专利名称：测定pdh活性的方法和用于该方法中的成像介质的制作方法
测定PDH活性的方法和用于该方法中的成像介质 本发明涉及通过使用包括高度极化"C-丙酮酸盐的成像介质由"C-MR检测法测定 PDH活性的方法和涉及用于该方法中的成像介质。 在组织内三磷酸腺苷(ATP)为复杂分子的合成提供能量和在肌肉中为收縮提供 能量。ATP从富含能量的底物如葡萄糖或长链脂肪酸的代谢产生的。在氧化组织如肌肉中 大部分的ATP是从进入柠檬酸循环的乙酰基-CoA(乙酰基辅酶A)产生的，因此乙酰基-CoA 的供应是在氧化组织中ATP产生的关键性的决定因素。 乙酰基-CoA是由脂肪酸的13 -氧化产生或通过糖酵解途径的葡萄糖代谢作用所 产生。在控制从葡萄糖形成乙酰基-CoA的速率上的关键调节酶是丙酮酸脱氢酶(PDH)，后 者催化丙酮酸盐氧化成乙酰基-CoA和二氧化碳，伴随有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)还原 成它的还原形式(NADH)。因此，PDH是控制氧化糖酵解作用的速率和调节在碳水化合物和 类脂燃料(lipid fuel)的氧化之间的平衡的关键酶。 最近在PDH配合物的结构和作用上再次引起人们的兴趣，这归因于以下认识改 变的PDH配合物活性是在从相对不寻常的初级PDH缺乏到发病和死亡的主要起因如糖尿 病、饥饿性糖尿病(starvation,)、脓毒病和阿尔茨海默氏疾病的范围内的许多的人疾病的 特征。 PDH是完成丙酮酸盐转化成乙酰基-CoA所需要的由几个亚单元(包括三个酶活性 E1、E2和E3)的多个复制物组成的线粒体内多酶复合物(Patel et al. ， FASEB J. 4， 1990， 3224-3233) 。 El催化二氧化碳从丙酮酸盐的不可逆的损失；E2形成乙酰基-CoA和E3将 NAD还原成NADH。两个附加的酶活性与该复合物有关能够在三个丝氨酸残基上使El磷酸 化的特定的激酶，和使该磷酸化逆转的松散缔合的特定磷酸酯酶。三个丝氨酸残基的单个 的磷酸化使E1变成非活性的。处于其活性(脱去磷酸)状态下的PDH的比例是由在激酶 (PDH激酶，PDHK)和磷酸酯酶的活性之间的平衡决定的。激酶的活性可以在体内通过代谢 性底物如[NADH]/[NAD+]，[乙酰基-CoA] / [CoA]和[ATP]/[二磷酸腺苷(ADP)]的相对浓 度以及通过丙酮酸盐本身的可利用性来调节。 PDH的反应可使糖酵解作用、糖原异生和脂肪酸合成的代谢途径与该柠檬酸循环 互联。因此，PDH活性是通过各种的别构剂(allostericeffector)和通过共价修饰来高度 调控的。 在疾病症状如1型和2型糖尿病中，类脂的氧化增加，伴随有葡萄糖的利用的减 少，这会促进高血糖。在1型和2型糖尿病中减少的葡萄糖利用与PDH活性的下降有关。另 外，降低了的PDH活性的再一个后果是丙酮酸盐浓度的提高导致作为肝脏糖原异生的底物 的乳酸酯有提高的可利用性。因此可以合理地预计，提高PDH的活性可提高葡萄糖氧化的 速率和因此提高总的葡萄糖利用，同时减少肝葡萄糖排出量。 引起糖尿病的另一个因素是受损害的胰岛素分泌，这已经表明与在胰腺13细胞 中降低的PDH活性有关(Zhou et al. ， Diabetes 45， 1996， 580-586)。 葡萄糖的氧化能够得到比脂肪酸的氧化更多的ATP/每摩尔的氧气。在其中能量 需要超过能量供应的病症，如心脏衰竭和某些心肌病，心肌缺血，周围性血管疾病(包括间歇性跛行)，脑缺血和再灌注，肌肉无力，高脂质血症，阿尔茨海默氏疾病和动脉粥样硬化 中，通过提高PDH活性使底物利用的平衡向着有利于葡萄糖代谢的方向位移可以预计会改 进维持ATP水平和因此维持其功能的能力。 如前所述，糖尿病性的病症应该通过抑制糖原异生和促进在周围组织中的葡萄糖 清除而受益于PDH活化。支持这一建议的初步证据是通过使用二氯乙酸盐(DCA)获得的。 对于PDHK的、提供改进的效力和特异性的新型小分子抑制剂的考察现在已经进行了多几年。 从以上叙述可以清楚地知道，PDH活性的测定在某些病症和疾病的诊断上起着关 键作用。此外，测定PDH活性在分析治疗响应(例如对于使用影响(即提升)PDH活性的药 物所进行的治疗的响应)中和在影响PDH活性的药物的药物筛选中是重要的。
测定PDH活性的各种方法是已知的，它们能够粗略地分成体外和体内试验。
W0-A-2004/021000公开了能够用于从处于活性状态的患者样品中免疫沉淀PDH 的为PDH特定的抗体。PDH的量和/或活性状态能够在免疫分析中在体外测定。
体外PDH活性试验进一步公开在W0-A-99/62506中。这些分析方法是用分离的酶 所进行的体外分析法(它包括费时的制备如PCR分离和PDH激酶的克隆)或是需要原细胞 的分离的细胞分析法。 体内PDH活性可以通过在体外分析法中通过组织样品(例如肌肉组织或肝脏组
织)的取出来测定，该样品按照在W0-A-99/62506中所述方法进行萃取。萃取物的一部分用
从猪心脏制备的PDH磷酸酯酶进行处理，未处理样品的活性与由Stansbie等人，Biochem.
