CXCR4 PET/CT可预测急性心肌梗死后8个月左心室功能恢复 - 心脑血管

摘要

急性心肌梗死（AMI）会触发炎症反应，这是后续愈合过程的决定因素。我们推测，AMI早期C-X-C基序趋化因子受体4（CXCR4）的上调可以预测左心室（LV）重构和心脏结构功能结局。方法： 总计49名患者在AMI后第一周内接受了多模态心脏成像检查，包括使用特异性CXCR4配体68Ga-pentixafor的PET、心肌灌注成像和心脏磁共振（CMR）。40名患者在8.3±4.2个月后进行了随访CMR检查。结果： 初始PET检测到的梗死区域CXCR4表达显著高于血池（峰值标准摄取值[SUVpeak]，2.5±0.5 vs. 2.0±0.3；P<0.001），但在患者间存在较大差异（1.5-4.2）。计算出的CXCR4上调区域（CXCR4面积，中位数占左心室的27.0%；四分位距[IQR]，11.0%-42.0%）显著大于灌注缺损面积（中位数占左心室的18%；IQR，3.0%-33.5%；P=0.043），但不大于初始CMR中的晚期钆增强（LGE）范围（中位数占左心室的23.6%；IQR，18.2%-30.3%；P=0.382）。心肌CXCR4面积与初始左心室射血分数（LV-EF）（r=-0.533，P<0.001）、随访LV-EF（r=-0.420，P=0.005）以及反映心肌损伤区域的初始LGE范围（r=0.559，P<0.001）相关。与随访时的LGE范围无相关性。我们研究了基线68Ga-pentixafor摄取量与随访CMR得出的功能结局与已确立的心肌损伤标志物的关联。在8个月随访时，LV-EF显著改善（46.5±10.3% vs. 49.1±10.4%，P=0.049），LGE范围（占左心室的百分比）减少（中位数23.6% vs. 16.9%；P<0.001）。CXCR4面积成为随访LV-EF的独立预测因子（P=0.049），优于基线LGE范围（P=0.318）；然而，当考虑初始灌注缺损时，其预测价值减弱，表明病理生理信息存在重叠。结论： AMI早期进行CXCR4靶向分子成像有可能预测后续心室重构，可能成为风险分层和指导抗炎治疗的有用临床工具。

急性心肌梗死（AMI）是心血管死亡的主要原因。早期院内死亡主要由心律失常和心源性休克引起，再灌注时机至关重要。AMI后，患者可能发展为进行性心力衰竭，但可靠的预后工具仍然缺乏。需要新策略来限制AMI范围并预防或逆转不良左心室（LV）重构。缺血后早期心肌修复涉及复杂的细胞过程，梗死后炎症和纤维化对心室修复和愈合至关重要。因此，针对这一过程的某些方面可能对分子影像引导治疗有用。C-X-C基序趋化因子受体4（CXCR4）在缺血后炎症中起关键作用，可使用PET配体68Ga-pentixafor进行可视化。CXCR4以控制细胞迁移和介导免疫细胞归巢而闻名，也是癌症治疗的靶点。它可能有助于将白细胞募集到受影响区域。68Ga-pentixafor成像可识别心肌中的CXCR4表达，与心脏MR（CMR）得出的心功能参数相关。在小鼠中，心脏CXCR4上调预测了急性破裂和慢性功能障碍。在峰值表达时进行影像引导的CXCR4抑制比非峰值治疗效果更好，而持续抑制会损害恢复，单次给药治疗则能改善恢复。在患者中，CXCR4表达与梗死瘢痕体积、早期CMR参数、炎症生物标志物和左心室射血分数（LV-EF）相关，并预测主要不良心脏事件。因此，基于CXCR4的成像可能有助于识别适合抗炎治疗的候选者。本研究探讨了PET检测的CXCR4上调在AMI后LV重构中的作用，并评估其与已确立的心脏功能下降临床标志物相比的预后价值。

材料与方法

研究设计与参与者

本回顾性单中心研究纳入49名AMI患者。所有患者在AMI再灌注治疗后7天内接受了临床静息心肌灌注SPECT成像（MPI）、CXCR4靶向PET与68Ga-pentixafor以及CMR检查。每位患者均接受了经皮冠状动脉介入治疗和支架植入，并随后接受双联抗血小板治疗。纳入标准包括ST段抬高、既往无AMI病史、冠状动脉介入史或其他心脏手术史、血管成形术后立即成功再灌注、无全身免疫或感染性疾病，以及完整的成像数据集、临床记录和实验室参数。成像时的临床特征和用药详情见补充表1。记录的标准实验室值包括肌酸激酶峰值和肌钙蛋白T作为心肌损伤标志物，以及C反应蛋白和白细胞计数作为系统性炎症反应指标。68Ga-pentixafor的使用符合《赫尔辛基宣言》第37条和德国药品法第13.2b条。汉诺威医学院机构审查委员会批准了本研究（批准号2820-2015）。所有患者均提供书面知情同意用于回顾性数据分析。

