强直性脊柱炎((Ankylosing spondylitis, AS)是一种累及中轴骨骼，尤其是骶髂关节(sacroiliac joint，SIJ)的慢性、进行性、炎症性疾病[1]。全球大约有2,300万人受到AS的困扰，并且呈现进一步增加的趋势[2]。结合临床症状、实验室检查以及影像学检查，如何对AS的精准诊断和治疗仍然是一个全球性的难题[3]。迫切需要一种新的、灵敏、特异、非侵入性的检查方法来诊断 AS，以便及时精准引导AS 的临床治疗[4]。

正电子发射断层扫描(PET)是一种新兴的医学影像技术，目前广泛应用于各种疾病的早期诊断、精确分期和手术定位[5]。目前临床上最常用的 PET/CT 显像剂是[¹⁸F]氟脱氧葡萄糖([¹⁸F]FDG)， 但[¹⁸F]FDG 对AS诊断特异性欠佳[6]。开发更特异性的分子 PET/CT 显像分子探针，用于AS的精准诊断， 同时可以对治疗或者干预 AS 的药物或者手术进行无创、实时、定量评价。P2X7 受体(P2X7R)是一种 ATP 门控离子通道，由多种免疫细胞表达，包括单核细胞来源的细胞系、T 淋巴细胞、B 淋巴细胞以及巨噬细胞等表达[7]。AS病人脊柱或者关节细胞外 ATP 浓度升高，表达P2X7R 炎性细胞被激活，进而激活下游 NLRP3 炎性小体，激活 Caspase-1，促进 IL-1β 的成熟和分泌[8]。有研究表明，P2X7R 基因的遗传变异与 AS 易感性相关，P2X7R 的过表达参与 AS 的进展[9]，但蛋白水平靶向P2X7R 的分子探针能否用于AS诊疗有待验证。

创新以及实验设计

作者在前期基础之上，通过亲核芳香族溴化前体氟化成功合成了 P2X7R靶向PET探针[¹⁸F]GSK1482160，与以往的放射合成方法相比，放射化学产率显著提高，而且体外以及体内稳定性显著提高（图1）。

图1 创新PET探针[¹⁸F]GSK1482160的合成以及体内/体外表征。

随后研究团队用蛋白多糖和二甲基二十八烷基铵(DDA)佐剂持续诱导14周构建小鼠 AS模型，在构建AS小鼠模型后的8周，下肢关节肿胀的明显症状开始出现，并随着建模时间的延长，下肢关节肿胀程度逐渐增加，并在第14周达到峰值（图2）。 作者利用新合成的探针[¹⁸F]GSK1482160，对照常规探针[¹⁸F]FDG，开展了系列AS小鼠的PET/CT成像以及定量研究。

图2 小鼠强直性脊柱炎（AS）模型的实验方法及炎性病理确认。

AS小鼠踝关节[¹⁸F]GSK1482160 PET显像摄取显著高于同龄对照小鼠

作者首先进行了[¹⁸F]GSK1482160和[¹⁸F]FDG PET/CT踝关节动态成像。与同龄对照组 （n = 8）比较，8周以及14周AS组（n = 8）注射[¹⁸F]GSK1482160后进行，踝关节有显著增高的放射性摄取; 然而，[¹⁸F]FDG摄取在各组之间没有显著差异(图3)。定量分析显示，[¹⁸F]GSK1482160在踝关节中的摄取与关节炎评分之间存在高度相关性(图3);[¹⁸F]FDG摄取与关节炎评分无关(图3)。

图3 [¹⁸F]GSK1482160和[¹⁸F]FDG micro-PET/CT踝关节动态成像。

AS小鼠骶髂关节[¹⁸F]GSK1482160 PET显像摄取显著高于同龄对照小鼠

接着作者进行了[¹⁸F]GSK1482160和[¹⁸F]FDG PET/CT骶髂关节动态成像。与对照组 （n = 8）比较，8周以及14周AS组（n = 8）注射[¹⁸F]GSK1482160后骶髂关节(SIJ)有明显的放射性摄取; 然而，[¹⁸F]FDG摄取在各组之间没有显著差异(图4)。 通过比较[¹⁸F]GSK1482160在脊柱各部位的结合势能（BP_ND）值，观察到在造模14周后，在尾状椎体(CV)、骶髂关节(SIJ)、腰6 (L6)、腰5 (L5)椎体显著升高。然而，在造模8周后，只有CV、SIJ和L6有显著升高(图4)，而[¹⁸F]FDG的Ki在四组之间无显著差异(图4)。

图4 [¹⁸F]GSK1482160和[¹⁸F]FDG micro-PET/CT骶髂关节动态成像

AS小鼠踝关节以及病人的脊柱关节免疫荧光染色验证

为了进一步确认AS 中P2X7R主要通过那种细胞参与强直性脊柱炎的病理过程，作者进行了AS小鼠踝关节以及强直性脊柱炎患者脊柱标本进行了免疫荧光染色。观察到AS组P2X7R(绿色)、 CD68(巨噬细胞，红色)和DAPI(蓝色)的共定位（图5，图6）。

图5 AS小鼠踝关节P2X7R以及CD68免疫荧光染色。

图6 人标本脊柱关节P2X7R和CD68的H&E染色和免疫荧光染色。