J. 154(1976) ，225的方法所制备的脱去磷酸的样品的活性进行比较。 因此仍然需要测定PDH活性(尤其体内PDH活性)的新和改进方法。 现在已发现，高度极化13C_丙酮酸盐能够用作利用13C_MR检测法在体内和体外测
定PDH活性的试剂。 如上所述，丙酮酸盐是在柠檬酸循环中的前体且PDH催化丙酮酸盐被氧化成乙酰 基-CoA和二氧化碳(CO》，后者与碳酸氢盐(HC03—)处于快速平衡中。 已经发现，高度极化13C_丙酮酸盐的代谢性转化成它的代谢物高度极化13C_乳酸 盐、高度极化13c-碳酸氢盐(仅仅对于"Q-丙酮酸盐，13(^,2-丙酮酸盐，13(^,3-丙酮酸盐或 "Cu,f丙酮酸盐而言)和高度极化13C-丙氨酸的过程能够用于使用MR来研究在人和非人 动物体中的代谢过程。"Q-丙酮酸盐在37t:的人全血中具有约42秒的Tl驰誉，然而，高度 极化13c-丙酮酸盐转化至高度极化13C-乳酸盐、高度极化13C-碳酸氢盐和高度极化13C-丙 氨酸的过程已经被认为是足够快速的，从而允许从13c-丙酮酸盐母体化合物和它的代谢物 的信号检测。丙氨酸，碳酸氢盐和乳酸盐的量取决于所研究的组织的代谢状态。高度极化 13C-乳酸盐、高度极化13C-碳酸氢盐和高度极化13C-丙氨酸的MR信号强度与这些化合物 的量和在检测时保留的极化程度相关，因此通过监测从高度极化13c-丙酮酸盐至高度极化 13C-乳酸盐、高度极化13C-碳酸氢盐和高度极化13C-丙氨酸的转化，有可能通过使用非侵入 的MR成像法或MR谱学研究在人体或非人动物体中的体内代谢过程。 进一步发现来源于不同的丙酮酸盐代谢物的MR信号振幅将根据组织类型而改 变。由丙氨酸，乳酸盐，碳酸氢盐和丙酮酸盐所形成的独特的代谢峰图案能够用作所要考察 的组织的代谢状态的指纹图谱并且因此允许在健康组织和肿瘤组织之间的辨别。高度极化
413c-丙酮酸盐用于肿瘤成像的用途_其中肿瘤组织显示出高的代谢活性_已经详细地描述 在W0-A-2006/011810中。此外，高度极化13C-丙酮酸盐用于心脏成像的用途已经描述在W0-A-2006/054903中。 因此，在第一方面本发明提供一种通过使用包括高度极化13C_丙酮酸盐的成像介 质由13C_MR检测法测定PDH活性的方法，其中检测13C_碳酸氢盐和任选地13C_丙酮酸盐的 信号。 该术语"测定PDH活性"表示PDH活性的初始测量，其中包括初始速率的测量和速 率常数的测定。 该术语""C-MR检测法"表示13C_MR成像或13C_MR谱学或联合的13C_MR成像和 13C-MR谱学，即13C-MR光谱成像。该术语进一步表示在各个时间点的13C-MR光谱成像。
该术语"成像介质"表示包括高度极化13C_丙酮酸盐作为MR活性剂即成像剂的液 体组合物。 用于本发明的方法中的成像介质可用作体内"C-MR检测法的成像介质，即在活的 人或非人动物生物中。此外，用于本发明的方法中的成像介质可用作体外"C-MR检测法的 成像介质，例如在细胞培养物、身体样品(如血液或脑脊髓液)、体外的组织(例如从活组织 切片(biopsy)或离体器官获得的体外组织)中，所有这些来源于人体或非人动物体。
该术语"130丙酮酸盐"表示富含同位素13C的13C_丙酮酸的盐，即其中13C同位素 的量大于它的天然丰度。 用于本发明的方法中的高度极化"C-丙酮酸盐的同位素富集度(isotopic enrichment)优选是至少75%，更优选至少80%和尤其优选至少90% ，超过90%的同位素 富集度是最优选的。理想地，该富集度是100%。用于本发明的方法中的"C-丙酮酸盐必须 至少在Cl-位上同位素富集(在下文中表示13Cr丙酮酸盐)，因为它是丙酮酸盐的Cl-原 子，其属于由丙酮酸盐的PDH催化氧化所产生的二氧化碳(和因此碳酸氢盐)的一部分。此 外，用于本发明的方法中的13C_丙酮酸盐可以在Cl-和C2-位上(在下文中表示13(^,2-丙 酮酸盐)，在该CI-和C3-位上(在下文中表示13(^3-丙酮酸盐)或在Cl-、 C2-和C3-位 上(在下文中表示13(^2,3-丙酮酸盐)同位素富集。只有在Cl-位上的同位素富集是优选 的，因为13Cr丙酮酸盐容易生物利用并且在37°C的人全血中具有有利的高Tl驰誉(约42 秒)。 该术语"高度极化"和"极化"在下面可互换使用，并且表示超过O. 1%，更优选超 过1%和最优选超过10%的核极化水平。 极化的水平例如可通过在固体高度极化13C_丙酮酸盐，例如通过13C_丙酮酸盐的 动态核极化(DNP)所获得的固体高度极化"C-丙酮酸盐中的固态"C-NMR测量法来测定。 固态"C-NMR测量法优选由使用低偏转角(flip angle)的简单脉冲采集NMR序列(simple pulse-acquire NMRsequence)组成。在NMR谱中高度极化13C_丙酮酸盐的信号强度与在 极化过程之前获得的NMR谱中的"C-丙酮酸盐的信号强度对比。极化的水平然后从极化之 前和之后的信号强度的比率计算。 同样，溶解的高度极化13C_丙酮酸盐的极化水平可通过液态NMR测量法来测定。 再次，溶解的高度极化13c-丙酮酸盐的信号强度与已知组成的参比样品例如液体丙酮酸或溶于水溶液中的丙酮酸钠盐的信号强度对比。极化的水平然后从高度极化"c-丙酮酸盐和
已知的参比样品的信号积分(integral)的比率计算，任选对于相对浓度进行矫正。该极化 也能够通过与在高度极化逐渐消逝之后相同13c-丙酮酸盐样品的热平衡信号对比来测定。 NMR活性13C_核的高度极化可通过不同方法来实现，这些方法例如已描述 在W0-A-98/30918, WO-A-99/24080和WO-A-99/35508中，这些文献被引入这里供参考 并且高度极化方法是从惰性气体(noble gas)的极化转移，"强力"，自旋冷却(spin refrigeration)，仲氢方法和动态核极化(DNP)。 为了获得高度极化13C_丙酮酸盐，优选的是直接极化13C_丙酮酸盐或极化13C_丙 酮酸并将极化的13c-丙酮酸转化成极化13C_丙酮酸盐，例如通过用碱中和。
