Translational Neurodegeneration
使用TCO修饰抗体与氟-18标记四嗪实现靶向前脑部PET成像揭示Aβ病理
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本研究开发了一种基于双特异性抗体和预靶向策略的PET成像方法，成功实现了对脑内Aβ病理的高对比度可视化，克服了传统抗体成像受限于血脑屏障穿透和长半衰期核素的问题。
文献概述
本文《Pretargeted brain PET imaging reveals amyloid-β pathology using a TCO-modified antibody and a fluorine-18-labeled tetrazine》，发表于《Translational Neurodegeneration》杂志，回顾并总结了通过预靶向策略实现阿尔茨海默病（AD）相关Aβ病理的高分辨率PET成像。研究采用一种可穿越血脑屏障的双特异性抗体Bapi-Fab8D3，其靶向Aβ并借助转铁蛋白受体（TfR）介导的转运进入脑组织，并通过反式环辛烯（TCO）修饰作为生物正交反应位点。在抗体积累于Aβ沉积部位后，注射氟-18标记的四嗪探针，利用快速的生物正交点击反应实现体内原位标记，从而完成PET成像。该方法结合了抗体的高特异性与短半衰期核素的低辐射优势，为脑内不可成像蛋白靶点提供了通用策略。研究通过PET、组织放射自显影、离体定量及组织学分析验证了信号的特异性和分布，展示了在AD模型小鼠中显著高于对照组的成像信号，且信号分布与Aβ斑块一致。背景知识
阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病，其典型病理特征包括β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块的沉积和tau蛋白缠结。目前，Aβ-PET成像已成为AD临床诊断和药物疗效评估的重要工具，但现有PET示踪剂主要识别具有β-折叠结构的淀粉样蛋白，无法特异性区分不同Aβ亚型或捕捉可溶性寡聚体等治疗靶点。此外，许多其他神经退行性疾病相关蛋白（如α-突触核蛋白、TDP-43）尚缺乏有效的PET探针，限制了疾病的早期诊断和机制研究。抗体因其高亲和力和特异性，是理想的分子探针候选，但其大分子特性导致血脑屏障（BBB）穿透效率极低，且长半衰期核素（如Zr-89、I-124）带来的高辐射剂量限制了临床应用。预靶向成像策略为解决这一矛盾提供了新思路：先注射非放射性抗体，待其穿越BBB并结合靶点后，再注射短半衰期放射性小分子探针，通过生物正交反应实现靶点标记。其中，四嗪与TCO之间的反式环辛烯点击反应具有极高的反应速率和生物正交性，适用于体内快速标记。然而，如何高效实现抗体脑内递送、控制非特异性结合、优化反应动力学仍是技术难点。本研究正是在此背景下，整合了TfR介导的脑靶向双特异性抗体与F-18标记的四嗪探针，构建了一套高效、低背景的预靶向PET成像平台，为拓展脑蛋白靶点的分子影像学研究提供了范例。
研究方法与实验
研究采用双特异性抗体Bapi-Fab8D3，其一臂靶向Aβ，另一臂靶向小鼠转铁蛋白受体（TfR），以促进BBB穿越。该抗体经TCO-NHS酯修饰，形成TCO-Bapi-Fab8D3，通过SDS-PAGE和荧光检测确认TCO偶联数量。ELISA验证修饰前后抗体对Aβ和TfR的结合亲和力保持不变。在AppNL-G-F和Tg-ArcSwe两种AD模型小鼠及野生型（WT）对照中，评估TCO-Bapi-Fab8D3的脑内分布与TCO反应活性。通过尾静脉注射TCO-抗体，3天后取脑切片，与Ga-68标记的四嗪（[68Ga]Ga-DOTA-PEG11-Tz）孵育，进行放射自显影以检测TCO反应性。随后，比较两种F-18标记的四嗪探针（[18F]HTzA和[18F]MeTzA）的脑药代动力学，选择更适合的探针用于后续预靶向PET成像。为阻断外周TCO，使用非脑渗透的DOTA-PEG11-Tz进行预清除。最终，在AD模型和WT小鼠中进行预靶向PET成像：先注射TCO-Bapi-Fab8D3或未修饰抗体，3天后注射F-18标记四嗪，进行动态PET扫描，并结合CT进行图像配准。通过SUV标准化定量分析不同脑区（如海马、丘脑）的放射性摄取，结合离体γ计数和组织病理学验证结果。关键结论与观点
研究意义与展望
本研究成功建立了首个基于双特异性抗体和预靶向策略的脑Aβ病理PET成像体系，实现了使用短半衰期核素F-18对脑内蛋白沉积的高对比度成像。该方法克服了传统抗体PET成像中BBB穿透差和辐射剂量高的双重瓶颈，为AD的早期诊断和治疗监测提供了新工具。更重要的是，该策略具有高度通用性：只要存在特异性抗体，即可通过相同平台实现对其他难以成像的脑蛋白靶点（如α-突触核蛋白、TDP-43、炎症标志物）的可视化。这为帕金森病、额颞叶变性等神经退行性疾病的机制研究和药物开发提供了强有力的分子影像支持。
未来研究可进一步优化该平台，例如通过调整TCO偶联密度以平衡反应效率与抗体功能，开发更具脑渗透性或更快清除的四嗪探针以提升成像对比度，或拓展至非人灵长类动物以评估其临床转化潜力。此外，结合多模态成像（如PET/MRI）可提供更全面的病理与结构信息。该预靶向策略不仅适用于诊断，还可拓展至靶向放射性核素治疗（theranostics），实现“诊疗一体化”。因此，本研究代表了分子影像学领域的重要突破，为脑部蛋白病理的无创监测开辟了新路径。
结语
本研究创新性地将双特异性抗体介导的血脑屏障穿透技术与预靶向PET成像策略相结合，利用TCO-四嗪生物正交反应，成功实现了在活体小鼠脑内对Aβ病理的高特异性、高对比度PET成像。通过系统性注射TCO修饰的Bapi-Fab8D3抗体，该分子可借助TfR转运穿越血脑屏障，并特异性结合Aβ沉积。在给予充分时间清除循环中未结合抗体后，注射F-18标记的四嗪探针，其快速与抗体上的TCO发生点击反应，从而在Aβ沉积部位实现原位放射性标记。研究结果表明，该策略在AD模型小鼠中产生显著高于对照组的脑部信号，且信号分布与Aβ斑块一致，验证了其特异性与灵敏度。相较于传统抗体PET成像依赖长半衰期核素的方案，本方法利用F-18这一临床优选核素，显著降低了辐射暴露，提高了成像分辨率，更具临床转化前景。该平台的通用性使其有望拓展至多种神经退行性疾病相关蛋白的无创检测，推动分子影像学从“可观测淀粉样蛋白”向“可监测多样蛋白病理”跃迁，为疾病机制研究、早期诊断与治疗评估提供强大工具。
