李丹妮 李瀟 楊劍 賈國(guó)榮 彭燁 左長(zhǎng)京

（上海長(zhǎng)海醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 上海 200433）

腫瘤骨轉(zhuǎn)移，尤其是前列腺癌骨轉(zhuǎn)移給腫瘤晚期病人帶來(lái)巨大痛苦［1］。223RaCl2（Xofigo?）注射液利用Ra2+離子與Ca2+離子類似的體內(nèi)生化性質(zhì)實(shí)現(xiàn)在骨轉(zhuǎn)移病灶的特異性沉積［2］，通過(guò)α內(nèi)照射減輕成骨性骨轉(zhuǎn)移病人的骨痛，具有良好的臨床價(jià)值。除聚集于骨骼部分之外，223RaCl2主要以糞便形式經(jīng)腸道 排 出 體 外（50%~60%）［3］。臨 床 實(shí) 踐 表 明，在223RaCl2注射4 h后，有約49%的核素存在于腸道當(dāng)中［4］，加之前列腺癌患者整體年齡偏大且身體機(jī)能退化，往往需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)天時(shí)間才能通過(guò)消化系統(tǒng)排泄清除［5］。由于223Ra發(fā)射高能量α射線，當(dāng)其進(jìn)入消化系統(tǒng)后，容易對(duì)臟器造成輻射損傷，引起惡心、腹瀉、嘔吐、外周水腫等副作用，甚至有可能造成不可逆轉(zhuǎn)的內(nèi)照射損傷。因此，促進(jìn)非特異性的消化系統(tǒng)223Ra清除，降低治療產(chǎn)生的副作用具有迫切的臨床需求。乙二胺四乙酸（Ethylenediaminetetraacetic Acid，EDTA）作為優(yōu)良的金屬螯合物，對(duì)于含鐳在內(nèi)的多種金屬具有明確的絡(luò)合效能，絡(luò)合后可形成一種水溶性復(fù)合物，通過(guò)泌尿系統(tǒng)排出［6］。

本研究擬利用223Ra容易與EDTA絡(luò)合的化學(xué)性質(zhì)，通過(guò)體內(nèi)絡(luò)合改變Ra2+體內(nèi)清除機(jī)制，建立清除胃腸道中游離223Ra的快速排毒方式。

1 材料與方法

1.1 材料

223RaCl2（Xofigo?）購(gòu)于中國(guó)同輻股份有限公司，乙二胺四乙酸（分析純）購(gòu)于Greagent公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物購(gòu)置于維通利華，并在清潔級(jí)環(huán)境長(zhǎng)期飼養(yǎng)。研究符合海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)要求?？紤]到223RaCl2的應(yīng)用場(chǎng)景（前列腺癌骨轉(zhuǎn)移），本研究采用10月齡、體重在400 g左右的雄性大齡Wistar大鼠作為研究對(duì)象。研究期間實(shí)驗(yàn)動(dòng)物維持正常飲食及12 h/12 h的正常光照并單只分籠飼養(yǎng)。圖像采集期間，動(dòng)物按照1.5 mL·kg-1體重給予3%戊巴比妥鈉進(jìn)行腹腔麻醉，麻醉時(shí)間維持在60~90 min。

1.3 給藥方式

223RaCl2注射：將223RaCl2（Xofigo?）注射液按照10倍于臨床用量（220 kBq（200μL/只））的方式進(jìn)行尾靜脈給藥，注射時(shí)嚴(yán)格防止藥物進(jìn)入皮下或者滲出導(dǎo)致輻射損傷或給藥量不夠。