获得高度极化13C_丙酮酸盐的一个合适途径是从高度极化惰性气体的极化转移 法，后者已描述在W0-A-98/30918。具有非零的核自旋的惰性气体能够通过圆形地偏振光 (polarised light)的使用来高度极化。高度极化惰性气体，优选He或Xe，或此类气体的 混合物，可用于进行13c-核的高度极化。该高度极化气体可以处于气相中，它可溶于液体/ 溶剂中，或高度极化气体本身可以用作溶剂。另外地，气体可以冷凝到冷却了的固体表面上
并且以这一形式使用，或让其升华。高度极化气体与"c-丙酮酸盐或"c-丙酮酸的均质混
合是优选的。因此，如果13c-丙酮酸被极化，它在室温下是液体，则该高度极化的气体优选 溶于液体/溶剂中或用作溶剂。如果13c丙酮酸盐被极化，则高度极化气体优选溶于液体/ 溶剂中，该液体/溶剂也溶解丙酮酸盐。 获得高度极化13C_丙酮酸盐的另一个合适途径是通过在非常低的温度和高(电) 磁场(field)下的热力学平衡使"C-核发生极化。与NMR波谱仪的工作磁场(operating field)和温度相比较，通过使用非常高的磁场和非常低的温度(强力)进行高度极化。所 使用的磁场强度应该尽可能高，适宜地高于1T，优选高于5T，更优选15T或更高和尤其优选 20T或更高。温度应该是极低的，例如4. 2K或更低，优选1. 5K或更低，更优选1. 0K或更低， 尤其优选100mK或更低。 获得高度极化"C-丙酮酸盐的另一个合适途径是自旋冷却方法。这一方法覆盖了 利用自旋冷却极化的固体化合物或体系的自旋极化。该体系用合适的结晶性顺磁性物质如 具有三阶或更高阶的对称轴的Ni、镧系元素或锕系元素离子掺杂或与其均质混合。因为 不施加共振激发磁场，该仪表配置比DNP所需要的更简单，无需均匀磁场。该方法是通过沿 着与磁场方向垂直的轴以物理方式旋转该样品来进行的。这一方法的前提条件是该顺磁性 物质具有高度各向异性g-因数。作为样品旋转的结果，电子顺磁共振与核自旋相接触，导 致核自旋温度的下降。进行样品旋转，直至核自旋极化达到新的平衡为止。
在优选的实施方案中，DNP (动态核极化)用来获得高度极化13C_丙酮酸盐。在DNP 中，在需要极化的化合物中MR活性核的极化是通过极化剂或所谓的DNP齐U，包括未成对电 子的化合物，来进行的。在DNP过程中，提供能量，通常是微波辐射的形式，该能量最初激发 DNP剂。在衰减到基态之后，将会有从DNP剂的未成对电子到需要极化的化合物的NMR活性 核(例如到"c-丙酮酸盐中的"c核)的极化转移。 一般，中等或高的磁场和极低的温度用 于DNP方法，例如通过在液氦中和在约1T或1T以上的磁场中进行DNP方法。另外地，可以 使用中等的磁场和任何的温度，在该磁场和温度下实现足够的极化增强。DNP技术例如进一 步描述在W0-A-98/58272和在W0-A-01/96895中，两篇文献被引入这里供参考。
为了由DNP方法将该化合物极化，制备需要极化的化合物与DNP剂的混合物("样 品")，它被冷冻和作为固体插入到DNP极化器中进行极化，或它作为液体被插入到DNP极化 器中并在该极化器内冷冻(归因于极低的环境温度)。在极化之后，冷冻的固体高度极化 样品通过熔化该样品或通过将该样品溶解在合适的溶解介质中被快速地转变成液态。溶解 是优选的和冷冻高度极化样品的溶解方法和合适的设备因此详细地描述在W0-A-02/37132 中。熔化方法和熔化用的合适设备例如描述在W0-A-02/36005中。 为了在需要极化的化合物中获得高极化水平，该化合物和DNP剂需要在DNP过程 中密切接触。如果在冷冻或冷却时样品结晶，则情况不是这样的。为了避免结晶，玻璃形成 体需要存在于样品中或化合物需要为极化进行选择，它在冷冻时不结晶而是形成玻璃。
如前所述，13C_丙酮酸或13C_丙酮酸盐是获得高度极化13C_丙酮酸盐的合适起始 原料。 同位素富集的"C-丙酮酸盐是可从市场上买得到的，例如作为"C-丙酮酸钠盐。 另外地，它可按照S. Anker， J. Biol. Chem 176， 1948， 133-1335所述方法来合成。
"C「丙酮酸的几种合成方法是现有技术中已知的。简单地说，Seebach et al.， Journal of Organic Chemistry 40 (2) ， 1975， 231-237描述了依赖于含羰基的起始原料如 S，S-縮醛，例如1，3-二硫杂环己烷或2-甲基-l，3-二硫杂环己烷的保护和活化的合成路 线。二嚷烷是金属化的并且与含甲基的化合物和/或130)2进行反应。通过使用在这一参考 文献中列出的合适的同位素富集的"C-组分，有可能获得"C「丙酮酸盐或"Cu-丙酮酸盐。 该羰基官能团随后通过文献中描述的普通方法的使用来释放。不同的合成路线从乙酸开 始，它首先被转化成乙酰溴和然后与Cu13CN反应。所获得的腈经由酰胺被转化成丙酮酸(参 见例如S.H. Anker et al. ， J. Biol. Chem. 176 (1948) ， 1333或J. E. Thirkettle， ChemCommun. (1997) ， 1025)。此外，13C-丙酮酸可以通过将商购13C-丙酮酸钠盐质子化来获得，例如通过 描述在US 6， 232， 497中的方法或通过描述在W0-A-2006/038811中的方法。
