急性肺損傷におけるVery Late Antigen-4（VLA-4）の分子イメージング

Molecular Imaging of Very Late Antigen-4 (VLA-4) in Acute Lung Injury.

• Joseph Haddad
• Joseph D Latoche
• Shubhanchi Nigam
• Michael C Bellavia
• Kathryn E Day
• Qin Zhu
• Wilson Barry Edwards
• Carolyn J Anderson
• Sina Tavakoli

抄録

炎症は、急性肺炎段階から慢性線維増殖期へと進行し、肺線維症に至るまでの急性肺損傷（ALI）の病態形成において中心的な役割を果たしている。現在、肺炎の発症に寄与する免疫制御経路を標的とした非侵襲的な肺炎モニタリング法の臨床的・研究的ニーズは満たされていない。本研究では、リポ多糖類誘発性 ALI マウスモデルにおいて、炎症を起こした組織への免疫細胞の接着とリクルートを媒介する重要なインテグリンである超後期抗原-4（VLA-4）を標的としたイメージングが、肺炎の定量化に果たす役割を評価した。 ALIは、C57BL/6Jマウスを用いて、リポ多糖類（1マウスあたり10、20または40μg）を単回気管内投与することで誘導した。コントロールマウスには滅菌リン酸緩衝生理食塩水を気管内投与した。VLA-4標的PET/CTは、ALI誘導後2日目に、銅-64（Cu）標識高親和性ペプチドミメティックリガンドであるCu-CB-TE1A1P-PEG4-LLP2A（Cu-LLP2A）を静脈内注射してから24時間後に実施した。Cu-LLP2AのEx vivoでの生物分配は、収穫された臓器のγカウントによって決定された。肺の炎症の重症度は、組織学的に、逆転写定量的ポリメラーゼ連鎖反応を用いて肺組織溶解物中の炎症性マーカーの発現を測定することによって評価した。 気管内リポ多糖の注入は、肺の急性炎症反応につながった、複数の炎症性マーカーの発現の増加とCu-LLP2Aの取り込みの重要かつ特異的な増加と一緒に、骨髄系細胞の浸潤によって特徴付けられる、主に周囲の分布で、主に。リポ多糖の投与量とCu-LLP2Aの取り込みの間には強い相関があり、in vivo PETによって定量化された（R=0.69、P<0.01）。VLA-4のサブユニットであるインテグリンα4とβ1の発現レベルは、腫瘍壊死因子α、インターロイキン-1β、一酸化窒素合成酵素-2を含む複数の炎症性マーカーの発現と有意に相関しており、急性肺炎のサロゲートマーカーとしてのVLA-4の可能性を強調していた。特に、生体内でのCu-LLP2Aの取り込みは、有意に複数の炎症マーカーとVLA-4の発現と相関していた。 本研究は、ALIにおける機械論的に関連する標的としてのVLA-4の分子イメージングの実現可能性、およびマウスモデルにおける進行中の肺炎症の定量化におけるVLA-4標的PETの精度を実証するものである。

Inflammation plays a central role in the pathogenesis of acute lung injury (ALI) during both the acute pneumonitis stage and the progression into the chronic fibroproliferative phase, leading to pulmonary fibrosis. Currently, there is an unmet clinical and research need for non-invasive approaches to monitor lung inflammation through targeting immunoregulatory pathways contributing to ALI pathogenesis. In this study, we evaluated the role of targeted imaging of very late antigen-4 (VLA-4), as a key integrin mediating the adhesion and recruitment of immune cells to inflamed tissues, in quantifying lung inflammation in a mouse model of lipopolysaccharide-induced ALI. ALI was induced by a single intra-tracheal administration of lipopolysaccharide (10, 20 or 40 µg per mouse) in C57BL/6J mice. Control mice were intra-tracheally instilled with sterile phosphate-buffered saline. VLA-4 targeted PET/CT was performed 24 hours after intravenous injection of a copper-64 (Cu) labeled high-affinity peptidomimetic ligand, Cu-CB-TE1A1P-PEG4-LLP2A (Cu-LLP2A), at day 2 after the induction of ALI. Ex vivo biodistribution of Cu-LLP2A was determined by γ-counting of harvested organs. The severity of lung inflammation was assessed histologically and by measuring the expression of inflammatory markers in the lung tissue lysates using reverse transcription quantitative polymerase chain reaction. Intra-tracheal lipopolysaccharide instillation led to an acute inflammatory response in the lungs, characterized by increased expression of multiple inflammatory markers and infiltration of myeloid cells, along with a significant and specific increase in Cu-LLP2A uptake, predominantly in a peribronchial distribution. There was a strong correlation between the lipopolysaccharide dose and Cu-LLP2A uptake, as quantified by in vivo PET (R=0.69, P<0.01). Expression levels of both subunits of VLA-4, i.e., integrins α4 and β1, significantly correlated with the expression of multiple inflammatory markers, including tumor necrosis factor-α, interleukin-1β and nitric oxide synthase-2, highlighting the potential of VLA-4 as a surrogate marker of acute lung inflammation. Notably, in vivo Cu-LLP2A uptake significantly correlated with the expression of multiple inflammatory markers and VLA-4. Our study demonstrates the feasibility of molecular imaging of VLA-4, as a mechanistically-relevant target in ALI, and the accuracy of VLA-4 targeted PET in quantification of ongoing lung inflammation in a murine model.

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