一氧化氮检测型磁共振成像对比剂的合成及初步评价文献综述

一、课题背景

一氧化氮（NO）在体内是由L-精氨酸通过一氧化氮合酶(NOS)合成的，其在各种生理和病理反应中起着重要作用^[1]。NO已在多种生物体内被发现，并作为信使物质或效应分子在心血管、神经、免疫等系统中发挥极其重要的作用^[2]。近期研究表明，生物体内NO过量产生与多种疾病相关，包括心脏病、高血压、炎症和神经退行性疾病等^[3]。众所周知，不受控制的NO的分泌会导致活性氧/氮等组分的产生，这些组分与癌症、缺血、感染性休克、炎症、神经退行性疾病等大量疾病有关^[4]。虽然NO是一种相对稳定的自由基，但它容易并且迅速和生物体内其他自由基和金属蛋白反应，发挥生理和病理作用^[5]。NO的效果取决于其浓度，空间和时间限制及细胞的微环境。因此，对生命系统中NO的可视化和监视尤为重要。

由于NO浓度范围广（亚纳摩尔到微摩尔）^[6-7]、半衰期短（通常小于10 s，由于生成后迅速与氧气、血红素、硫醇、自由基等反应）^[8]、生成后扩散快^[9]等特点，要实现无创实时监测体内NO仍是领域内的一个挑战。

目前NO的主要检测方法为光谱法、电化学方法和磁共振波谱法。其中，光谱法（主要包括化学发光和荧光法）作为最常用的检测NO的手段，具有灵敏度高、选择性强、时间空间分辨率高和实验可行性强等优点，但其体内应用受到组织中光穿透，光散射和有毒光漂白副产物的限制；电化学方法由于其相对简单的仪器和直接、快速、实时的分析能力，也在此领域内占一席之地，例如Areum Jo等用电化学方法对活体小鼠大脑皮层表面的NO局部浓度实现体内成像，但存在数据采集时间相对较长和仅限于表面扫描的缺点^[10]；其他方法例如Griess比色法通过检测亚硝酸盐和硝酸盐间接检测NO，但需要非生物相容性的酸性条件^[11]；光声成像作为一种新兴的成像技术，具有实时、非侵入性成像NO的潜力^[12]，但其只能在皮下几厘米处进行成像。磁共振成像（MRI）技术几乎不受限于组织深度，同时具有较高的空间分辨率，可实现动态监视，已经成为临床常用的检测手段，有希望为NO的体内实时成像提供新的放法。

本课题组前期构建了邻苯二胺与Gd-DOTA相偶联的MRI对比剂A6（附件图1），结果表明A6在含氧条件下与NO反应后酰胺键断裂，生成Gd-DOTA。但该对比剂与NO反应前后的弛豫率(r₁)变化不明显，MRI信号强度改变较小，难以实现体内NO成像。基于二甲基吡啶胺的钆类MRI对比剂进入人体后可以与血液中的锌离子及人血白蛋白（HSA）相结合，分子量大增，弛豫率增大，产生很高的磁共振信号，该类对比剂已用于大鼠体内锌离子的检测中^[13]。因此，本研究计划将二甲基吡啶胺、邻苯二胺与Gd-DOTA连接在一起，构建新型MRI对比剂（附件图2），该对比剂进入血液后会产生较高的信号，含氧条件下遇到NO后酰胺键断裂，分子量骤减，弛豫率减小，磁共振信号降低，有希望实现NO的体内实时监测。

二、要解决的问题

构建基于锌离子放大信号的磁共振成像对比剂实现一氧化氮的体内成像。

三、可行性分析

由于人体中许多相邻组织间的NMR信号差别不大，故需要合适的造影剂选择性改变组织间的固有物理特性，如弛豫时间。临床常用的T₁造影剂有马根维显（Gd-DTPA）和多它灵（Gd-DOTA），由于DOTA具有较高的热力学稳定性和动力学惰性，故我们选择以Gd-DOTA为基础构建造影剂。