13C_丙酮酸通过DNP所进行的高度极化已详细描述在W0-A1-2006/011809中，它 被引入这里供参考。简短地,C-丙酮酸可以直接用于DNP，因为当冷冻时它形成玻璃。在 DNP后，冷冻的高度极化13C-丙酮酸需要溶解和中和，即转化成13C-丙酮酸盐。对于转化， 需要强碱。此外，因为"C-丙酮酸是强酸，需要选择在这一强酸中稳定的DNP剂。优选的碱 是氢氧化钠且高度极化13c-丙酮酸用氢氧化钠的转化会得到高度极化13C-丙酮酸钠盐，后 者是用于成像介质的优选的13C_丙酮酸盐，该介质用于体内MR成像和/或波谱学，即针对 活的人或非人动物进行的MR成像和/或谱学。 另外地，130丙酮酸盐，即13C_丙酮酸的盐能够用于DNP。优选的盐是包括选自于 NH4+、 K+、 Rb+、 Cs+、 Ca2+、 Sr2+和Ba2+中的无机阳离子，优选NH4+、 K+、 Rb+或Cs+，更优选K+、 Rb+、 Cs+和最优选Cs+，的那些13C-丙酮酸盐，已详细描述在W0-A2-2007/111515中并且被弓|入这 里供参考。这些优选的"C-丙酮酸盐的合成同样已公开在W0-A2-2007/111515中。如果该 高度极化13C_丙酮酸盐用于供体内MR成像和/或谱学分析用的成像介质，则优选的是让选 自NH4+、 K+、 Rb+、 Cs+、 Ca2+、 Sr2+和Ba2+中的无机阳离子被生理上很好容忍的阳离子如Na+或 葡甲胺所交换。这可通过现有技术中已知的方法如阳离子交换柱的使用来进行。
进一步优选的盐是有机胺或氨基化合物的13C_丙酮酸盐，优选TRIS-13Cr丙酮酸 盐或葡甲胺-"Q-丙酮酸盐，这些已详细地描述在W0-A2-2007/069909中并且引入这里供
7参考。这些优选的13C-丙酮酸盐的合成同样已公开在W0-A2-2007/069909中。
如果用于本发明的方法中的高度极化"C-丙酮酸盐是通过DNP获得的，则包括 13C_丙酮酸或13C_丙酮酸盐和DNP剂的需要极化的样品可进一步包括顺磁性金属离子。顺 磁性金属离子在需要被DNP极化的组合物中的存在已发现导致在13C-丙酮酸/13C-丙酮酸 盐中提高的极化水平，这已详细描述在W0-A2-2007/064226中，该文献被引入这里供参考。
在另一个实施方案中，用于本发明的方法中的成像介质包括高度极化"C-丙酮 酸盐和苹果酸盐。因此，在第二方面本发明提供一种通过使用包括苹果酸盐和高度极化 "C-丙酮酸盐的成像介质由"C-MR检测法测定PDH活性的方法，其中检测"C-碳酸氢盐和
任选的"c-丙酮酸盐的信号。 在本发明的背景中，术语"苹果酸盐"表示苹果酸的盐。该苹果酸盐是非高度极化 的。 苹果酸盐适宜在极化过程之后被添加到该高度极化13C_丙酮酸盐中。几种添加苹
果酸盐的方式都是可能的。当该极化方法得到包括高度极化13c-丙酮酸盐的液体组合物
时，该苹果酸盐可以溶于该液体组合物中或由苹果酸盐在合适溶剂中形成的溶液中，优选
水性载体可以被添加到该液体组合物中。如果该极化方法得到包括高度极化13c-丙酮酸盐
或"C-丙酮酸的固体组合物，例如当已经使用DNP时，则苹果酸盐可以被添加到和溶于用于 溶解该固体组合物溶解介质中。例如，被DNP方法极化的13C_丙酮酸盐可以溶于水性载体 如含有苹果酸盐的水或缓冲溶液中，或者被DNP方法极化的13C_丙酮酸可以溶于含有用以 将丙酮酸转化成丙酮酸盐的碱和苹果酸盐的溶解介质中。另外地，苹果酸盐可以被添加到 最终的液体组合物中，即添加到在溶解/熔化之后的液体组合物中后，或添加到在除去DNP 剂和/或任选的顺磁性金属离子之后的液体组合物中。再次，该苹果酸盐可以作为固体被 添加到该液体组合物中或优选溶于合适的溶剂中，例如水性载体如水或缓冲溶液。为了促 进该苹果酸盐的溶解，可以使用现有技术中已知的几种方式，如搅动，搅拌，涡流或超声波 处理。然而，比较快速且不需要混合设备或帮助与液体组合物接触的方法是优选的。
适宜地，苹果酸盐以苹果酸或苹果酸盐(优选苹果酸钠)的形式添加。在用于本
发明的方法中的成像介质中高度极化"c-丙酮酸盐和苹果酸盐的浓度是大约相等的，或苹
果酸盐是以比"C-丙酮酸盐更低或更高的浓度存在。如果例如该成像介质含有x M"C-丙 酮酸盐，则它含有x M或约x M或更低的苹果酸盐，但优选不低于xM的十分之一的苹果酸 盐或更多的苹果酸盐，但优选不超过三倍x M苹果酸盐。在优选的实施方案中，在用于本发
明的方法中的成像介质中苹果酸盐的浓度大约等于或等于高度极化13c-丙酮酸盐的浓度。
该术语"大约相等的浓度"表示苹果酸盐浓度，其是13C_丙酮酸盐的浓度的+/-30 % ，优选 +/-20%，更优选+/-10%。 通过使用包括苹果酸盐和高度极化13C_丙酮酸盐的成像介质，能够确定PDH调节 的性质。PDH通量(flux)能够通过酶复合物被PDK的失活来抑制，如前面所讨论，或也可以 瞬间通过终产物抑制来抑制。增大的NADH/NAD+或乙酰基CoA/CoA比率已经表明减少PDH 媒介(mediated)的丙酮酸盐氧化，以及使乙酰基CoA引入到克雷伯氏(Krebs)循环中的丁 酮二酸盐可利用性是线粒体内(intramitochondrial)乙酰基CoA浓度的基本决定因素。苹 果酸盐是葡萄糖的氧化新陈代谢的中间体，并且经由补缺(an即lerotic)途径作为丁酮二 酸盐进入克雷伯氏循环中以提高总的碳通量。不希望受这一假设的束缚，我们假定通过施
8用包括苹果酸盐和高度极化13C_丙酮酸盐的成像介质，对于PDH发生的终产物抑制的程度 能够被抑制，并且对于高PDH活性的情况，可提高通过该酶复合物的丙酮酸盐通量，这能够 由本发明的方法测定。在低PDH活性的情况下，我们设想终产物抑制是不太重要的，并且在 成像介质中存在的苹果酸盐不影响通过酶复合物的丙酮酸盐通量，它能够由本发明的方法 在又一个实施方案中，苹果酸盐不存在于成像介质本身中，但在用于本发明的方 法中的成像介质的施用之前被施用于所要研究的受试体，即活的人或非人动物、细胞培养 物、身体样品如血样，体外组织如从活体检查获得的组织或离体器官。 正如前面所述，根据本发明的方法的成像介质可用作由"C-MR检测法进行的体 内PDH活性测定的成像介质，即用于活的人或非人动物生物。为此目的，该成像介质是作 为组合物提供的，该组合物适合于被施用于活的人体或非人动物体。该成像介质除包括 MR活性剂13C_丙酮酸盐外，优选还包括水性载体，优选生理上可容忍的和药物学上可接 受的水性载体如水，缓冲溶液或盐水。该成像介质可以进一步包括普通的药物或兽医药 (veterinary)载体或赋形剂，例如配制助剂如在人医学或兽医学中的诊断组合物所常用的 那些。 