PET和SPECT的定量评估

静息MPI在治疗后3.5±1.2天进行，使用专用心脏CZT相机（Discovery 530c；GE HealthCare）和99mTc-甲氧基异丁基异腈（356.7±37.6 MBq）评估再灌注成功率。所有患者均进行外部低剂量CT扫描，用于核心注册和衰减校正（120 mA，120 keV，层厚2.5 mm，16×1.25 mm探测器排，标准核，电影模式）。使用商用软件生成极地图（4DM；Invia）量化梗死大小，并与本地正常数据库进行比较。

CXCR4靶向PET在治疗后4.0±1.4天（范围1-7天）进行，使用特异性配体68Ga-pentixafor评估心肌炎症，该配体按良好生产规范在院内合成，并根据德国药品法第13.2b条在临床上使用。静态PET图像在静脉注射129.5±28.4 MBq 68Ga-pentixafor后60分钟开始采集，持续20分钟，使用Biograph mCT 128 PET/CT系统（Siemens Healthineers）。使用低剂量CT进行衰减校正。图像使用飞行时间信息和点扩散函数进行迭代重建（True X；Siemens Healthineers）。使用1 cm³感兴趣区和商用软件（syngo.via, V50B；Siemens Healthineers）计算梗死区域、远端心肌、血池（左心房）和其他器官的SUVpeak和SUVmean。使用先前描述的相同阈值通过极地图分析计算CXCR4上调的心肌区域。使用AHA 17节段模型和Munich Heart研究软件计算平均节段SUV。此外，使用包括所有高于个体阈值（血池SUVmean+2 SD）的体素的等轮廓感兴趣区确定心肌CXCR4体积，该方法已获验证。

心脏磁共振成像

基线CMR在治疗后4.6±2.3天（范围1-10天）对所有49名患者进行，40名患者在8.3±4.2个月（范围4.4-29.5个月）后进行随访CMR。在1.5-T扫描仪（Magnetom Avanto；Siemens Healthineers）上获取原生和增强扫描。使用平衡稳态自由进动序列（True FISP）获取电影图像。使用T2加权三重反转恢复序列在相应切片中评估心肌水肿范围和严重程度。在静脉注射0.15 mmol/kg钆-二乙烯三胺五乙酸（gadobutrol；Bayer Healthcare）后10-15分钟，使用相敏反转恢复序列进行晚期钆增强（LGE）成像。使用商用软件（Segment CMR；Medviso）分析心脏功能参数。通过描绘收缩末期和舒张末期帧中的左心室内侧和外侧轮廓，测量LV-EF、左心室质量、舒张末期容积、收缩末期容积和每搏输出量。在晚期增强系列中，自动进行瘢痕分割以确定瘢痕体积（cm³）和瘢痕范围（占LV百分比）。此外，评估节段性LGE、瘢痕透壁性和壁增厚。

统计分析

使用SPSS 27版和GraphPad Prism 9版进行统计分析。分类变量以绝对频率和相对频率表示。使用Shapiro-Wilk检验评估连续定量变量的高斯分布。对于符合高斯分布的数据，应用配对Student t 检验或单因素方差分析与Tukey多重比较检验。非参数非配对数据使用Mann-Whitney U 检验分析。计算皮尔逊相关系数用于双变量相关分析。使用多元线性回归识别独立结局预测因子。所有统计检验均为双侧，P值小于0.05被认为具有统计学意义。

结果

系统炎症反应和损伤标志物与CXCR4上调相关

在梗死区域观察到升高的68Ga-pentixafor摄取，SUVpeak为2.8±0.5。梗死SUVpeak与脾脏（r=0.314，P=0.007）、肝脏（r=0.352，P=0.013）、骨髓（r=0.393，P=0.003）和血池（r=0.434，P<0.001）的摄取显著相关。脾脏测得的SUVpeak最高。梗死SUVpeak与MPI得出的灌注缺损大小、LGE范围、心脏生物标志物或系统性炎症血液标志物无相关性。