EDTA靜脈注射：將EDTA配制成飽和溶液（0.5 mg·mL-1）后，按照1 mg·kg-1體重經(jīng)尾靜脈注射EDTA。

EDTA灌胃給藥：將EDTA飽和溶液采用灌胃針在大鼠清醒狀態(tài)下經(jīng)口按照10 mg·kg-1體重灌注EDTA。

1.4 SPECT/CT掃描

Wistar大鼠隨機(jī)分為4組，包括空白組（注射223RaCl2）、EDTA灌胃組（注射223RaCl2加灌胃）、EDTA靜注組（注射223RaCl2加靜注EDTA）、對(duì)照組（注射223RaCl2加注射生理鹽水），每組3只。對(duì)于223RaCl2在大鼠的體內(nèi)分布研究，采集注射223RaCl2后2 h、5 h、12 h、24 h、48 h和72 h的SPECT/CT斷層圖像。對(duì)于EDTA干預(yù)223RaCl2方式的對(duì)比研究，采集注射223RaCl2注射液12 h后，再經(jīng)EDTA尾靜脈或灌胃給藥后1 h的SPECT/CT斷層圖像。對(duì)于223RaCl2注射后經(jīng)尾靜脈給EDTA的優(yōu)化研究，采集注射223RaCl2注射液2 h后經(jīng)尾靜脈EDTA給藥30 min、75 min、2.5 h、4 h和6 h的單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT)/電 子 計(jì) 算 機(jī) 斷 層 掃 描(Computed Tomography，CT)斷層圖像。核醫(yī)學(xué)圖像使用德國(guó)西門子Symbia T16型SPECT/CT進(jìn)行采集，具體掃描方式如下：

SPECT采集使用高能通用型準(zhǔn)直器，選取223Ra衰變過(guò)程中的三種特征能峰進(jìn)行采集，能峰分別是85 keV、154 keV和270 keV，窗寬分別是20%、20%和15%，矩陣128×128，放大倍數(shù)1.45，雙探頭順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°采集32幀，每幀75 s；CT參數(shù)：電壓130 keV，電流35 mAs，重建層厚1 mm。重建獲得SPECT與CT同機(jī)融合圖像。

3D融合圖是運(yùn)用CT容積重建技術(shù)與SPECT斷層圖像的融合，具體方法：加載CT數(shù)據(jù)到3D視圖，選擇SPECT斷層融合數(shù)據(jù)后選擇3D Fusion卡片進(jìn)行融合，進(jìn)入Free View界面進(jìn)行3D融合圖像加載，運(yùn)用VOI Punch Mode對(duì)多余圖像進(jìn)行切割。

對(duì)于感興趣區(qū)的定量分析運(yùn)用Volumetric Activity軟件，加載CT與SPECT斷層融合圖，選擇Multi-frame Polygon模式進(jìn)行多層面勾畫感興趣體積（Volume of Interest，VOIs），獲得感興趣區(qū)的放射性總計(jì)數(shù)。對(duì)于骨攝取，選取不受腹部圖像干擾的肋骨與胸椎對(duì)應(yīng)位置逐層勾畫胸1~胸12錐體并融合為VOI；對(duì)于腸道和膀胱，選取腹部根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)逐層進(jìn)行ROI勾畫并融合為VOI。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

腸道輻射累積量和泌尿系統(tǒng)排泄量評(píng)估通過(guò)繪制腸道和膀胱攝取劑量與時(shí)間的變化曲線，并計(jì)算曲線下面積進(jìn)行EDTA干預(yù)前后的對(duì)比分析。統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0進(jìn)行，單組數(shù)據(jù)采用不少于三重復(fù)樣本，組間差異由paired t-test判斷其顯著性，p＜0.05為顯著性差異。圖表由Origin 8繪制。

2 結(jié)果

相較于人的代謝速率，大鼠更快地完成223RaCl2的血液清除、體內(nèi)分布、代謝及全身清除（圖1）。在藥物注射后24 h，胃腸道及膀胱未見(jiàn)明顯的放射性富集，223Ra主要富集于頭部骨骼、脊柱及四肢關(guān)節(jié)處。

圖1 大鼠靜脈注射223RaCl2注射液后的劑量動(dòng)態(tài)分布圖（3D SPECT/CT重建圖，骨窗）Fig.1 Dynamic distribution of radioactive dose in rats after intravenous administration of 223RaCl2 injection(representative 3D-reconstruction SPECT/CT images,bone window)

大鼠骨（胸椎1~胸椎12）的放射性攝取總計(jì)數(shù)在223RaCl2藥物注射后2 h，已達(dá)峰值的86.3%（圖2），注射后12 h達(dá)到該部位總計(jì)數(shù)的峰值（1 405±21）。到達(dá)攝取峰值后的計(jì)數(shù)隨時(shí)間降低符合223Ra的衰變規(guī)律（t1/2=11.4 d）和骨沉積以后“只衰變不清除”的特征。后續(xù)研究將223RaCl2注射后12 h（骨攝取的峰值）或者2 h（骨攝取峰值的86.3%）作為EDTA介入的起始時(shí)間點(diǎn)。

