《Redox Biology》：Development of a Novel HDAC6 PET Imaging Agent Uncovers Associations Between HDAC6 Overexpression and Neuroinflammation in Depression
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本研究针对组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)在重度抑郁症(MDD)病理过程中的关键作用，开发了新型高选择性HDAC6 PET成像探针[1?F]PB200。研究人员通过结构优化获得具有纳摩尔级亲和力、良好血脑屏障通透性的HDAC6抑制剂PB200，并成功实现1?F标记。在慢性不可预见温和应激(CUMS)抑郁模型小鼠中，采用双示踪剂PET成像([1?F]PB200和TSPO靶向的[1?F]FEPPA)结合体外实验，首次在体证实HDAC6上调与神经炎症标记物(小胶质细胞活化、促炎细胞因子升高)同时发生。该研究为HDAC6参与抑郁症病理机制提供了直接分子影像证据，为抑郁症精准诊断和治疗评估提供了新工具。
在当今社会，重度抑郁症(Major Depressive Disorder, MDD)已成为严重影响人类健康的重大公共卫生问题，全球有超过3.5亿人受其困扰。然而，抑郁症的病理机制复杂且尚未完全阐明，现有治疗手段如选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)和5-羟色胺-去甲肾上腺素再摄取抑制剂(SNRIs)主要针对神经递质系统，但约三分之二的患者对初始治疗无反应，三分之一甚至发展为难治性抑郁症。这种治疗困境凸显了深入探索抑郁症新发病机制和开发新型诊疗策略的迫切需求。
近年来，表观遗传调控因子组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)在抑郁症中的作用逐渐受到关注。HDAC6作为一种独特的IIb类去乙酰化酶，主要位于细胞质中，通过调节α-微管蛋白的乙酰化状态影响微管动力学和轴突运输，同时参与应激颗粒形成、自噬调控和炎症反应等多种细胞过程。临床前研究表明，HDAC6在抑郁症患者特定脑区表达显著上调，而选择性HDAC6抑制剂能够通过增强突触可塑性和调节应激反应机制产生抗抑郁样效应。然而，由于缺乏合适的在体成像工具，HDAC6在抑郁症中的具体作用机制及其与神经炎症的关系一直难以直接评估。
正电子发射断层扫描(PET)成像技术为这一难题提供了解决方案。该技术能够无创、在体可视化和定量分子靶点，是连接基础研究与临床应用的桥梁。尽管已有一些HDAC6 PET探针被开发，如[11C]Martinostat和[1?F]Bavarostat，但它们或存在选择性不足，或合成工艺复杂，限制了其广泛应用。因此，开发一种具有高选择性、良好脑摄取和适宜药代动力学特性的HDAC6特异性PET探针，对于推进抑郁症机制研究和治疗评估具有重要意义。
在这项发表于《Redox Biology》的研究中，研究人员基于前期发现的HDAC6抑制剂PB131，通过系统性结构优化，成功开发了新型HDAC6 PET成像探针[1?F]PB200。该探针具有纳摩尔级亲和力(IC50= 1.97 nM)、高HDAC6选择性(>141倍)和优异血脑屏障穿透能力，在啮齿类和非人灵长类动物中均表现出良好的脑摄取和特异性结合。研究人员进一步在CUMS诱导的抑郁症小鼠模型中，采用[1?F]PB200与TSPO靶向的[1?F]FEPPA双示踪剂PET成像策略，结合体外实验，深入探索了HDAC6在抑郁症病理过程中的作用机制。
关键技术方法
研究采用多学科技术方法：①基于结构-活性关系的合理化药物设计优化HDAC6抑制剂；②铜介导的放射性氟化方法合成[1?F]PB200；③体外酶学实验评估化合物抑制活性和选择性；④体外自显影和体内PET成像验证探针特异性；⑤CUMS小鼠抑郁症模型构建及行为学评估；⑥免疫荧光和Western blot分析蛋白表达；⑦ELISA检测细胞因子水平；⑧TSPO靶向PET成像评估神经炎症。研究使用了C57BL/6小鼠和食蟹猴等实验动物。
