Method Article

使用[18F]FDG微PET / MR成像对小鼠中的棕色和米色脂肪组织进行可视化和定量

DOI:

10.3791/62460

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July 1st, 2021

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1State Key Laboratory of Pharmaceutical Biotechnology, The University of Hong Kong, 2Department of Medicine, Li Ka Shing Faculty of Medicine, The University of Hong Kong, 3Department of Diagnostic Radiology, Li Ka Shing Faculty of Medicine, The University of Hong Kong, 4School of Biomedical Sciences, Institute of Vascular Medicine, Chinese University of Hong Kong

In This Article

Summary

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使用基于微PET / MR成像的方法对小鼠中的产热脂肪库进行功能成像和定量。

Abstract

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棕色和米色脂肪细胞现在被认为是肥胖和代谢综合征的潜在治疗靶点。非侵入性分子成像方法对于提供对这些产热脂肪库的关键见解至关重要。在这里，该协议提出了一种基于PET / MR成像的方法，以评估小鼠肩胛间棕色脂肪组织（iBAT）和腹股沟皮下白色脂肪组织（iWAT）中棕色和米色脂肪细胞的活性。当与MR成像提供的精确解剖信息相结合时，使用[18F]FDG（不可代谢的葡萄糖类似物）作为放射性示踪剂，实现了产热脂肪库的可视化和定量。在冷适应后7 d进行PET/MR成像，并在不同脂肪库中定量[18F]FDG信号，以评估产热脂肪组织的相对动员。去除iBAT大大增加了小鼠iWAT中的冷诱发[18F]FDG摄取。

Introduction

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为了响应不断变化的营养需求，脂肪组织作为能量缓存，采用脂质储存或动员模式来满足身体的需求1。此外，脂肪组织在体温调节中也起着关键功能，通过称为非颤抖产热的过程，也称为兼性产热。这通常由棕色脂肪组织（BAT）实现，其表达丰富的线粒体膜蛋白解偶联蛋白1（UCP1）。作为质子载体，UCP1 通过解耦质子传输和 ATP 产生来产生热量2。在冷刺激下，BAT中的产热通过激活交感神经系统（SNS）启动，然后释放去甲肾上腺素（NE）。NE与β3肾上腺素能受体结合，导致细胞内环AMP（cAMP）升高。因此，CREB（cAMP反应元件结合蛋白）的cAMP / PKA依赖性参与通过直接结合CREB反应元件（CRE）2刺激Ucp1转录。除BAT外，白色脂肪组织中还发现了棕色样脂肪细胞，因此被命名为米色或brite（白色棕色）细胞1，3。为了响应特定的刺激（如寒冷），这些原本静止的米色细胞被重塑以表现出多种棕色样特征，包括多位点脂滴，密集的线粒体和增强的UCP1表达3，4，5。

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Protocol

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下文所述的规程遵循香港大学的动物护理指引。研究中使用的动物是8周龄的C57BL / 6J小鼠。

1. 动物外科手术和感冒挑战

  1. 进行肩胛间 BAT （iBAT） 解剖。
    1. 通过腹膜内注射氯胺酮/木拉嗪（100mg / kg体重氯胺酮和10mg / kg体重木拉嗪）麻醉小鼠。麻醉后，将小鼠的毛发从颈部剃到肩胛骨正下方。
    2. 消毒后将小鼠放在加热垫上，并沿着小鼠的背侧中线做一个2厘米的切口。
    3. 取下iBAT垫（双侧）。在假手术组中，做相同的切口，但保持iBAT垫完好无损。
    4. 出血停止后，使用7mm不锈钢伤口夹关闭切口。
    5. 手术后，给予小鼠美洛昔康（5mg / kg饮用水）6天，并将其安置在重症监护室（ICU）14天。伤口愈合后立即取下夹子（7-10天）。
  2. 小鼠的冷挑战:将小鼠置于热中性（30°C）下14天。第13天，将动物笼子在冷（6°C）中预冷过夜。在第14天，将小鼠置于环境室中6°C7天。在每个笼子里放两只老鼠。

2. 微型PET/MR校准和工作流程设置

注:微PET/MR成像使用顺序PET/MR系统进行（见 材料表）。将每只鼠标放置在成像床上;首先使用MR扫描解剖学参考....