相比之下，以心肌CXCR4面积表示的CXCR4上调范围（中位数占LV的27.0%；四分位距[IQR]，11.0%-42.0%）与MPI得出的灌注缺损大小（中位数占LV的18%；IQR，3.0%-33.5%；r=0.672；P<0.001）和基线LGE范围（中位数占LV的23.6%；IQR，18.2%-30.3；r=0.559；P<0.001）显著相关，以及与心脏生物标志物（最大肌钙蛋白T：r=0.419，P=0.003；最大肌酸激酶：r=0.529，P<0.001）相关，但与系统性炎症血液标志物（白细胞计数：r=0.003，P=0.986；C反应蛋白：r=0.131，P=0.970）无关。此外，CXCR4上调范围以CXCR4体积表示。相关结果与CXCR4面积结果匹配，见补充图4。

CXCR4阳性区域与低灌注梗死区域相关但略大

CXCR4面积中位数为27.0%（IQR，11.0%-42.0%），范围为LV的0%-91%。MPI灌注缺损大小中位数为LV的18.0%（IQR，3.0%-33.5%），范围为0%-63%。49名患者中有4名（8.2%）观察到完全再灌注，表现为无明显灌注缺损。通过LGE范围评估的心肌损伤中位数为29.8 mL（IQR，22.9-45.7 mL）或LV的23.6%（IQR，18.2%-30.3%），范围为8.1%-94.8%，与灌注缺损大小（r=0.543，P<0.001）和CXCR4面积（r=0.559，P<0.001）显著相关。其他来自CMR的全局参数详见表2。在多模态比较中，CXCR4面积显著大于灌注缺损大小，但不大于LGE范围（27.0% vs. 18.0% vs. 23.6% LV）。图3展示了患者示例。

CXCR4区域与CMR和SPECT损伤及功能标志物相关

CXCR4面积与MPI确定的初始灌注缺损大小（r=0.672，P<0.001）和LGE范围（r=0.559，P<0.001）呈显著正相关。随访时，观察到LGE范围显著减少（中位数23.6% vs. 16.9% LV，P<0.001）。CXCR4面积与随访时的LGE范围无相关性。当检查与心室容积和功能的关系时，基线CXCR4面积与舒张末期容积（r=0.202，P=0.007）和收缩末期容积（r=0.401，P=0.004）呈正相关。然而，在随访时，CXCR4面积与收缩末期容积（r=0.309，P=0.052）或舒张末期容积（r=-0.068，P=0.675）无显著相关性。此外，CXCR4面积与初始LV-EF呈负相关（r=-0.533，P<0.001），表明炎症越强烈，基线心脏功能障碍越严重。随访时，LV-EF显著改善（46.5±10.3% vs. 49.1±10.4%，P=0.049），CXCR4面积与LV-EF之间仍存在显著相关性（r=-0.420，P=0.005）。然而，未检测到CXCR4面积与LV-EF改善之间的显著相关性（r=0.053，P=0.743）。分析CXCR4体积时观察到类似的相关性。未观察到梗死SUVpeak与功能标志物之间的显著相关性。症状到导丝的平均时间为289±263分钟（范围71-960分钟）。这与SPECT、PET或CMR得出的任何全局心肌损伤标志物均无相关性。值得注意的是，所有患者均接受了非常及时的干预。

CXCR4上调区域是心脏功能下降的独立预测因子

在单变量分析中，CXCR4面积、灌注缺损大小和LGE范围与随访LV-EF呈逆相关。进行受试者工作特征分析以评估单个成像参数预测随访时LV-EF降低（<40%）的能力。在测试的参数中，CXCR4信号面积显示出最高的预测准确性（曲线下面积，0.792），略优于灌注缺损大小（曲线下面积，0.721）和初始LGE范围（曲线下面积，0.750）。

在多元线性回归模型中，CXCR4面积和基线LGE范围直接比较，只有CXCR4面积成为随访时心脏功能的独立预测因子。当将灌注缺损大小纳入模型时，没有任何参数是显著预测因子，但只有CXCR4面积倾向于具有独立显著性。

节段分析

对于PET、MPI和CMR的详细节段分析，纳入基线时833个节段（49名患者）和随访时680个节段（40名患者）。总共833个节段中有231个（27.7%）被分类为CXCR4阳性，与全局CXCR4分析一致。观察到CXCR4信号、灌注缺损和LGE之间的区域匹配。833个节段中，222个（26.6%）显示灌注受损（节段灌注<60%），229个（27.5%）呈现显著LGE。PET阳性节段灌注受损，基线时LGE增加。PET阳性节段还表现出初始壁增厚较差，表明区域性心肌收缩功能受损。随访时，680个节段中有142个（17.1%）仍显示LGE，初始PET阳性节段与PET阴性节段相比仍具有增加的LGE。此外，随访时，PET阳性节段壁增厚仍受损。区域比较显示，与灌注正常且CXCR4信号升高或不升高的节段相比，灌注减少且CXCR4信号升高的节段在基线和随访时区域壁增厚均较低。