研究结果
HDAC6抑制剂的合成与生物学评价
研究人员通过对先导化合物PB131进行Cap区的战略性结构优化，设计合成了8个新型HDAC6抑制剂(3a-3h)。酶学实验显示所有化合物均对HDAC6表现出显著抑制活性，IC50值范围为1.97-8.11 nM。其中化合物3e(命名为PB200)显示出最强的抑制活性(IC50= 1.97 nM)和良好的中枢神经系统多参数优化(CNS MPO)评分(5.4)，表明其适合作为神经影像探针候选物。
PB200的靶点结合选择性评估
选择性评估表明，PB200对HDAC6具有优异的选择性(相对于其他HDAC同工酶的选择性比>141倍)。在SH-SY5Y细胞实验中，PB200以剂量依赖方式显著上调α-微管蛋白乙酰化水平，而对组蛋白H3乙酰化影响甚微，证实了其对HDAC6的高亲和力和选择性。
PB200的代谢稳定性和血脑屏障通透性
体外代谢稳定性实验显示，PB200在小鼠肝微粒体和肝细胞中均表现出良好稳定性，半衰期分别为58.2分钟和41.8分钟。体内药代动力学研究表明，PB200具有优异的脑渗透能力，注射后0.5、1和4小时的脑/血浆比值分别为27.6、16.4和4.6。
[1?F]PB200的放射合成
研究人员成功实现了PB200的氟-18标记，通过铜介导的硼酸酯前体4的放射性氟化反应得到中间体[1?F]2f，再经羟胺水解得到最终产物[1?F]PB200。总合成时间为70-80分钟，放化产率为13±4%(衰减校正，n=6)，放射化学纯度>98%，摩尔活度为127±8 GBq/μmol。
[1?F]PB200的体外自显影研究
体外自显影实验显示，[1?F]PB200在小鼠脑切片中呈现区域特异性分布，在海马、皮层和纹状体等区域放射性较高。阻断实验中，加入未标记的PB200或Tubastatin A可显著降低所有脑区的放射性信号，证明[1?F]PB200的结合特异性。
啮齿类动物动态PET成像评估
体内PET成像显示，[1?F]PB200在啮齿类动物脑中具有良好的摄取和分布，在边缘结构(特别是海马 formation、纹状体复合体和丘脑核)积累较高，而小脑区域积累较低。竞争性抑制实验证实，预先给予未标记PB200或Tubastatin A可显著降低[1?F]PB200在所有感兴趣区域的积累，证明其在体结合特异性。
非人灵长类动物PET成像
在食蟹猴中的PET成像进一步验证了[1?F]PB200的应用价值。基线扫描显示探针在多个脑区有适当摄取，动力学曲线表明其具有快速脑摄取特性(15-20分钟达峰值，SUV～1.2)。阻断实验显著降低全脑探针摄取，证实其在非人灵长类脑中的特异性结合。
CUMS诱导抑郁症模型中的PET成像
在CUMS诱导的抑郁症模型小鼠中，[1?F]PB200 PET成像显示MDD小鼠脑内探针积累显著高于健康对照组，特别是在海马、纹状体和杏仁核等与学习、记忆和认知过程相关的脑区。免疫荧光实验进一步证实抑郁症小鼠海马区HDAC6表达显著上调，与PET成像结果一致。
抑郁症模型中的神经炎症检测
通过TSPO靶向的[1?F]FEPPA PET成像、细胞因子检测和免疫荧光分析，研究发现CUMS模型小鼠存在显著神经炎症反应，表现为小胶质细胞活化(IBA1表达增加)、TSPO上调以及促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)水平升高。HDAC6与IBA1的共定位提示HDAC6介导的表观遗传变化是驱动神经炎症反应的关键机制。
研究结论与意义
本研究成功开发了新型HDAC6特异性PET探针[1?F]PB200，其在啮齿类和非人灵长类动物中均表现出良好的脑摄取、靶点特异性和药代动力学特性。通过应用该探针，研究首次在体证实了HDAC6过表达与抑郁症神经炎症之间的关联，为理解抑郁症的分子机制提供了重要见解。研究发现HDAC6在抑郁症病理状态下显著上调，且与神经炎症标记物共表达，表明HDAC6可能通过调节神经炎症通路参与抑郁症的发病过程。这项工作不仅为HDAC6靶向治疗策略的评估提供了有力工具，也为抑郁症的精准诊断和治疗开辟了新途径。