此外，根据本发明的方法的成像介质可用作由"C-MR检测法进行的体外PDH活性 测定的成像介质，即用于细胞培养物、身体样品如血样、体外组织如活体检查组织或离体器 官。为此目的，提供作为组合物的成像介质，该组合物适合被添加到例如细胞培养物、血样、 体外组织如活体检查组织或离体器官。该成像介质除包括MR活性剂13C_丙酮酸盐外优选 还包括溶剂，该溶剂与体外细胞或组织分析物(tissueassay)相容并用于该体外细胞或组 织分析物中，例如DMSO或甲醇或包括水性载体和非水性溶剂的溶剂混合物，例如DMSO与水 或缓冲溶液的混合物、或甲醇与水或缓冲溶液的混合物。本领域中技术人员可清楚地知道， 药物学上可接受的载体、赋形剂和配制助剂可存在于此类成像介质中，但是对于该目的不 是要求的。 如果用于本发明的方法中的成像介质用于PDH活性的体内测定，即用于活的人或 非人动物体，则该成像介质优选经由胃肠外途径(优选静脉内途径)被施用于该身体。一 般，被研究的身体位于MR磁体中。专用的"C-MRRF-线圈经过定位以覆盖所研究的区域。成 像介质的准确剂量和浓度取决于许多因素，如毒性和给药途径。适宜地，该成像介质是以至 多lmmol丙酮酸盐/每kg体重，优选0. 01-0. 5mmol/kg，更优选0. 1-0. 3mmol/kg，的浓度给 药。在给药后的低于400秒，优选低于120秒，更优选在给药后的低于60秒，施加MR成像 序列，优选以联合的频率和空间选择途径为所研究的体积(volume)编码的一种成像序列。 施加MR序列的准确时间高度取决于所研究的体积和种类(species)。 如果用于本发明的方法中的成像介质被用于PDH活性的体外测定，则该成像介质 是按13C_丙酮酸盐计的lmM至100mM，更优选20mM到90mM和最优选按13C_丙酮酸盐计的 40-80mM。 PDH活性能够根据本发明的方法通过检测13C_碳酸氢盐信号和任选的13C_丙酮酸 盐信号来测定。该测定是以下列反应为基础的，该反应对于"Q-丙酮酸盐来举例说明；*表 示13C_标记
<formula>formula see original document page 10</formula>
反应路线1 根据反应路线l，降低的PDH活性本身通过减少的二氧化碳产生量和因此减少的 13C_碳酸氢盐信号来显示。在生理的pH下该C02/碳酸氢盐平衡向着碳酸氢盐位移。
在本发明的背景中的术语"信号"是指在"C-MR谱中各个峰的相对于嗞咅的MR信 号振幅或积分或峰面积，其表示13c-碳酸氢盐和任选的13C_丙酮酸盐。在优选的实施方案 中，该信号是峰面积。 在优选的实施方案中，检测"C-碳酸氢盐和"C-丙酮酸盐的信号。 在本发明的方法的优选实施方案中,C-碳酸氢盐和任选的"C-丙酮酸盐的上述
信号用于产生代谢性分布图，后者是PDH活性的指标。如果本发明的方法在体内进行，即
在活的人或非人动物中进行，则代谢性分布图可以从全身得到，例如通过全身的体内"C-MR
检测法获得。另外地，该代谢性分布图是从所研究的区域或体积产生的，即人体或非人动物
体的某个组织、器官或一部分产生的。 在本发明的方法的另一个优选实施方案中,C-碳酸氢盐和任选的"C-丙酮酸盐 的上述信号用于产生在细胞培养物中的细胞的、身体样品如血样的、体外组织如活体检查 组织的或来源于人或非人动物身体的离体器官的代谢分布图。该代谢分布图然后通过体外 13C_MR检测法产生。 因此在优选的实施方案中，提供通过使用包括高度极化"C-丙酮酸盐的成像介质 由13C_MR检测法测定PDH活性的方法，其中检测13C_碳酸氢盐和任选的13C_丙酮酸盐的信 号，和其中该信号用于产生代谢分布图。 在优选的实施方案中,C-碳酸氢盐和"C-丙酮酸盐的信号用于产生代谢分布图。
在一个实施方案中,C-碳酸氢盐和任选的"C-丙酮酸盐的光谱信号强度用于产
生代谢分布图。在另一个实施方案中,c-碳酸氢盐和任选的"c-丙酮酸盐的光谱信号积 分用于产生代谢分布图。在另一个实施方案中，来自"c-碳酸氢盐和任选的"c-丙酮酸盐 的各单独图像的信号强度用于产生代谢分布图。在又一个实施方案中,c-碳酸氢盐和任 选的13c-丙酮酸盐的信号强度是在两个或多个时间点上获得的，以计算13c-碳酸氢盐和任 选的13c-丙酮酸盐的变化速率。 在另一个实施方案中该代谢分布图包括13C_碳酸氢盐和任选的13C_丙酮酸盐的 已处理信号数据或通过使用该数据产生，例如信号的比率、矫正的信号、或从多个MR检测 的信号图案即波谱或图像推算的动态或代谢速率系数信息。因此，在优选的实施方案中，矫正的"c-碳酸氢盐信号，即"c-碳酸氢盐相对"c-丙酮酸盐信号，包括在代谢分布图中或
用于产生代谢分布图。在进一步优选的实施方案中，矫正"c-碳酸氢盐相对于总"c-碳信
号被包括在代谢分布图中或用于产生该代谢分布图，其中总"c-碳信号是"c-碳酸氢盐和 "c-丙酮酸盐的信号的总和。在更优选的实施方案中,c-碳酸氢盐与"c-丙酮酸盐的比率
被包括在该代谢分布图中或用于产生该代谢分布图。 在根据本发明的方法的优选实施方案中产生的代谢分布图是所考察的身体、身体 的部分、细胞、组织、身体样品等等的PDH活性的指标，并且所获得的信息可用于后续步骤 中满足各种目的的需要。 这些目的中的一个可以是改变PDH活性的化合物(优选提升PDH活性的化合物) 的评价。提升PDH活性的化合物可以潜在地在与葡萄糖利用方面的病症如糖尿病、肥胖病 (Curto等人，Int. J. Obes. 21， 1997， 1137-1142)和乳酸血症(lactic acidaemia)相关的疾 病的治疗中具有价值。另外，此类化合物可以预期在富含能量的底物输送到组织中的供应 受到限制的疾病中有用处，如周围性血管疾病(包括间歇性跛行)、心脏衰竭和某些心脏肌 病、肌肉无力、高脂血症和动脉粥样硬化症(Stacpoole et al. ， N. Engl. J. Med. 298， 1978， 526-530)。