讨论

在本研究中，我们使用68Ga-pentixafor PET成像对AMI后心肌CXCR4表达进行了详细的全局和节段分析。我们观察到心肌CXCR4表达在很大程度上与灌注缺损大小和LGE范围相匹配，CXCR4信号略大。这强调了CXCR4靶向PET所显示的炎症超出了不可逆损伤的心肌范围，可能反映了对缺血和再灌注损伤的更广泛免疫反应，影响了挽救和未挽救的组织。这种模式与先前的临床前数据一致，表明在梗死和梗死周围区域存在广泛的缺血后炎症，即使在没有透壁坏死的情况下也是如此。节段分析支持这一点，显示CXCR4阳性区域的范围与LV功能受损相关，提供了炎症空间分布的见解。

CXCR4表达还与肌酸激酶和肌钙蛋白等心脏损伤生物标志物显著相关，强调了其在评估AMI严重程度方面的相关性。重要的是，CXCR4面积被发现是随访时LV-EF的独立预测因子，展示了其作为后期心脏功能障碍早期预后标志物的潜力。在我们小规模观察性研究中，无法检测到CXCR4面积与从基线到随访的LV-EF改善之间的显著相关性。这可能是由于样本量小、LV-EF总体变化小以及重复测量引入的误差放大所致，这得到了LV-EF变化与灌注缺损和LGE之间缺乏相关性的支持。我们的发现表明，CXCR4靶向成像可能通过捕获超出不可逆损伤的炎症活性提供补充信息，即使在早期再灌注和LV-EF大多保留的患者亚组中，当肌钙蛋白等传统生物标志物预测价值有限时也是如此。值得注意的是，CXCR4的预测价值并非独立于灌注。尽管心肌顿抑可能对随访时观察到的LV-EF适度改善有所贡献，但基于CXCR4的PET仍提供了预后价值，即使在LV-EF相对保留和早期冠状动脉介入的队列中也是如此。

然而，作为68Ga-pentixafor信号细胞来源的炎症级联的具体组成部分尚未确定。临床前研究与体外测试一起表明，CXCR4由多种白细胞亚型表达，包括单核细胞、粒细胞、T细胞、B细胞和自然杀伤细胞，以及骨髓来源的祖细胞。因此，CXCR4摄取可能反映了炎症细胞的积累。尽管如此，不能排除CXCR4信号可能受也表达CXCR4的其他细胞类型（如成纤维细胞和心肌细胞）调节的可能性。CXCR4是检测易损动脉粥样硬化斑块的合适示踪剂，可能导致心肌梗死。

炎症是AMI后心脏重构和功能结局的关键决定因素。先前使用18F-FDG PET成像的研究表明，炎症与不良重构和射血分数降低呈逆相关。尽管FDG对炎症亚型特异性较低，但我们的数据表明CXCR4成像提供了更具针对性的方法。炎症与纤维化过程密切相关。损伤后静止成纤维细胞的激活在梗死后重构中起重要作用。成纤维细胞活化蛋白抑制剂（FAPI）等纤维化靶向PET示踪剂已被探索用于检测心肌中活性纤维化过程的能力。在FAPI PET成像中，发现成纤维细胞在梗死核心之外被激活，表明活化的成纤维细胞延伸到心肌边缘区。尽管FAPI和CXCR4靶向不同的细胞群，但它们在重构中的相互作用值得进一步研究。尚未对CXCR4和FAPI示踪剂在评估梗死后重构方面进行直接比较；然而，临床前研究已在同一动物中评估了多种示踪剂方法，例如，在AMI后使用巨噬细胞靶向示踪剂与FAPI进行比较。进一步的临床前和临床研究可能为受伤心脏中炎症和纤维化之间的相互作用提供有价值的见解。

我们的发现与临床前数据一致，表明CXCR4表达的预后价值及其作为治疗靶点的潜力。在广泛的损伤严重程度范围内，包括永久性冠状动脉闭塞、缺血或再灌注以及压力超负荷，据报道，心肌梗死后CXCR4表达反映了整体炎症反应的范围和强度。在小鼠模型中，CXCR4持续上调与愈合受损、心脏破裂风险增加和长期功能障碍相关，而及时的CXCR4阻断通过加速炎症消退改善了结局。值得注意的是，在适当时间给予CXCR4阻断可改善小鼠心脏功能。CXCR4抑制的时间对于治疗成功至关重要，早期干预产生更好的结果。在68Ga-pentixafor PET成像的背景下，CXCR4表达在梗死后早期达到峰值，对应于炎症细胞在梗死区域的浸润。因此，成像不仅可以帮助指导治疗干预的时机，还可以帮助选择靶向治疗的患者。

