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摘要

动脉粥样硬化是西方世界大多数心血管事件的潜在病理。在斑块发展过程中，动脉壁的细胞和细胞外成分都发生形态学变化，这一点已经得到证实。细胞外基质(ECM)是由胶原蛋白、蛋白多糖、弹性蛋白和纤维蛋白等各种大分子组成的网络，不仅为血管壁提供结构支持，而且在生物信号传递和细胞相互作用中起着关键作用。目前标准的临床成像方法仅限于检测动脉粥样硬化的解剖变化。近年来，分子磁共振成像(MRI)成为一种很有前途的成像方法在活的有机体内的选择。分子MRI能够可视化斑块形成和进展中的生物变化，新型ecm靶向MRI造影剂的开发正在兴起。本文就分子探针在动脉粥样硬化背景下的ECM成像领域的最新进展进行综述。

关键字

动脉粥样硬化，胶原蛋白，弹性蛋白，纤维蛋白，分子成像，蛋白多糖

缩写

载脂蛋白e- /-:载脂蛋白e缺陷小鼠;高密度脂蛋白:High-densitiy脂蛋白;ESMA:弹性特异性磁共振显像剂;USPIO:超磁性氧化铁;TESMA:对流层弹性体特异性磁共振显像剂;呕吐:粘多糖;VSOP:非常小的超顺磁性氧化铁颗粒;LDLR -/-:低密度脂蛋白受体缺陷小鼠

简介

目前，心血管疾病造成了全世界近三分之一的突然和过早死亡病例[1]。动脉粥样硬化是脑卒中、急性心肌梗死等大部分高死亡率心脑血管临床表现的原因。它的定义是动脉血管壁斑块的形成，这是动脉细胞和细胞外成分的多因素改变的结果。细胞外基质(ECM)是健康和病变组织中普遍存在的元素。这对动脉粥样硬化斑块同样有效，其质量在很大程度上是由ECM成分形成的，如胶原蛋白、弹性蛋白、纤维蛋白、糖胺聚糖(GAGs)和蛋白聚糖。动脉粥样硬化的进展是由这些生物分子的分解和合成的微妙平衡所调控的。

目前的临床成像技术，即冠状动脉造影术和对比增强计算机断层扫描技术，集中于相对斑块大小来计算管腔狭窄程度。尽管这些成像模式是目前标准的诊断参考，但考虑到代偿性血管扩张可维持斑块质量增加而管腔不狭窄[2]，它们仅作为间接标记，低估了斑块负担。

磁共振成像(MRI)已经成为一种直接有效成像斑块沉积的无辐射技术。分子MRI通过对斑块形态学和生理学的附加评估，扩展了斑块解剖的信息，这两者对分析心血管事件风险[3]都至关重要。

越来越多的文献评价了新型心血管分子探针的发展(图1)。本文综述的目的是讨论ecm靶向造影剂的发展及其在动脉粥样硬化中的应用的最新进展。

图1所示。本文讨论了新型ECM靶向探针的分类（分为以下几组:(1)胶原蛋白(2)弹性蛋白(3)纤维蛋白(4)GAG)

细胞外基质的分子磁共振成像

Collagen-targeting探针

胶原蛋白家族由大约20个基因不同的亚型[4]组成，其中亚型I、III、IV、V、VI和VIII参与了动脉血管[5]的组成。虽然I亚型是健康组织[6]中的主要形式，但I、III、IV和V型在动脉粥样硬化斑块的ECM中高度表达，IV型在斑块的纤维帽中发现，而V型在晚期动脉粥样硬化[7]中尤其常见。这些特性使胶原蛋白成为ECM重塑的理想替代标记物。

斑块中胶原蛋白的总量和长度对风险评估至关重要。动脉粥样硬化开始后，胶原蛋白的表达大幅增加[8,9]，可贡献高达60%的动脉粥样硬化斑块ECM中的蛋白质[10]，负责维持斑块的完整性，减少破裂的危险。巨噬细胞和平滑肌细胞(SMC)分泌的激活基质金属蛋白酶(MMP1、mmp8、MMP13)[11,12]，将长链胶原蛋白链裂解为短肽[13]。这一过程在斑块的纤维帽区尤为突出，因此以胶原纤维高度破碎和胶原密度降低为特征的斑块容易破裂[14,15]。

