瑞金新知速递 第629期|李彪教授团队利用一体化PET/MR发现癫痫发作期有氧糖酵解新型影像标志物

2022年5月，李彪主任医师在《EBioMedicine》杂志在线发表题名为“Aerobic glycolysis imaging of epileptic foci during the inter-ictal period.”——有氧糖酵解分子影像在癫痫发作间期应用的研究论文。

核医学科李彪主任医师、上海科技大学iHuman研究所Garth Thompson研究员为论文的共同通讯作者，核医学科张淼主治医师、上海科技大学生命学院秦琪凯博士研究生为论文的共同第一作者。

doi: 10.1016/j.ebiom.2022.104004.

首次利用一体化PET/MR获得基于氧-葡萄糖代谢的新型影像标志物rOGI，成功完成临床转化，应用于药物难治性癫痫的精准定位及有氧糖酵解的研究中。癫痫发作期神经元细胞发生电生理活动的主要能量来源于有氧糖酵解，而发作发作间期的改变尚不明确。本研究发现在颞叶癫痫发作间期患侧海马rOGI也显著增高，可以作为癫痫精准定位的新型影像标记物。

有氧糖酵解的紊乱与多种神经系统疾病相关，如癫痫，痴呆，亨廷顿病，营养不良相关疾病等，为疾病早期诊断和干预提供了新视角和新靶点。氧葡萄糖指数（OGI）定义为大脑氧代谢速率（CMRO2）与葡萄糖代谢速率（CMRglc）的比值，反映了有氧糖酵解的程度。传统OGI成像方法需要多次PET扫描，多次注射放射性示踪剂，包括¹⁸F-FDG和 ¹⁵O-O₂，¹⁵O-O₂的半衰期很短，只有2分钟，临床开展非常困难。本课题组采用了创新的方法，首次利用一体化PET/MR进行rOGI成像，通过功能磁共振（fMRI）获取氧代谢指标，通过18F-FDG PET获得葡萄糖代谢信息，一次扫描就即可获得全脑rOGI图谱。新方法简便，创伤小，非常便于临床推广应用，有望成为癫痫、痴呆等多种神经系统疾病的新型影像标记物，为疾病早期诊断和干预提供新靶点。

【Abstract】

Background: In drug-resistant epilepsy, surgical resection of the epileptic focus can end seizures. However, success is dependent on the ability to identify foci locations and, unfortunately, current methods like electrophysiology and positron emission tomography can give contradictory results. During seizures, glucose is metabolized at epileptic foci through aerobic glycolysis, which can be imaged through the oxygen-glucose index (OGI) biomarker. However, inter-ictal (between seizures) OGI changes have not been studied, which has limited its application.

Methods: 18 healthy controls and 24 inter-ictal, temporal lobe epilepsy patients underwent simultaneous positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI) scans. We used 18F-fluorodeoxyglucose- PET (FDG-PET) to detect cerebral glucose metabolism, and calibrated functional MRI to acquire relative oxygen consumption. With these data, we calculated relative OGI maps.

Findings: While bilaterally symmetrical in healthy controls, we observed, in patients during the inter-ictal period, higher OGI ipsilateral to the epileptic focus than contra-lateral. While traditional FDG-PET results and temporal lobe OGI results usually both agreed with invasive electrophysiology, in cases where FDG-PET disagreed with electrophysiology, temporal lobe OGI agreed with electrophysiology, and vice-versa.

Interpretation: As either our novel epilepsy biomarker or traditional approaches located foci in every case, our work provides promising insights into metabolic changes in epilepsy. Our method allows single-session OGI measurement which can be useful in other diseases.

【中文摘要】

目的：手术是难治性癫痫的有效治疗手段，手术成功的关键取决于致痫灶的精准定位。然而目前的定位方法，如电生理学和PET显像，有时会出现相互矛盾的结果，给术前定位带来困难，这种情况下有氧糖酵解显像可以提供更多的信息。目前研究表明在癫痫发作期，致痫灶电生理活动的主要能量来源是有氧糖酵解；而在发作间期，有氧糖酵解的改变并不明确，因而限制了其应用。本研究首次利用PET/MR技术，实现了创新的有氧糖酵解的成像方法，获得基于氧-葡萄糖代谢的新型影像标志物rOGI，并实现了临床转化，完成了在癫痫发作发作间期的成像。

方法：本研究纳入18例健康对照和24例颞叶癫痫患者，所有被试均完成了一体化PET/MR扫描。通过18F-FDG PET获取脑葡萄糖代谢图谱，通过功能磁共振fMRI获得相对耗氧量，利用创新方法获得全脑的氧/葡萄糖代谢率rOGI图谱。

结果：本研究显示在健康对照组双侧大脑rOGI对称分布，在癫痫发作发作间期，颞叶癫痫患者海马区rOGI高于健侧。在多数患者中，传统的 FDG-PET 结果和rOGI结果都与侵入性电生理学一致；但在部分患者FDG-PET 与电生理学不一致，对于这些患者，颞叶rOGI的改变为精准定位提供了有价值的信息。

结论：本研究创新性地研发了一种基于氧-葡萄糖代谢的新型影像学生物标志物rOGI，结合传统的FDG葡萄糖代谢，为癫痫的代谢机制研究提供了新认知。传统获取rOGI的方法需要多次注射放射性示踪剂，创伤大，临床应用困难，本研究创新方法利用一体化PET/MR单次扫描即可获得，便于临床推广应用，可以为多种神经系统疾病包括癫痫，痴呆等提供可视化的糖酵解代谢信息，具有良好的临床应用前景。

作者简介

李彪  主任医师，教授，博士生导师，上海交通大学医学院附属瑞金医院核医学科主任；研究方向：分子核医学的基础研究和临床应用。

张淼  主治医师，上海交通大学医学院附属瑞金医院核医学科；研究方向：癫痫及痴呆的PET/MR分子影像，

Aerobic glycolysis imaging of epileptic foci during the inter-ictal period.pdf