尽管我们没有研究治疗调节，但我们的结果支持CXCR4靶向成像识别可能从抗炎治疗中受益的患者的潜力。在动物模型中，CXCR4阻断可以减少炎症并改善心脏结局。然而，需要对AMI患者进行进一步的随机试验，以确定CXCR4靶向治疗是否能够改善长期心脏重构和功能。

本研究强调了使用68Ga-pentixafor进行CXCR4靶向PET成像在评估AMI后炎症过程中的效用。我们的发现表明，CXCR4表达是心肌炎症的可靠标志物，与心脏生物标志物和功能结局相关。未来研究应探索CXCR4靶向治疗和成像引导干预在改善梗死后恢复和患者结局方面的作用。

必须承认一些局限性。LV-EF的观察差异（46.5% vs. 49.1%）在统计学上显著但适度。这种有限的变化可能反映了早期经皮冠状动脉介入治疗再灌注的典型情况，其中主要功能恢复可能受到限制。重要的是，CXCR4成像捕获的炎症通路可能影响梗死后重构，而不仅仅是收缩功能，包括对舒张松弛、纤维化、心律失常基质和药物反应性的影响。先前的研究也将升高的CXCR4信号与更差的临床结局联系起来。此外，样本量相当小，回顾性分析的性质导致随访队列略小。CXCR4靶向成像和潜在干预是否在更大梗死或延迟再灌注情况下保持其预后或治疗价值，仍是一个开放性问题，应在涉及更严重或异质性表现的未来研究中解决。未进行连续PET成像，留下CXCR4表达的时间动态未表征。由于缺乏既定标准，我们使用阈值检测CXCR4阳性心肌区域。由于缺乏经过验证的替代方法，该方法被用作尽可能最佳的方法，并且之前已成功使用。然而，其他指标，如SUV或不依赖阈值的节段分析，证实了我们研究的主要结论。

值得注意的是，梗死区域的PET信号明显升高，由于缺血损伤导致壁增厚受损。因此，部分容积效应被认为较小，并且由于缺乏既定方法，未对这些效应进行校正。此外，由于所有研究均在不同日期的不同成像系统上获取，PET、SPECT和CMR结果的匹配可能不完善。通过在临床可行的最短时间内进行成像，减轻了这些差异。灌注缺损大小、CXCR4面积和LGE范围等全局参数相互独立获取。区域分析基于标准17节段模型，使用仔细匹配的重新调整图像。

我们的发现应被视为为未来研究提供假设生成，旨在确定CXCR4表达的最佳成像时间点，以有效预测梗死后重构进展。尽管CXCR4 PET在多变量分析中未提供超出静息SPECT MPI的增量预后价值，但它提供了关于梗死后炎症的互补、病理生理相关的信息，这可能对未来的诊疗应用特别相关。未来的研究还应旨在评估CXCR4靶向成像相对于传统临床风险标志物、CMR和其他分子成像方法（如对损伤的炎症反应成像）的附加价值。未来使用混合PET/MR系统可能实现CMR和PET数据的同时获取，增强对AMI后心肌修复的研究。

结论

使用68Ga-pentixafor的非侵入性PET成像允许在AMI后早期进行心肌CXCR4表达的体内评估，揭示信号范围和强度的显著个体间差异。尽管信号范围与初始灌注缺损显著相关，但强度可能捕获超出单纯缺血损伤的额外炎症特征。这种双重评估可能增强对梗死后心肌炎症的表征。重要的是，CXCR4上调成为后续心肌功能障碍的独立预测因子，优于已建立的CMR衍生成像参数。这些发现表明，基于PET的CXCR4成像有望用于AMI后的早期风险分层。尽管需要进一步的前瞻性研究来证实这些发现，CXCR4成像可能支持未来靶向、炎症引导的治疗策略的发展。

披露

本工作得到了德国研究基金会（DFG，临床研究单位KFO 311资助Johann Bauersachs和Frank Bengel；以及Clinician Scientist Program PRACTIS资助Johanna Diekmann）、Leducq基金会（跨大西洋网络"Immunofib"资助Frank Bengel、James Thackeray、Johanna Diekmann和Annika Hess）、由Else Kröner-Fresenius基金会资助的nextGENERATION医学科学家计划（Annika Hess）以及"REBIRTH-再生医学转化研究中心"（下萨克森州资助James Thackeray、Johann Bauersachs和Frank Bengel）的支持。未报告与本文相关的其他潜在利益冲突。