EP-3533是一种I型胶原靶向探针等．在2007年[16]。迄今为止，这种基于钆的分子制剂已成功地用于特异性检测各种小动物疾病模型的早期纤维化，包括心肌梗死[16]、肝纤维化[17,18]和肺纤维化[19]。通过将EP-3533与高密度脂蛋白(HDL)纳米颗粒结合，不仅可以检测到动脉粥样硬化斑块，还可以在小鼠斑块回归模型[20]中测量其回归。

魏教授最近提出了另一种方法et al。[21]。在本研究中，钆标记的纳米颗粒包含血小板膜周围的合成纳米颗粒核心被用于小鼠Apo-E -/-模型。通过模拟血小板在动脉粥样硬化病理中的作用，这些颗粒与斑块部位的胶原蛋白、泡沫细胞和激活的内皮细胞相互作用。在体外实验证实，这种新型制剂能特异性地与IV型胶原蛋白结合。

Elastin-targeting探针

在ECM中发现的一种主要蛋白质是弹性蛋白[23]，它占动脉干重的一半，负责动脉壁的抗拉强度和生理完整性。对位弹性蛋白是弹性蛋白的可溶性前体，主要由SMC[24]表达，随后交联并合并成血管壁的环形弹性蛋白片层。在动脉粥样硬化的发展过程中，由各种生物信号[25]触发的弹性发生增加，反过来由mmp[26]引起的弹性溶解增加，导致碎片化和降解，导致斑块中ECM的组成和外观中断。

斑块基质中相对数量增加的弹性蛋白是一个极好的分子靶标。最近的研究工作导致了弹性靶向探针的发展。到目前为止，这种新型造影剂对弹性蛋白的特异性已经成功地进行了测试体外而且在活的有机体内在小型和大型动物模型中[27-30]。

该领域的最新进展是在一次成像中同时开发双探针分子MRI协议，将动脉粥样硬化Apo-E -/-小鼠模型[31]中的斑块负担与炎症活性的评估结合起来。在两个月的高脂饮食(HFD)后，基于铁氧化造影剂的积累在斑块发展的早期阶段最为显著，而弹性蛋白特异性探针在4个月的高脂饮食(HFD)后，在晚期斑块中积累最高。在这项研究中，两种探针都不影响另一种探针的可视化。结合与动脉粥样硬化相关的不同生物标志物，可以在未来更好地评估患者的风险。

Phinikaridou开发了另一种针对失功能弹性发生和弹性溶解的方法等．[32]。通过用钆标记的对流层弹性蛋白特异性磁共振造影剂靶向两种动物模型，即Apo-E -/-小鼠和新西兰大白兔，获得了一种新的斑块进展和不稳定的生物标志物。在Apo-E -/-对照组的延迟增强MRI (DE-MRI)中，钆- esma (Gd-ESMA)可以看到血管壁增强，而Gd-TESMA没有显示增强，因为在健康动脉中没有发现对肌弹性蛋白。在实验组的两只小鼠中，在给予Gd-ESMA和Gd-TESMA后，DE-MRI后的血管壁增强可见，而Gd-ESMA的增强比Gd-TESMA更强。由于动脉粥样硬化的血管壁同时含有交联弹性蛋白和对位弹性蛋白，Gd-ESMA与两者结合，因此Gd-ESMA比Gd-TESMA具有更强的增强作用。

Fibrin-targeting探针

在动脉粥样硬化的情况下，纤维蛋白的成像比弹性蛋白和胶原蛋白的成像更具挑战性，因为它比前面提到的要少。然而，纤维蛋白不是动脉壁的天然成分，这使纤维蛋白靶向探针成为一种有前途的和高度特异性的替代标记物。纤维蛋白不仅在斑块破裂后的凝血级联中起关键作用，而且在斑块进展[33]中也具有高度相关性。内皮通透性的增加导致纤维蛋白流入[34]，增加绝对斑块ECM质量[35]，并作为促炎细胞、血小板和SMC的粘附点[36,37]。研究表明，晚期斑块中纤维蛋白的相对数量增加，在坏死核心[33]中尤其高。