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Results

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在这项研究中，三组小鼠（每组n = 3）接受了微PET / MR成像，其中它们被安置在热中性（30°C）或冷（6°C）下7天。一组小鼠（n = 3）在冷处理前将其iBAT（iBATx）移除（图1A）。该方法导致所有三只小鼠中白色脂肪组织活性的改变。特别是，使用微PET/MR成像在iWAT中观察到[18F]FDG摄取显着增加（图1B-C）。这种共同配准的成像数据被证明为最大强度投影（MIP），其中iWAT被清楚地描绘出来，以量化[18F]FDG摄取。一致地，与假手术组相比，多地点脂肪细胞是米色脂肪细胞的特征形态，在iBATx小鼠的iWAT中更为明显（图1D）。

为了验证是否可以通过微PET / MR成像监测这种长时间冷诱导的iBAT和iWAT活性的变化，对暴露于30°C和6°C的小鼠进行了成像研究，并比较了组间的结果。PET/ M.......

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Discussion

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在本研究中，描述了基于PET / MR的小动物功能性棕色和米色脂肪组织的成像和定量。该方法使用不可代谢的葡萄糖类似物[18F]FDG作为成像生物标志物，以便以非侵入性方式识别具有高葡萄糖需求的脂肪组织。MR提供良好的软组织对比度，可以更好地将脂肪脂肪组织与邻近的软组织和肌肉区分开来。当与PET结合使用时，由于高葡萄糖利用，这可以对活化的脂肪细胞进行成像和定量。这里概述的实验条件强调了使用[18F]FDG PET在体内研究iBAT和iWAT的 上调的可行性，并且对于评估新候选药物的产热影响具有潜在用处。此外，通过使用专门设计的动物床同时对多只小鼠进行成像，该协议可以很容易地修改为高通量格式，从而以更低的成本和时间增加成像数据的统计能力和置信度12，13。

目前，[18F]FDG PET/CT仍然是人类和啮齿动物中可视化BAT的最常见方法，标准方案已经得到充分确立

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Disclosures

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作者没有利益冲突需要披露。

Acknowledgements

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我們感謝中國國家自然科學基金會（NSFC）-優秀青年科學家基金（香港及澳門）（81922079）、香港研究資助基金會一般研究基金（GRF 17121520 and 17123419）及香港研究資助基金會合作研究基金（CRF C7018-14E）對小動物影像實驗的支持。

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
0.9% 无菌生理盐水BBraun0.9% 氯化钠静脉输注，500 mL
5 mL 注射器TerumoSS05L5 mL 注射器 Luer Lock
剂量校准器BiodexAtomlab 500
眼润滑剂Alcon Duratears无菌眼部润滑剂软膏，3.5 g
胰岛素注射器Terumo10ME29131 mL 带针胰岛素注射器
InterView Fusion 软件Mediso3.03 版后处理和图像分析软件
IsofluraneChanelle PharmaIso-Vet，吸入麻醉剂，250 mL
氯胺酮Alfasan International BVHK-37715氯胺酮 10% 注射液，10 mL
医用氧气Linde HKO101-HR压缩气体，99.5% 纯度
Metacam勃林格殷格翰5 mg/mL 美洛昔康注射液，用于狗和猫，10 mL
nanoScan PET/MR 扫描仪Mediso3 Tesla MR
Nucline nanoScan 软件Mediso3.0 版扫描仪作软件
绕线夹Reflex 7203-1007mm 不锈钢绕线夹，20个线夹
甲苯噻嗪Alfasan International B.V.HK-561792% 甲苯噻嗪注射液，30 mL

References

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  1. Rosen, E. D., Spiegelman, B. M. What we talk about when we talk about fat. Cell. 156 (1-2), 20-44 (2014).
  2. Cannon, B., Brown Nedergaard, J. adipose tissue: function and physiological significance. Physiological Review. 84 (1), 277-359 (2004).
  3. Jal Wu,, et al.

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