活化PDH的化合物也可用于治疗阿尔茨海默氏疾病(Gibson et al. ，J. Neural. Tra固.105， 1998,855-870)。 在一个实施方案中，体外进行本发明的方法，和所获得的信息用于例如在药物发 现和/或筛选过程中分析可改变PDH活性的潜在药物的效力。在该实施方案中，本发明的 方法可以在合适的细胞培养物或组织中进行。该细胞或组织与潜在药物接触，然后根据本 发明的方法由"C-MR检测法测定PDH活性。与潜在药物的效力有关的信息可通过将已治疗 的细胞或组织的PDH活性与未治疗的细胞或组织的PDH活性相比较而获得。另外地，PDH 活性的变化可通过测定在治疗之前和之后细胞或组织的PDH活性来测定。该药物效力评价 可以在例如微量培养板上进行，它允许各种潜在药物和/或各种剂量的潜在药物的平行试 验，并因此使得它适合于高通过量筛选。 在另一个实施方案中，本发明的方法是在体内进行，和所获得的信息用于分析在 体内改变PDH活性的潜在药物的效力。在该实施方案中，例如在试验用动物中或在临床试 验中的志愿者中进行本发明的方法。对试验用动物或志愿者施用该潜在药物，然后根据本 发明的方法由"C-MR检测法测定PDH活性。与潜在药物的效力有关的信息可通过测定在治 疗之前和之后PDH活性的变化来获得，例如经过采用反复治疗的某个时间段。该药物效力 评价可以在预临床研究(试验用动物)或在临床试验中进行。 在另一个实施方案中，本发明的方法是在体内或体外进行，和所获得的信息用于 分析对治疗的响应和/或测定在处于疾病状态的患者中为了他(它)们的疾病进行治疗的 治疗效力。如果例如患有糖尿病的患者用预期提升PDH活性的抗糖尿病药物治疗，则根据 本发明的方法能够测定PDH活性。适宜地，PDH活性是在开始用该抗糖尿病的药物治疗之 前和之后(例如经过某一段时间)由本发明的方法测定的。通过将初始PDH活性与在治 疗过程中和治疗之后的PDH活性相比较，有可能分析该抗糖尿病药物是否对于PDH活性完 全地显示出任何积极的效果，和如果这样的话在一定的程度上显示出任何积极的效果。为 了对于上述目的在体外进行本发明的方法，当然要求从需要治疗的患者可获得的合适的样 品，例如组织样品或身体样品如血样。
如前面所述，由本发明的方法获得的信息可因为各种目的而用于后续步骤中。
另一个目的是深入了解疾病状态，即鉴定处于危险之中的患者、疾病的早期检测、 疾病进展的评价、与疾病相关的严重性和并发症。 因此，在一个实施方案中在体内或体外进行本发明的方法并且所获得的信息用 于鉴定处于发展疾病的危险之中的患者和/或鉴定需要采取预防措施以避免疾病发展的 候选者。2型糖尿病的诊断常常被延误，直到出现并发症为止(Harris et al. ， Diabetes Metab. Res. Rev. 16， 2001， 230-236)。早期治疗可防止大部分的灾难性并发症中的部分，但 是因为治疗2型糖尿病的当前方法仍然是不够的，因此预防是更加优选的。鉴定处于危险 之中的患者和/或需要采取预防措施如生活方式改变(包括低脂肪、低热值的饮食和体育 活动)的候选者的最佳途径仍然需要确定。通常的途径包括葡萄糖耐量试验和空腹血糖测 量，然而处于危险之中的患者仍然不是高血糖的(hyperglycaemic)并且因此无法由这些 试验鉴定。因此有益的是有一种方法，该方法可用于鉴定处于发展2型糖尿病的危险之中 的患者和鉴定需要采取预防措施的候选者。本发明的方法可提供必要的信息来进行该鉴 定。在这一实施方案中，本发明的方法可用于测定在第一个时间点的初始PDH活性以及在 一定的频率(例如半年或每年)经过一段的时间进行后续PDH活性测定。能够预期，PDH活 性的下降将表明发展2型糖尿病进程的增大风险，并且该下降率能够由医生决定预防措施 和/或治疗的开始。此外，随着时间的推移PDH活性的测定的结果将与葡萄糖耐量试验和 空腹血糖测量的结果相结合，相结合的结果可用于针对预防措施和/或治疗作出决定。为 了对于上述目的在体外进行本发明的方法，当然要求从需要治疗的患者可获得的合适的样 品，例如组织样品或身体样品如血样。 在另一个实施方案中在体内或体外进行本发明的方法，并且所获得的信息用于疾 病的早期检测。对于几种神经退行性疾病(包括阿尔茨海默氏疾病在内)，已经报道了下降 的PDH活性。对于阿尔茨海默氏疾病，这一效果是脑的某些区域所特定的并且在顶叶和颞 叶(parietal andtemporal lobes)中是最显著的。该神经变性疾病的早期诊断将允许早期 介入。本发明的方法可提供必要的信息来进行该早期诊断。在这一实施方案中，本发明的 方法可用于测定初始PDH活性并将其与正常PDH活性(例如在健康主体中的PDH活性)相 比较，或用于测定在已知受到某些神经变性疾病影响的脑的某些区域中的初始PDH活性， 并将其与在已知未受到该疾病影响的脑的区域中的PDH活性相比较。PDH活性优选与例如 阿尔茨海默氏疾病的其它临床标记(clinical marker)和/或症状特征相结合使用，以便 用于早期诊断。为了对于上述目的在体外进行本发明的方法，当然要求从需要治疗的患者 可获得的合适的样品，例如脑脊髓液。 在又一个实施方案中在体内或体外进行本发明的方法并且所获得的信息用于监 测疾病的进展。这对于其中疾病还没有进展到指明或建议治疗的水平时的那些疾病或病症 是有用的，例如因为与该治疗相关的严重的副作用。在这样的条件下作用的选择是"警惕等 待"的，即患者被严密监测疾病进展和恶化的早期检测。在这一实施方案中，本发明的方法 可用于测定初始PDH活性并且以一定的频率经过一段时间进行后续PDH活性测定。能够预 期，PDH活性的下降将表明疾病的发展和恶化，并且该下降能够由医生决定治疗的开始。为 了对于上述目的在体外进行本发明的方法，当然要求从需要治疗的患者可获得的合适的样 品，例如组织样品或身体样品如血样。