Botnaret al。开发了具有高度弛豫性和稳定性的以纤维蛋白为靶点的基于gadolin的肽探针EP-1873[38]，称为EP-1873，随后在动脉粥样硬化的新西兰大白兔模型中进行了测试。诱导斑块破裂，在MRI上可见破裂部位，与斑块完全重叠体外组织学结果[38]。进一步优化EP-1873s的稳定性和与纤维蛋白的结合特异性，开发出EP-2104R[39]。目前，该探针已应用于动脉、静脉、冠状动脉和心房血栓形成的大、小动物模型以及肺和脑栓塞[40-43]。更重要的是，也可以根据其纤维蛋白含量[44]来区分倾向于溶栓的血栓和稳定的血栓。需要进一步的实验研究来确定EP-2104R是否也可以作为斑块发展早期阶段的破裂前分子剂。

EP-1242是另一种纤维蛋白靶向小肽衍生物，已在急性颈动脉血栓形成豚鼠模型[45]中成功测试。造影剂迅速与血块富含纤维蛋白的表面积结合后，在静脉注射后30分钟内弥散于血栓内。该模型的侵入性限制了它只能检测急性闭塞性血栓，不包括非闭塞性和亚急性血栓的检测。

Glycosaminoglycan-targeting探针

GAGs是蛋白多糖的基本构建单元，通过与LDL、胶原蛋白、细胞因子和血小板的相互作用，在动脉粥样硬化的发生和发展中发挥重要作用[46,47]。与胶原纤维类似，GAG链的降解有助于斑块的不稳定性[48,49]。在健康动脉壁中发现的最常见的蛋白聚糖是biglycan、syndecan、perlecan、decorin和versican，最后提到的decorin在人类动脉粥样硬化病变中也高度表达。然而，在小鼠模型中，biglycan和perlecan在动脉粥样硬化斑块[50]中积累，而versican则没有。

几个在体外而且在活的有机体内研究调查了非常小的超顺磁性氧化铁颗粒(VSOP)与动脉粥样硬化相关的细胞类型和细胞外结构的相互作用[51-53]。结果表明，病理性增加的GAGs的相互作用影响了VSOP进入动脉粥样硬化病变的吸收和病变组织内的积累，从而使无创MRI评估斑块炎症和内皮通透性增加成为可能[52,53]。

结论和观点

总之，这篇综述概述了ecm靶向MRI探针的当前发展。分子磁共振成像是一种新兴的和有前途的非侵入性的方式，用于描述动脉粥样硬化进展的病理机制。ECM是健康组织和病变组织中普遍存在的重要组成部分，作为分子靶点发挥着关键作用。翻译研究允许应用和在活的有机体内这些造影剂的可视化，验证它们在动物模型中的特异性和有效性，并使新型分子磁共振成像探针的发展更接近临床设置。

的利益冲突

作者声明没有竞争利益。

的资金来源

本研究由德国研究基金会(Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG)资助，项目编号为372486779 - SFB 1340;马5943/3-1/4-1/9-1。

作者的贡献

D.B.M.进行了文献综述并撰写了手稿。mrm.设计并监督了这项研究。j.b.、j.m.、a.k.、J.O.K、M.T、B.H和A.L.对手稿进行了审阅、编辑和评论。

