Nat Metab | 刘再毅课题组开发无创无辐射棕色脂肪代谢成像新方法

BAT的产热能力主要是由解偶联蛋白1（uncoupling protein-1, UCP1）的表达介导的。然而，最近的研究表明，BAT也可以以不依赖于UCP1的方式产热，如无用的脂质【3】、肌酸【4】和钙循环【5】等依赖于ATP合成和消耗的无用循环。其中，肌酸与线粒体代谢有关，在线粒体氧化磷酸化过程中起重要作用。因此，肌酸在具有高度可变呼吸速率的能量密集型组织中的作用及其与ATP相关的产热作用的联系表明，肌酸可能代表BAT代谢功能和代谢性疾病诊断和治疗的潜在生物标志物。

目前临床上现有的BAT活性检测手段“[¹⁸F]氟脱氧葡萄糖（¹⁸F-FDG）正电子发射断层扫描(PET)和计算机断层扫描（CT），¹⁸F-FDG-PET/CT”，可通过检测棕色脂肪对葡萄糖的摄取来对BAT的活性进行量化【6】。但该方法存在着电离辐射危害，不适合临床上的广泛使用与随访观察。因此，临床亟需一种无创无辐射内源性的棕色脂肪活性成像方法。

鉴于目前BAT活性定量成像方法存在的不足之处，本研究开发了一种基于肌酸的化学交换饱和转移对比的非侵入性代谢磁共振成像方法（CrCEST-MRI）来评估啮齿动物和人体内BAT的活性。在大鼠试验中，通过药物或冷暴露来激活BAT的活性，动态采集了CrCEST-MRI和¹⁸F-FDG PET/CT数据，监测了能量消耗，分析了BAT活化基因表达水平，检测了离体BAT肌酸浓度。在人体试验中，分别采集了人体冷暴露前后的临床3T CrCEST-MRI与¹⁸F-FDG PET/CT数据。

研究证明了CrCEST-MRI对脂肪组织进行无创成像以检测体内BAT激活的可行性。动态CrCEST能够检测出大鼠对药物或冷暴露的BAT肾上腺素能激活，并通过¹⁸F-FDG PET/CT和生化测量肌酸浓度，以及产热基因表达和能量消耗监测进行验证。CrCEST-MRI也被证明可以检测到人体冷诱导的BAT激活，与¹⁸F-FDG PET/CT成像结果保持一致。该方法能有效定量评估BAT的代谢产热能力。该方法所具备的无创无辐射优势，能广泛应用于不同群体，且适合重复性的随访观察，在临床实践中具有较高的应用前景。

本研究确立了CrCEST-MRI作为一种有前途的无创、无辐射棕色脂肪活性成像方法。CrCEST-MRI可以通过纵向和非侵入性的手段，为代谢疾病的发病机制提供分子洞察，有助于早期发现和风险分层，并作为开发、评估和指导新的治疗策略的生物标志物。

1. Becher, T., et al. Brown adipose tissue is associated with cardiometabolic health. Nature medicine 27, 58-65 (2021).

2. Cai, Z., et al. Non-invasive mapping of brown adipose tissue activity with magnetic resonance imaging. Nature Metabolism 6, 1367-1379 (2024).

3. Wunderling, K., Zurkovic, J., Zink, F., Kuerschner, L. & Thiele, C. Triglyceride cycling enables modification of stored fatty acids. Nature Metabolism 5, 699-709 (2023).

4. Kazak, L., et al. A Creatine-Driven Substrate Cycle Enhances Energy Expenditure and Thermogenesis in Beige Fat. Cell 163, 643-655 (2015).

5. Ikeda, K., et al. UCP1-independent signaling involving SERCA2b-mediated calcium cycling regulates beige fat thermogenesis and systemic glucose homeostasis. Nature medicine 23, 1454-1465 (2017).

6. Chen, Kong Y., et al. Brown Adipose Reporting Criteria in Imaging STudies (BARCIST 1.0): Recommendations for Standardized FDG-PET/CT Experiments in Humans. Cell metabolism 24, 210-222 (2016).