圖2 大鼠代表性骨攝取灶（胸1~胸12錐體）攝取223Ra的放射性總計(jì)數(shù)隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)改變Fig.2 Dynamic changes of the total radioactive counts of223Ra uptake in representative bone uptake foci(T1 to T12 vertebral bodies)in rats over time

灌胃和靜脈注射EDTA對(duì)于223RaCl2的體內(nèi)代謝清除方式有明顯的影響。如圖3所示，223RaCl2注射12 h后行EDTA灌胃，灌胃后1 h可見(jiàn)223Ra在胃部的二次富集（圖3（a）），而靜脈注射EDTA未引起胃部的二次富集（圖3（c））。EDTA的兩種給藥途徑對(duì)于223Ra經(jīng)腸道的代謝方式未引起明顯區(qū)別，但是兩種方式都引起腸道223Ra的局部增高。上述結(jié)果證明EDTA可以明顯改變?cè)缙?23Ra的胃腸道清除過(guò)程，靜脈注射更有利于胃腸道的保護(hù)。

圖3 EDTA在體干預(yù)223Ra代謝方式對(duì)比的典型SPECT/CT斷層顯像EDTA灌胃后1 h的胃部冠狀位(a)及腸道冠狀位(b)，可見(jiàn)胃部的223Ra富集（十字定位區(qū)），經(jīng)尾靜脈注射EDTA后1 h的胃部冠狀位(c)及腸道冠狀位(d)Fig.3 Typical SPECT/CT tomographic imaging of EDTA intervening in 223Ra metabolism in vivo.Coronal image of stomach(a)and intestine(b)1 h after EDTA gavage,showing the enrichment of 223Ra in the stomach(cross-localized area),coronal image of stomach(c)and intestine(d)1 h after EDTA injection via tail vein

靜脈注射EDTA或生理鹽水對(duì)223Ra的動(dòng)態(tài)分布對(duì)比如圖4所見(jiàn)，為充分降低胃腸道所受輻射，靜脈注射EDTA干預(yù)的時(shí)間提前到223RaCl2注射后2 h（223Ra骨沉積已完成86.3%）。在骨攝取未受影響的前提下，EDTA可導(dǎo)致腸道223Ra的快速清除，而對(duì)照組生理鹽水則未對(duì)223Ra的腸道清除產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用。

圖4 靜脈注射EDTA對(duì)223Ra的動(dòng)態(tài)分布對(duì)比圖（3D SPECT/CT重建圖，骨窗），上排為靜脈注射生理鹽水后的動(dòng)態(tài)顯像，下排為靜脈注射EDTA后的動(dòng)態(tài)顯像Fig.4 Dynamic distribution of 223Ra in rats after injection of saline(top panel)or EDTA(bottom panel)(representative 3DSPECT/CT reconstruction images,bone window)

EDTA干預(yù)對(duì)骨（胸椎椎體）攝取的影響和對(duì)腸道的保護(hù)作用，以及EDTA絡(luò)合游離223Ra后的代謝清除由圖5定量分析結(jié)果所示。EDTA靜脈注射（設(shè)定為0 h）后，特定骨骼的攝取仍在上升（圖5（a）），與對(duì)照組沒(méi)有顯著性差異。此時(shí)，由于EDTA的絡(luò)合作用，血液中的223Ra優(yōu)先被絡(luò)合并排出，所以腸道中的223Ra未繼續(xù)上升（圖5（b））；EDTA絡(luò)合腸道組織中的223Ra，改變代謝方式，經(jīng)泌尿系統(tǒng)代謝排出（圖5（c））。相比之下，對(duì)照組的223Ra繼續(xù)在腸道富集，在75 min達(dá)到峰值并隨后開(kāi)始逐漸代謝清除。在EDTA給藥后6 h的腸道223Ra清除率由（21.3±5.6）%（對(duì)照組）提高到（46.9±4.4）%（EDTA干預(yù)組），而干預(yù)組的6 h內(nèi)腸道累積輻射劑量較對(duì)照組下降了25.1%。