参考文献

1. Sidney S(2013)“心脏病和中风统计数据——2013年更新”和建立国家心血管监测系统的必要性。循环127:研讨会。
2. Glagov SWE, Zarins CK, Stankunavicius R, Kolettis GJ(1987)人动脉粥样硬化冠状动脉的代偿性扩大。N英语J医学316: 1371 - 1375。(Crossref)
3. Marnane M(2014)斑块炎症和形态不稳定与症状性颈动脉狭窄的早期卒中复发相关。中风45: 801 - 806。
4. Prockop DJ(1995)胶原蛋白:分子生物学、疾病和治疗潜力。学生物化学为基础64: 403 - 434。
5. Mayne R(1986)血管的胶原蛋白。动脉硬化6: 585 - 593。
6. Murata K(1986)人主动脉各层胶原蛋白类型及其随动脉粥样硬化过程的变化。1986.
7. Ooshima YM(1990)胶原代谢在动脉粥样硬化形成中的作用。Ann N Y科学学院598: 582 - 584。(Crossref)
8. 载脂蛋白e缺陷小鼠动脉粥样硬化斑块平滑肌细胞α 1型VIII型胶原基因的差异表达。J Vasc Res37: 158 - 169。
9. Plenz G(1999)动脉粥样硬化兔模型中胆固醇饮食和损伤后VIII型胶原蛋白的表达。Arterioscler。Thromb Vasc杂志19日:1201 - 1209。
10. Smith EB(1965)年龄和动脉粥样硬化对主动脉内膜化学的影响。2.胶原蛋白和黏多糖．J Atheroscler Res5: 241 - 248。
11. 基质金属蛋白酶和金属蛋白酶的组织抑制剂:结构、功能和生物化学。中国保监会Res92: 827 - 839。
12. Brinckerhoff CE(2002)基质金属蛋白酶:青蛙成为王子的尾巴。Nat Rev Mol细胞生物学3: 207 - 214。(Crossref)
13. Miller EJ(1976)哺乳动物胶原酶对II型和III型胶原的切割:两种胶原释放的较小片段的nh2末端部分的切割位点和初级结构。生物化学15: 787 - 792。(Crossref)
14. Lee RT(1996)人冠状动脉粥样硬化中的周向应激和基质金属蛋白酶1与斑块破裂的关系。动脉粥样硬化血栓血管生物学16: 1070 - 1073。(Crossref)
15. Fujii K(2003)溃疡性破裂斑块的血管内超声评估:急性冠状动脉综合征患者和无急性冠状动脉综合征患者的罪魁祸首和非罪魁祸首病变的比较。循环108: 2473 - 2478。(Crossref)
16. Caravan P(2007)胶原靶向MRI造影剂用于纤维化分子成像。Angew Chem Int Ed Engl46: 8171 - 8173。
17. Polasek M(2011)胶原靶向钆造影剂对肝纤维化的分子MR成像。Proc Intl Soc Mag Reson Med19.
18. Zhu B(2017)结合磁共振弹性成像和胶原分子磁共振成像对大鼠模型肝纤维化进行精确分期。肝脏病学65: 1015 - 1025。
19. Caravan P(2013)小鼠肺纤维化的分子磁共振成像。Am J呼吸细胞分子生物学49: 1120 - 1126。
20. Chen W(2013)胶原特异性肽结合高密度脂蛋白纳米颗粒作为MRI造影剂评估动脉粥样硬化斑块回归的成分变化．JACC:心血管成像6: 373 - 384。
21. Wei X(2018)血小板膜纳米粒子功能化使动脉粥样硬化多因素生物靶向检测成为可能。ACS Nano12: 109 - 116。
22. Parks WC(1993)细胞外基质。Adv Mol细胞生物学6: 133 - 182。
23. 胶原蛋白和弹性蛋白交联:动脉损伤后收缩重塑的机制。心脏循环物理289: H2228-H2233。
24. 人动脉疾病中的弹性发生:巨噬细胞在紊乱弹性蛋白合成中的作用。动脉粥样硬化血栓血管生物学23日:582 - 587。
25. Isik C(1994)急性动脉移植排斥反应模型中弹性蛋白的表达。移植．
26. 基质降解金属蛋白酶。Bioessays14: 455 - 463。
27. Makowski MR(2011)用弹性特异性磁共振造影剂评估动脉粥样硬化斑块负担。Nat地中海17: 383 - 388。(Crossref)
