來源：生物探索 肥胖是一個全球性的問題，且呈現出逐年增長的趨勢。肥胖是一種慢性且復雜的疾病，肥胖會增加患2型糖尿病和心臟病的風險，還會影響骨骼健康和生殖，增加患癌的風險。因此，對于肥胖及相關代謝疾病的監測與診斷顯得尤為重要。而棕色脂肪組織BAT作為一種產熱型脂肪組織，能通過消耗脂肪酸和葡萄糖進行產熱，是一種經濟有效且無副作用的燃脂手段，能作為治療肥胖和代謝性相關疾病的有效靶點【1】。 近日，南方醫科大學附屬廣東省人民醫院的劉再毅教授研究團隊在Nature Metabolism雜志發表論文“Non-invasive mapping of brown adipose tissue activity with magnetic resonance imaging”，開發出了新的無創無輻射棕色脂肪代謝成像方法【2】。該方法可通過非侵入性無創無輻射的手段，為臨床中代謝性疾病的早期診斷和風險分層提供新的影像檢測手段。 目前臨床上現有的BAT活性檢測手段“[18F]氟脫氧葡萄糖（18F-FDG）正電子發射斷層掃描(PET)和計算機斷層掃描（CT），18F-FDG-PET/CT”，可通過檢測棕色脂肪對葡萄糖的攝取來對BAT的活性進行量化【6】。但該方法存在著電離輻射危害，不適合臨床上的廣泛使用與隨訪觀察。因此，臨床亟需一種無創無輻射內源性的棕色脂肪活性成像方法。 鑒于目前BAT活性定量成像方法存在的不足之處，本研究開發了一種基于肌酸的化學交換飽和轉移對比的非侵入性代謝磁共振成像方法（CrCEST-MRI）來評估嚙齒動物和人體內BAT的活性。在大鼠試驗中，通過藥物或冷暴露來激活BAT的活性，動態采集了CrCEST-MRI和18F-FDG PET/CT數據，監測了能量消耗，分析了BAT活化基因表達水平，檢測了離體BAT肌酸濃度。在人體試驗中，分別采集了人體冷暴露前后的臨床3T CrCEST-MRI與18F-FDG PET/CT數據。 研究證明了CrCEST-MRI對脂肪組織進行無創成像以檢測體內BAT激活的可行性。動態CrCEST能夠檢測出大鼠對藥物或冷暴露的BAT腎上腺素能激活，并通過18F-FDG PET/CT和生化測量肌酸濃度，以及產熱基因表達和能量消耗監測進行驗證。CrCEST-MRI也被證明可以檢測到人體冷誘導的BAT激活，與18F-FDG PET/CT成像結果保持一致。該方法能有效定量評估BAT的代謝產熱能力。該方法所具備的無創無輻射優勢，能廣泛應用于不同群體，且適合重復性的隨訪觀察，在臨床實踐中具有較高的應用前景。 本研究確立了CrCEST-MRI作為一種有前途的無創、無輻射棕色脂肪活性成像方法。CrCEST-MRI可以通過縱向和非侵入性的手段，為代謝疾病的發病機制提供分子洞察，有助于早期發現和風險分層，并作為開發、評估和指導新的治療策略的生物標志物。 參考文獻 1. Becher, T., et al. Brown adipose tissue is associated with cardiometabolic health. Nature medicine 27, 58-65 (2021). 2. Cai, Z., et al. Non-invasive mapping of brown adipose tissue activity with magnetic resonance imaging. Nature Metabolism 6, 1367-1379 (2024). 3. Wunderling, K., Zurkovic, J., Zink, F., Kuerschner, L. & Thiele, C. Triglyceride cycling enables modification of stored fatty acids. Nature Metabolism 5, 699-709 (2023). 4. Kazak, L., et al. A Creatine-Driven Substrate Cycle Enhances Energy Expenditure and Thermogenesis in Beige Fat. Cell 163, 643-655 (2015). 5. Ikeda, K., et al. UCP1-independent signaling involving SERCA2b-mediated calcium cycling regulates beige fat thermogenesis and systemic glucose homeostasis. Nature medicine 23, 1454-1465 (2017). 6. Chen, Kong Y., et al. Brown Adipose Reporting Criteria in Imaging STudies (BARCIST 1.0): Recommendations for Standardized FDG-PET/CT Experiments in Humans. Cell metabolism 24, 210-222 (2016).
BAT的產熱能力主要是由解偶聯蛋白1（uncoupling protein-1, UCP1）的表達介導的。然而，最近的研究表明，BAT也可以以不依賴于UCP1的方式產熱，如無用的脂質【3】、肌酸【4】和鈣循環【5】等依賴于ATP合成和消耗的無用循環。其中，肌酸與線粒體代謝有關，在線粒體氧化磷酸化過程中起重要作用。因此，肌酸在具有高度可變呼吸速率的能量密集型組織中的作用及其與ATP相關的產熱作用的聯系表明，肌酸可能代表BAT代謝功能和代謝性疾病診斷和治療的潛在生物標志物。