圖5 EDTA干預(yù)對(duì)于骨（胸椎椎體）攝取的影響和對(duì)于腸道的保護(hù)作用(a)骨的223Ra攝取趨勢(shì)不變，(b)腸道中223Ra在EDTA作用下迅速下降，(c)膀胱中223Ra在EDTA作用下迅速累積Fig.5 Effect of EDTA intervention on bone(thoracic vertebrae)uptake and protective effect on the gut(a)The trend of bone uptake of 223Ra remained unchanged,(b)223Ra in the intestine decreased rapidly with EDTAintervention,(c)The bladder demonstrated relatively high radioactive accumulation

3 討論

由于第二主族元素，尤其是Ca、Sr、Ba、Ra相似的元素化學(xué)性質(zhì)和接近的離子半徑，上述4種元素在體內(nèi)的分布情況基本相似［7］。與Ca2+的體內(nèi)骨沉積性質(zhì)相似，核醫(yī)學(xué)治療應(yīng)用較廣的89Sr作用于腫瘤骨痛的治療已經(jīng)具有多年的臨床應(yīng)用，并取得了較好的臨床效果［8］。223Ra2+也被用于腫瘤骨轉(zhuǎn)移的治療，同時(shí)，由于223Ra衰變過(guò)程中產(chǎn)生少量的β和γ衰變，使得該核素的檢測(cè)方式較89Sr更為豐富，尤其是γ射線可以用于單光子成像，對(duì)于223RaCl2給藥后藥物的病灶沉積和沉積強(qiáng)度、時(shí)長(zhǎng)有更為精準(zhǔn)的把控。SPECT顯像提示，較大比例的腸道富集和較慢的清除速率是引起223RaCl2給藥后副作用的主要原因。

EDTA作為優(yōu)良的金屬離子絡(luò)合劑，對(duì)于含鐳在內(nèi)的多種金屬具有明確已知的絡(luò)合效能，例如0.01 mol·L-1的EDTA溶液被推薦用于223RaCl2的除污劑［9］。EDTA已經(jīng)作為排毒試劑用于重金屬中毒后的體內(nèi)絡(luò)合［10］，說(shuō)明EDTA具有在體絡(luò)合Ra2+的潛能。同時(shí)，由于已經(jīng)完成骨沉積的Ra2+與骨骼中的羥基磷灰石形成復(fù)合物，則不會(huì)被EDTA帶出體外。由于EDTA是由腎臟排泄，因此患有活動(dòng)性腎臟疾病以及少尿或無(wú)尿的患者應(yīng)禁用。

本研究選用10月齡的成年大齡雄性大鼠，便于模擬潛在的中老年病患胃腸道代謝減慢的特征。本研究證實(shí)EDTA灌胃可以導(dǎo)致游離Ra2+在胃部的富集，但是較大的α核素濃度不利于減輕消化道副作用，因此選擇靜脈方式，在體結(jié)合Ra2+進(jìn)行體內(nèi)排毒具有更高的推廣價(jià)值。本研究選擇大鼠223RaCl2給藥后2 h按照1 mg·kg-1體重靜脈注射EDTA干預(yù)的方案，用量遠(yuǎn)低于小鼠靜脈給藥半數(shù)致死劑量（250 mg·kg-1）［11］。在較早的時(shí)間進(jìn)行干預(yù)有效降低非靶器官輻射累積劑量的同時(shí)，未對(duì)骨沉積產(chǎn)生影響，具有一定的借鑒價(jià)值。由于大鼠整體上較人的代謝清除速率更快，因此本研究中的EDTA給藥時(shí)間和給藥方式有待結(jié)合人體相關(guān)代謝特征進(jìn)一步優(yōu)化。

作者貢獻(xiàn)聲明李丹妮、李瀟：負(fù)責(zé)研究設(shè)計(jì)、解釋分析數(shù)據(jù)及論文撰寫；楊劍、賈國(guó)榮：負(fù)責(zé)動(dòng)物研究及成像采集；彭燁、左長(zhǎng)京：負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)技術(shù)指導(dǎo)和監(jiān)督。