28. von Bary C(2011)使用弹性结合造影剂对冠状动脉损伤猪模型冠状动脉壁重塑的MRI成像。中国保监会Cardiovasc成像4: 147 - 155。
29. Onthank D(2007)一种新型低分子量磁共振造影剂选择性动脉壁成像。循环116 (ii 411-ii 412)。
30. 兔动脉粥样硬化模型中的血管重塑和斑块易损:弹性特异性造影剂的延迟增强MR成像与非增强黑血MR成像的比较。放射学271: 390 - 399。
31. Reimann C(2019)双探针分子MRI用于小鼠模型中动脉粥样硬化的体内表征:同时评估斑块炎症和细胞外基质重塑。Sci代表9: 13827。
32. Phinikaridou A(2018)对流层弹性蛋白:斑块进展和不稳定的新标志物。中国保监会Cardiovasc成像11.
33. Tavora F(2010)冠状动脉粥样硬化中纤维蛋白的免疫定位:对坏死核发展的意义。病理42:第15 - 22。
34. Valenzuela R(1992)动脉硬化主动脉内膜和血管假体伪内膜中纤维蛋白原衍生物的免疫电泳和免疫组化表征．是中草药141: 861 - 880。
35. 血栓形成在动脉粥样硬化及其并发症中的作用。在心功能杂志75 (3 b-11b)。
36. Katagiri Y(1995)参与- v - 3整合素促进纤维蛋白凝胶收缩。J临床生物化学270: 1785 - 1790。
37. 培养的血管平滑肌细胞向非交联纤维蛋白凝胶的迁移。Thromb Res84: 129 - 136。
38. 使用纤维蛋白结合磁共振成像造影剂进行急性和亚急性血栓形成的体内分子成像。循环109: 2023 - 2029。
39. Overoye-Chan K (2008) EP-2104R:一种用于检测血栓的纤维蛋白特异性钆基MRI造影剂。美国化学学会杂志130: 6025 - 6039。
40. Botnar RM(2004)使用纤维蛋白结合分子磁共振造影剂进行冠状动脉血栓的体内磁共振成像。循环110: 1463 - 1466。
41. 使用一种新的纤维蛋白特异性磁共振造影剂的脑静脉窦血栓形成的分子MRI。中风38: 1476 - 1481。
42. 猪模型心房凝块的分子磁共振成像。循环112: 396 - 399。
43. 新型纤维蛋白靶向造影剂对冠状动脉血栓形成和肺栓塞的分子磁共振成像。循环111: 1377 - 1382。(Crossref)
44. Andia ME(2014)纤维蛋白靶向磁共振成像可以在体内定量血栓纤维蛋白含量，并识别出适合溶栓的血栓。动脉粥样硬化血栓血管生物学34: 1193 - 1198。
45. Sirol M(2005)纤维蛋白靶向造影剂用于改善磁共振成像在体内急性血栓检测。动脉粥样硬化182: 79 - 85。
46. Wagner WD(1985)蛋白多糖的结构和功能与动脉粥样硬化有关。安纽约科学学院454: 52 - 68。
47. 贝伦森(1984)分子病理学的最新进展。碳水化合物-蛋白质大分子和动脉壁完整性——动脉粥样硬化形成的作用。Exp摩尔分册41: 267 - 287。(Crossref)
48. Kolodgie FD(2002)蛋白多糖和透明质酸在病灶中的差异积累:对斑块侵蚀的洞察。动脉粥样硬化血栓血管生物学22日:1642 - 1648。(Crossref)
49. Kruse R(1996)人主动脉中糖胺聚糖模式的胆固醇依赖性变化。基本Res心功能杂志91: 344 - 352。
50. kunjahoor VV(2002)大聚糖和perlecan在小鼠动脉粥样硬化模型病变中积累，而不是versican。动脉粥样硬化血栓血管生物学22日:462 - 468。(Crossref)
51. Ludwig A(2013)通过与糖胺聚糖的相互作用，静电稳定的氧化铁纳米颗粒快速结合到THP-1单核细胞。基本Res心功能杂志108: 328。
52. Wagner S(2013)使用柠檬酸盐包裹的超顺磁性氧化铁纳米颗粒对动脉粥样硬化进行磁共振造影增强成像:钙化微泡作为斑块表征的成像目标。Int J纳米8: 767 - 779。(Crossref)
53. polller WC(2016)柠檬酸包被氧化铁纳米颗粒通过斑块内皮细胞加速转运进入小鼠动脉粥样硬化病变。纳米研究9: 3437 - 3452。