小动物PET/CT在棕色脂肪方面的应用
一、研究背景
在啮齿动物中，BAT（Brown Adipose Tissue，棕色脂肪）是一个新陈代谢组织。不同于白色脂肪，棕色脂肪因含有丰富的血管和大量的线粒体，而呈现棕红色的外观，可以在寒冷或饥饿环境下分解线粒体、为生物体提供能量。长久以来，棕色脂肪被认为只存在于小型哺乳动物和婴幼儿中，而近期的研究发现，棕色脂肪同样存在于成人体内，并在能量平衡调节方面发挥重要的功能。由此，棕色脂肪在能量代谢相关疾病如肥胖、Ⅱ型糖尿病以及代谢紊乱等治疗领域显示出巨大的应用潜能，关于棕色脂肪的功能和应用也迅速成为一个新的研究热点[1]。
如何测量棕色脂肪一直是困扰科研人员的一个问题，早期的研究可能需要把实验动物处理，剥离脂肪进行测量，但这种方法并不精确，且无法对棕色脂肪的变化情况进行追踪；研究发现，棕色脂肪对葡萄糖有高摄取，使得18F-FDG（18F标记的葡萄糖类似物）可反映棕色脂肪的能量代谢情况[2][3]，因而小动物PET/CT可以有效评价棕色脂肪的活动，提供棕色脂肪在机体中活动的直观数据，是研究小动物棕色脂肪的一种有效方法和重要工具。
二、研究内容
提醒事项：因在肥胖研究中，白色脂肪棕色化、棕色脂肪激活具有重要意义，因而动物实验中常会用到肥胖体型的实验动物，所以对PET设备的动物舱尺寸以及有效视野有较高的要求。
小知识点：被扫描动物的横向直径（动物体宽）＜动物舱内径＜PET横向有效视野，满足此条件才能重建成像。
本实验使用的设备为平生公司的小动物PET/CT（型号：Super Nova®），该设备的大号动物舱内径为89mm，横向有效视野为100mm，该尺寸满足实验用肥胖大鼠、鼠兔、豚鼠的体宽。
自然状态平趴时，体长约16cm，体重为150g
研究者将高原鼠兔作为研究对象，利用Super Nova PET/CT系统（平生医疗），观察高原鼠兔在低温环境下，其体内的肩胛骨处棕色脂肪激活状态。高原鼠兔是一种生活于海拔3200~5200米土坡上的啮齿动物，体态浑圆，是青藏高原的特有物种。有研究表明，高海拔地区的鼠兔较低海拔鼠兔皮下脂肪会表现出脂肪代谢能力的适应性改变：棕色脂肪的含量增加，以及棕色脂肪的产热能力的增加。
研究者将实验组高原鼠兔始终置于低温环境中，再与常温环境下的对照组高原鼠兔一起，注射18F-FDG后进行PET/CT扫描，结果显示对照组的肩胛骨处棕色脂肪无明显摄取，而实验组的肩胛骨处棕色脂肪有明显摄取。
实验注明：因棕色脂肪在肩胛骨分布较多，本实验主要探究高原鼠兔实验组和对照组在肩胛骨处棕色脂肪激活状态。Super Nova® PET/CT系统拥有130mm单床位轴向扫描视野范围，可在一个床位下完成鼠兔躯体扫描，能够及时有效获取脂肪代谢动态图像信息。
实验展示：
| CT | PET | PET/CT |
图例一、对照组（肩胛骨处棕色脂肪无明显摄取）
| CT | PET | PET/CT |
图例二、实验组（肩胛骨处棕色脂肪有明显摄取）
软件功能展示：
图例三、肩胛骨处棕色脂肪的手绘2D-ROI
图例四、阈值分割提取肩胛骨处棕色脂肪3D-ROI
三、结论
该实验表明，在寒冷刺激下，高原鼠兔肩胛区棕色脂肪激活显著增加，可以利用小动物PET/CT系统进行活体持续性的研究。
鸣谢：青海大学在使用平生公司的小动物PET/CT设备后提供的实验数据和图片分享。
文中注释：
Cypess, A.M. & Kahn, C.R. The role and importance of brown adipose tissue in energy homeostasis. Curr. Opin. Pediatr. 22, 478-84 (2010).
Baba S, Tatsumi M, Ishimori T, et al. Effect of nicotine and ephedrine on the accumulation of 18F-FDG in brown adipose tissue[J]. Journal of Nuclear Medicine, 2007, 48(6): 981-986.
Borga M, Virtanen KA, Romu T, et al. Brown adipose tissue in humans: detection and functional analysis using PET (positron emission tomography), MRI (magnetic resonance imaging), and DECT (dual energy computed tomography) [J]. Methods Enzymol, 2014, 537: 141-159.
