本文描述了一种对小鼠棕色脂肪组织（BAT）进行功能成像的方法，该方法采用标准化的微型PET/CT方案，无创地评估寒冷刺激下BAT对18F-氟代脱氧葡萄糖（FDG）的摄取。该方法具有良好的稳健性和灵敏度，可检测小鼠模型中BAT活性的差异。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
棕色脂肪组织（BAT）与白色脂肪组织（WAT）在解剖位置和颜色上存在差异，BAT呈棕红色，这是由于其血管丰富且线粒体密度较高所致。BAT在新生儿及成年哺乳动物的能量消耗和非颤抖性产热过程中发挥重要作用1。BAT介导的产热过程主要通过交感神经系统进行高度调控，尤其是经由β肾上腺素能受体实现2, 3。近期研究表明，成年人体内BAT的活性与体重指数（BMI）及其他糖尿病相关参数呈负相关4-6。因此，BAT被认为是一种潜在的抗肥胖/抗糖尿病治疗靶点，其机制聚焦于调节能量平衡6-8。尽管已有多种基于冷刺激的正电子发射断层扫描（PET）方法用于检测人体内的BAT9-13，但在小动物模型（如小鼠）中，目前尚无标准化的BAT成像与定量分析方案。本文描述了一种可靠的PET/CT成像方法，用于评估小鼠BAT的功能活性。简言之，成年C57BL/6J小鼠在禁食条件下接受4小时的低温处理，随后注射一剂18F-氟代脱氧葡萄糖（FDG）。注射FDG后，小鼠继续在低温环境中停留1小时，然后使用专用于小动物的微型PET/CT系统进行扫描。所获得的PET图像与CT图像进行配准，以提供解剖学参考，并分析肩胛间BAT区域的FDG摄取情况，从而反映BAT活性。该标准化的低温处理与成像方案已通过药理学干预实验得到验证，例如，使用β-肾上腺素受体拮抗剂普萘洛尔可抑制BAT的激活14, 15，而使用β3激动剂BRL37344则可增强BAT的激活16。本文所述方法可用于筛选调节BAT活性的药物或化合物，或用于识别在BAT发育与调控中起作用的基因及信号通路，适用于多种临床前及基础研究。
方案
1. 动物准备与冷处理
- 找到并检查一个已获准用于饲养实验小鼠的 4 °C 冷房。
- 前一晚将动物笼具放入冷房中预冷。笼具组装时不含饲料和垫料，但需配装一瓶水。
- 实验当天早晨，每隔 30 分钟将小鼠逐只放入预冷的笼具中。每只单独饲养的小鼠在转移至成像实验室前，需在冷房中停留约 4 小时。确保小鼠处于禁食状态，但可自由饮水。
- 冷处理 4 小时后，每隔 30 分钟将一只小鼠转移至成像实验室。可通过在泡沫箱内装满冰，并将预冷的饲养笼置于箱内冰上实现运输。将泡沫箱盖轻轻盖上，不要密封。
2. 建立微型PET/CT成像工作流程
本方案中，采用西门子Inveon专用PET（dPET）系统和Inveon多模态（MM）系统（CT/SPECT），在对接模式下实现微型PET/CT成像。将动物从MM入口处放入，首先进行CT扫描以获取解剖学参考图像，然后将其滑动至dPET中心，进行静态F18 PET图像采集。为了使主机计算机能够自动执行这些顺序操作，在实际成像之前，需使用Inveon采集工作台（IAW）软件预先编程以下“工作流程”。
- CT 采集：进行全身 CT 扫描时，将电流设为 500 uA，电压设为 80 kV，曝光时间为 200 毫秒，旋转角度为 240°，分 24....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
结果
小鼠棕色脂肪组织（BAT）的微正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（micro-PET/CT）成像示例见图1。CT成像提供解剖学信息，而PET成像则反映全身18F-FDG摄取的分布与数量。这些成像数据可单独显示（图1A和1B）、融合显示（图1C），或以三维方式呈现，例如最大强度投影（MIP，图1D）。借助三维成像工具，可在PET图像上勾画感兴趣体积（VOI），此处为肩胛间BAT区域（图1中箭头所示），并可将VOI内的总信号转换为%ID/g，即每克组织的注射剂量百分比（%ID/g）。在本示例小鼠中，BAT的FDG摄取值为19 %ID/g。为了验证该冷刺激及成像方案是否足够敏感，能够检测BAT活性的改变（无论是上调还是下调），我们分别使用β肾上腺素能受体拮抗剂普萘洛尔（propranolol）抑制BAT激活15，以及β3激动剂BRL37344增强BAT诱导16。这些药理干预在冷处理期间进行，具体时间为FDG注射前30分钟。PET/CT成像（
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
本研究建立了一种基于微型PET/CT的成像方法，用于检测成年小鼠的棕色脂肪组织（BAT）活性，该方法仅需冷刺激处理以及一次注射 commercially available 的18F-FDG。整个实验流程可在同一天内完成，按照每30分钟开始一次处理与成像的顺序依次进行，直至所有动物完成处理和扫描。在所述实验条件下，单台成像系统可在同一天内检测共计10只小鼠（或分为两组，每组5只）。若采用特殊设计的动物床，使两只或更多动物能够同时扫描，则此类通量的限制可被克服，这一点已有文献报道17。为完成本研究，我们依赖于结合微型PET/CT的成像系统，该系统可利用CT提供的精细解剖学信息。然而，当在F18发射数据采集前加入57Co透射扫描时，单独的微型PET系统亦可完成该任务。57Co透射数据可用于PET图像重建过程中的衰减校正，也可被重建以实现解剖定位。
该方案的关键步骤是优化冷处理的持续时间（例如，本研究中为5小时）。较短的冷暴露时间或完全不进行冷暴露可能导致活性接近本底水平，从而使该方.......
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
未声明任何利益冲突。
致谢
作者谨此感谢 Laura Diaz、Kevin Phillips、Willa A. Hsueh 和 King C. Li 在本方法开发过程中提供的有益建议和技术支持。
....访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 微型PET/CT成像系统 | Siemens Medical Solutions USA, Inc. | Inveon Dedicated PET System 和 Inveon Multimodality CT/SPECT System（对接式） | |
| 普萘洛尔 | Sigma | P0884 | |
| BRL 37344 | Sigma | B169 | |
| 18F-FDG | Cyclotope Inc. | ||
| C57BL/6J雄性小鼠 | Jackson Laboratory | 000664 | 3-4月龄 |
参考文献
- Cypess, A. M., Kahn, C. R. The role and importance of brown adipose tissue in energy homeostasis. Curr. Opin. Pediatr. 22, 478-484 (2010).
- Cannon, B., Nedergaard, J. Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol. Rev. 84, 2....
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
