瘤与邻近正常肝脏,相比的水平¹³C-glutamine和¹³C-glutamate在肝脏肿瘤中低于[32]。谷氨酰胺和谷氨酸池肿瘤可以低的结果明显高于分解代谢进入三羧酸循环。

此外,我们还生成参数的图像净流入速率常数( )使用Patlak图形模型显示总体视觉差异(¹⁸F] FGln吸收两种类型的肿瘤。图5表明有低得多体素在肿瘤相比会见了更高水平的体素在MYC肿瘤。

4所示。讨论

我们的研究是小样本大小的限制;然而,应该注意的是,我们的主要目标达到统计学意义的成像研究中,这是区分MYC和MET-induced在禁食条件下肝细胞癌肿瘤。一个重要的发现是,谷氨酰胺代谢差异测量在活的有机体内流入速率常数增长率和增加uptake-were反光MYC谷氨酰胺高分解代谢的肿瘤相比,遇到肿瘤(29日]。相对高信号在正常肝脏可以反映的积累¹⁸F] FGln分解代谢分解代谢由于其低于MYC肿瘤(32),需要进一步的研究。

我们研究的另一个限制是,我们的输入函数不存在的潜在代谢物代谢物分析已确认在活的有机体内生产的自由¹⁸F代谢物,阻碍的分析肿瘤接近骨(10]。然而,总的来说,周等人报道,标记的贡献代谢物小鼠肿瘤宠物信号很小(≤10%)和不太可能在image-derived指标有显著的影响(13]。由于我们使用使用左心室(LV)血池作为血液输入函数和体积小的兴趣在血池中,通常包括2 - 3压,我们相信这进一步最小化这一贡献。我们也吸引了多个看到每只动物的肿瘤和正常肝组织(直径2 - 3毫米)为目标组织室模型。Grkovski等人的体内稳定性分析重复分析周et al。(13]使用3-compartment药代动力学模型和2输入函数占radiometabolites的非特异性吸收,他们发现,对总信号的贡献约10% (-20%),0% (11]。信号从第三间比例在骨组织大于85%,预计因为积累的自由¹⁸f .然而,由于我们选择使用一组织室模型,这个信号是避免为研究积累Grkovski et al。11]表明的计算和是相对强劲,而和表现出更高的方差模型,假定自由¹⁸F并不显著积聚在肿瘤。

为了探索可能的分子机制我们的观察,我们检索数据为主要谷氨酰胺转运蛋白以及谷氨酰胺先前发表的微阵列数据集的分解代谢酶正常肝,MYC肿瘤,肿瘤(表1)[29日]。我们可以清楚地看到,多个谷氨酰胺转运蛋白调节MYC和肝癌组织会面,这些转运蛋白,MYC HCC演示表达高于遇到了肝癌。特别感兴趣是SLC7A6基因,编码LAT2,一个关键的谷氨酰胺转运体,已涉及癌症(33]。SLC7A6 MYC肝癌发现只有监管,而不是遇到了肝癌,一个非常有价值的结果,建议进一步研究和治疗的临床应用进行调查下调SLC7A6这个临床领域刚刚开始出现(34]。SLC7A6也被证实在小鼠模型中调节glutamine-dependent mTOR激活,降低灵敏度在胰腺癌33),导致的希望使用它作为胰腺细胞的治疗目标。我们的结果显示一个类似的通路在肝细胞癌。

这将是后续研究的极大兴趣调查是否SLC7A6 / LAT2谷氨酰胺转运体主要负责谷氨酰胺吸收MYC肝癌。为了验证这个假设,我们可以使用CRISPR-Cas9-based基因编辑删除SLC7A6 myc诱发肝癌。我们可以执行¹⁸F] FGln成像的老鼠,结果将提供关键信息这个转运体的作用在调节谷氨酰胺在MYC更新驱动的肝癌。

此外,有三个主要的谷氨酰胺酶分解代谢:gl和Gls2异化脱氨基作用的谷氨酰胺成谷氨酸和氨,而Glul编码GS,异化相反的反应。重要的是要注意,gl强烈调节在MYC肝癌,Gls2,同种型主要在肝脏,温和MYC肝癌中表达下调。相比之下,Glul强烈调节在遇到了肝癌。结果表明,遇到了肝癌产生谷氨酰胺通过从内部产生这种氨基酸通过谷氨酸。相比之下,MYC HCC积极利用谷氨酰胺在其进展(29日]。结果符合增加谷氨酰胺吸收MYC肝癌。

成像(¹⁸F] FGln,我们还发现,严格禁食(超过12小时)示踪前政府是首选条件评价谷氨酰胺代谢在活的有机体内测量的一致性。然而,我们还发现,急性禁食没有显著的影响(¹⁸F] FGln吸收我们的数据,建议进一步研究禁食的效果(包括急性和严格的)(¹⁸F] FGln吸收。

本研究证实了最近的研究对谷氨酰胺的功效作为PET成像在癌症的放射性示踪剂代谢和礼物第一分析(¹⁸F] FGln在活的有机体内肝细胞癌的影像。我们的研究结果结合当前文献谷氨酰胺吸收,¹⁸F] FGln单舱吸收最好的描述,没有捕获可逆的组织模型。

数据可用性

数据可从相应的作者在合理的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

Micro-PET / CT最初购买的高端仪器从美国国立卫生研究院的资助S10RR023051格兰特。