[2H7]葡萄糖氘代谢成像技术：一种无辐射的肿瘤治疗疗效评估新方法

《SCIENCE ADVANCES》：Assessing cancer therapeutic efficacy in vivo using [2H7]glucose deuterium metabolic imaging

编辑推荐：为解决传统FDG-PET放射性暴露及代谢信息有限的问题，美国研究团队开发了基于[2H7]葡萄糖的氘磁共振成像（DMRI）技术，通过监测氘标记水（HDO）生成动态评估肿瘤糖代谢。研究发现该技术可灵敏区分BRAFi/MEKi治疗组与对照组的代谢差异，为癌症无创治疗监测提供新工具，成果发表于《Science Advances》。

　　

癌症是全球第二大死因，而现有影像技术如FDG-PET虽为金标准，却存在放射性风险且仅能反映葡萄糖摄取，无法全面评估下游代谢。针对这一瓶颈，美国研究团队在《Science Advances》发表了一项突破性研究，开发了基于全氘代葡萄糖（[²H₇]glucose）的氘代谢成像（DMRI）技术，通过追踪HDO生成实现无辐射、高特异性的肿瘤代谢监测。

研究团队采用多模态技术验证方法：通过Western blot筛选BRAFi（dabrafenib）和MEKi（trametinib）的剂量组合；体外培养Yumm1.7黑色素瘤细胞，利用²H NMR和GC-MS分析代谢物标记；建立小鼠皮下移植瘤模型，结合11.1 T高场MRI进行动态DMRI扫描，并整合化学位移成像与代谢通量建模（INCA软件）解析通路变化。

主要研究结果
1. 体外验证治疗对代谢的调控
Western blot证实BRAFi/MEKi显著抑制MAPK通路（pERK下调）。²H NMR显示治疗组HDO和²H-lactate生成减少50-74%，GC-MS揭示糖酵解与TCA循环中间体标记率下降，代谢模型进一步量化了TPI、GAPDH等关键酶通量降低。

2. DMRI实现肿瘤代谢可视化
优化后的成像流程（¹H RARE解剖定位+²H FLASH功能成像）在11.1 T下获得0.27 mm²分辨率。注射[²H₇]glucose后，肿瘤区信号强度较基线提升2.3倍，而D₂O对照组无空间特异性分布，证实信号源于代谢而非灌注。

3. 治疗响应的高灵敏度监测
治疗3天后，DMRI显示肿瘤总²H信号下降84%，H&E染色证实细胞密度降低。切片定位光谱发现治疗组HDO/glucose比值显著低于对照组，且与GC-MS测得的乳酸m+1标记率高度相关（r=0.89），验证HDO作为糖酵解标志物的可靠性。

4. [²H₇]葡萄糖的对比优势
相比[6,6′-²H₂]glucose，[²H₇]glucose使HDO信号提升2.7倍，SNR提高2倍，且早期动力学更利于捕捉代谢差异。

结论与意义
该研究首次将[²H₇]glucose DMRI应用于肿瘤治疗监测，证实HDO可作为糖酵解活性的定量标志物。其无辐射特性支持多次检查，且简单梯度回波序列即可实现临床转化。未来通过优化氘代底物（如[²H₅]glucose）和压缩感知化学位移成像，有望拓展至其他代谢性疾病评估，为精准医疗提供新工具。