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在又一个实施方案中在体内或体外进行本发明的方法并且所获得的信息用于测 定疾病的严重程度。随着时间的推移，常常疾病从它们的起始进展。取决于症状的类型和/ 或某些临床标记的发现，这些疾病通过某些阶段来表征，例如早期(轻微)阶段，中间(中 等)阶段和严重(后期)阶段。更精确的阶段对某些疾病是常见的。各种的临床标记已知 可用于将疾病分成各个阶段，其中更具体的标记如某些酶或蛋白质表达，还有更普通的标 记如血液值、电解质水平等等。在这里，PDH活性可以是这样的临床标记，它-单独或与其 它标记和/或症状相结合_用于测定疾病阶段和因此测定疾病的严重程度。因此有可能使 用本发明的方法以定量的方式来测定在患者中的PDH活性，并且从所获得的PDH活性值将 患者的疾病分成各阶段。属于某个疾病阶段的特征的PDH范围可以根据本发明的方法通过 测定在例如患有处于早期、中期和后期阶段的疾病的患者中的PDH活性，并确定属于某个 阶段的特征的PDH活性的范围来确立。 在又一个实施方案中在体内或体外进行本发明的方法并且所获得的信息用于鉴 定和分析与疾病相关的并发症。 一些疾病例如糖尿病能够引起许多的并发症，不仅有急性 并发症如低血糖、酮酸中毒或非酮病的高渗性昏迷(non-ketotic hyperosmolar coma)，而 且有长期的器官相关的并发症，其中包括心血管病，肾损害和/或衰竭和视网膜损伤。取 决于糖尿病是否和在多大程度上影响到器官如心脏或肾，疾病的治疗需要以解决和逆转这 些损伤的方式加以改进。利用本发明的方法，PDH活性能够以器官特定的方式测定，例如 通过让表面线圈放置在心脏或肾之上进行体内"C-MR检测。能够预期到，在心脏或肾中的 低PDH活性是受到例如糖尿病影响的该器官的指标(Huang et al. ， Diabetes 52,2003， 1371-1376)。 因为PDH活性受到各种因素如饮食状态、氧气利用率/状态、胰岛素和各种的辅助 因素影响，重要的是控制这些因素，例如通过在进行本发明的方法之前为患者提供饮食计 划或标准化膳食。同时，已经发现该患者是不禁食的，因为这会导致减少的"c-碳酸氢盐信 号。 在本发明的一个方面，该PDH活性有意地通过例如葡萄糖、脂肪酸或酮体(ketone bodies)的口服或肠胃外施用以控制的方式调节。氧气状况能够通过在进行本发明的方法 之前影响该呼吸气体或以药物学方式通过诱导紧张(stress)或改变灌注来调节。
在另一个实施方案中PDH活性是由所述的方法测定的，但是在脂肪酸新陈代谢的 定量分析之前、之后或同时。如前面所述，乙酰基-CoA是从糖酵解作用或脂肪酸新陈代谢 产生的，并且从一个到另一个的位移是许多疾病症状的一部分。除了由本发明的方法直接 测定PDH活性之外，通过测量脂肪酸新陈代谢所进行的PDH活性的间接测量将是补充性的 和有价值的。脂肪酸新陈代謝可以通过包括高度极化130乙酸盐的成像介质的施用以及 来自代谢物13C_乙酰肉碱和任选的13C-乙酰基-CoA或13C-乙酰基-CoA和该母体化合物 13C-乙酸盐的"C-MR检测信号来定量。 因此，本发明的另一个方面是通过使用包括高度极化"C-丙酮酸盐和高度极化 13C_乙酸盐的成像介质由13C_MR检测法测定PDH活性的方法，其中检测"C-碳酸氢盐和任 选的13C_丙酮酸盐的信号以及13C-乙酰肉碱和任选的13C-乙酰基-CoA或13C-乙酰基-CoA 和13C-乙酸盐的信号。 本发明的又一个方面是通过使用包括高度极化"C-丙酮酸盐的成像介质由"C-MR检测法测定PDH活性的方法，其中检测13C_碳酸氢盐和任选的13C_丙酮酸盐的信号，和其中 在该"C-MR检测之前或之后通过使用包括高度极化13C_乙酸盐的成像介质进行"C-MR检 测，和其中检测13C_乙酰肉碱和任选的13C-乙酰基-CoA或13C-乙酰基-CoA和13C-乙酸盐 的信号。 13C_丙酮酸盐和13C_乙酸盐可以是高度极化并且同时施用，因为包括高度极化 13C_丙酮酸盐和高度极化13C_乙酸盐的成像介质预计可以实现PDH活性的更精确和完全的 当在体内进行本发明的方法时，解剖学信息和/或_若合适的话_灌注信息可以 包括在本发明的方法内。解剖学信息例如可通过在本发明的方法之前或之后，在使用或不 使用合适的造影剂的情况下通过获取质子或13C_MR图像来获得。 在前面已讨论的包括苹果酸盐和高度极化"C-丙酮酸盐的MR成像介质是新型的， 因此在又一个方面本发明提供包括苹果酸盐和高度极化13C_丙酮酸盐的MR成像介质。
此外，前面已讨论的包括高度极化13C_丙酮酸盐和高度极化13C_乙酸盐的成像介
质同样是新型的，因此，在又一个方面本发明提供包括"c-丙酮酸盐和高度极化"c-乙酸盐
的MR成像介质。 正如以上所提到和详细讨论，根据本发明的MR成像介质，即包括苹果酸盐和高度 极化13C_丙酮酸盐的MR成像介质以及包括13C_丙酮酸盐和高度极化13C_乙酸盐的MR成像 介质能够用于由13C_MR检测法测定PDH活性的方法中。 根据本发明的成像介质可在体内，即在活的人或非人动物体内用作成像介质。为 此目的，该成像介质是作为组合物提供的，它适合于被施用于活的人体或非人动物体。除MR 活性剂13C-丙酮酸盐、或13C-丙酮酸盐和13C-乙酸盐、或苹果酸盐和MR活性剂13C-丙酮酸 盐之外，此类成像介质优选还包括水性载体，优选生理上可容忍的和药物学上可接受的水 性载体如水、缓冲溶液或盐水。该成像介质可以进一步包括普通的药物或兽医药载体或赋 形剂，例如配制助剂如人医学或兽医学的诊断组合物所常用的那些。 此外，根据本发明的成像介质能够用作体外的成像介质，即在细胞培养物、身体样 品如血样、体外组织如活体检查组织或离体器官。为此目的，提供作为组合物的成像介质， 它适合被添加到例如细胞培养物、血样、体外组织如活体检查组织或离体器官。除包括MR 活性剂13C_丙酮酸盐、或13C_丙酮酸盐和13C_乙酸盐、或苹果酸盐和MR活性剂13C_丙酮酸 盐外，该成像介质优选还包括溶剂，该溶剂与体外细胞或组织分析物相容并用于该体外细 胞或组织分析物中，例如匿S0或甲醇或包括水性载体和非水溶剂的溶剂混合物，例如匿SO 与水或缓冲溶液的混合物、或甲醇与水或缓冲溶液的混合物。本领域中技术人员可清楚地 知道，药物学上可接受的载体、赋形剂和配制助剂可存在于此类成像介质中，但是对于该目 的不是要求的。
附图的简述 图l显示了为了诱导l型糖尿病的模型在大鼠(rat)体内STZ注射之前 ("STZ-pre")和之后("STZ-post") ， 13C_碳酸氢盐与13C_丙酮酸盐峰值振幅的比率的比 较。"氺"表示p = 0.01。 图2显示了饥饿性糖尿病("禁食")对于大鼠体内"C-碳酸氢盐与"C-丙酮酸 盐峰值振幅的比率的影响作用。"林"表示p < 0. 0001。
图3显示了高脂肪膳食("HFF")的大鼠的13C_碳酸氢盐与13C_丙酮酸盐峰值振 幅的比率随着时间的推移(2星期和4星期)相比于基线的变化。"ft"表示p〈 0. 002，"##" 表示p < 0. 005。 图4显示了进食大鼠("控制进食(ControlFed)")，饥饿大鼠("控制禁食 (ControlFasted)")，高脂肪膳食的大鼠("高脂肪进食(High FatFed)")和糖尿病大鼠 ("STZ")的活性/总PDH比率(％ )。 图5显示了在对于体外心脏组织所测量的PDH活性(以前由Seymour等人描述的 规程(Seymour ， A.M. & Chatham, J. C. (1997)J MolCell Cardiol 29， 2771-2778))与根据本 发明的方法通过测量13C-碳酸氢盐与13C-丙酮酸盐峰值振幅的比率所获得的PDH活性的测 定值之间的相互关系。 图6在其上半部分显示了在("基线")之前和在甲状腺机能亢进的诱导之后(7 天-T3)在大鼠中所获取的单个平均MR波谱，并且与在对照组(7天-对照)中获取的MR 波谱进行比较。在图6的下半部分，显示了患病组(T3)和对照组(对照)的在第7天的
"c-碳酸氢盐与"c-丙酮酸盐峰值振幅的比率相比于基线(黑色菱形)的比较。 图7显示了在高度极化"C-丙酮酸盐(浅灰色条形)或高度极化"C-丙酮酸盐和
苹果酸盐的混合物(暗灰色条形)的注射之后，在进食和禁食大鼠中"c-碳酸氢盐与"c-丙
酮酸盐的比率的比较。 实施例 在下文中术语丙酮酸盐、130丙酮酸盐和13cr丙酮酸盐可互换地使用并且全部表 示13cr丙酮酸盐。同样地该术语丙酮酸、130丙酮酸和13cr丙酮酸可互换地使用并且全部
表示"c「丙酮酸。 实施例1包括由DNP方法获得的高度极化13Cr丙酮酸盐的成像介质的制备
将根据W0-A1-98/39277的实施例7合成的三(8-羧基-2，2，6，6-(四(羟乙 基)-苯并-[l，2-4，5']-双-(l，3)-二硫杂环戊二烯-4-基)-甲基钠盐(三苯甲基基团) 添加到在试管中的"C-丙酮酸(40mM)中，得到按三苯甲基基团计具有15mM浓度的组合物。 此外，制备1，3，5-三-(N-(D03A-乙酰氨基)-N-甲基+氨基-2-甲基-苯基)-[l， 3， 5] 三嗪(tria-zinane) -2， 4， 6-三酮(根据W0-A-2007/064226的实施例4合成)的Gd-螯合 物(顺磁性金属离子)的水溶液，然后将0. 8 iU (14. 6mM)添加到含有13(^-丙酮酸和三苯 甲基)基团的试管中。 组合物从试管中转移到样品杯中，然后将样品杯插入DNP极化器中。组合物在用 微波(93. 89GHz)辐射的情况下，在3. 35T磁场中在1. 2K的DNP条件下极化45分钟。
组合物随后在10巴的压力和17(TC的温度下溶于氢氧化钠、TRIS缓冲液和EDTA 的水溶液中。所形成的成像介质含有80mM的在pH7. 2_7. 9下的高度极化13Cr丙酮酸钠盐， 在施用过程中有约30%的极化。 实施例2在糖尿病疾病动物模型中根据本发明的方法所进行的PDH活性的测定
三个组的雄性威斯塔(Wistar)大鼠包括在本研究中，以考察I型糖尿病和属于II 型糖尿病的前兆(precursor)的胰岛素抵抗。 初始PDH活性(基线)是根据实施例3在第一组的6只大鼠中测定的。在50mM
15冷柠檬酸盐缓冲剂(PH4.5)中新制备的链脲佐菌素(STZ;50mg/kg体重)随后通过单次腹 膜内注射在全部大鼠中诱导I型糖尿病。在STZ-糖尿病诱导后的第五天，再次测定PDH活 性，各大鼠用作其本身的实验对照。在STZ注射之前和之后13C-碳酸氢盐与13C-丙酮酸盐 峰值振幅的比率的比较清楚地显示该比率的下降和因此PDH活性的下降(
图1)。
大鼠然后苏醒并且在1小时后通过戊巴比妥钠的腹膜内注射来杀死，以进行组 织制备和血浆分析。心脏，肺，肝脏，和大鼠比目鱼肌和腓肠肌被快速地解剖出来，通过 使用Nj令却的铝钳立即冷冻，并在-8(rC下贮存进行后面的分析。在心脏切除之后从 胸腔中抽取大约3ml的血液。血液立即离心处理(在4t:下，3，200rpm，10分钟)和分 出血浆。分离血浆的200 iU等分试样，在其中添加脂蛋白脂肪酶抑制剂四氢洛伐他汀 (tetrahydrolipostatin) (THL)以进行非酯化脂肪酸(NEFA)分析。全部血浆样品立即冷冻 禾口在-80。C下贮存。ABX Pentra 400(Horiba ABXDiagnostics， Montpelier， France)用来 进行血桨葡萄糖、NEFA(WakoDiagnostics， Richmond, USA)和3-P-羟基丁酸盐(Randox， Co. Antrim, UK)的分析。通过使用大鼠胰岛素ELISA(Mercodia， Uppsala， Sweden)测量血 桨胰岛素。 第二组的大鼠(n = 12只)被分成2个小组且在各个小组中根据实施例3测定初 始PDH活性(基线)。 在各PDH活性测定之前，第一个小组("禁食")被禁食一夜，其中在测定之前的那 一天在1800小时移走食物(food removed at 1800 hrs}_。这与从移走食物的时间开始经 过14-18小时的饥饿一致。饥饿对于"C-碳酸氢盐与"C-丙酮酸盐峰值振幅的比率的影响 示于图2中。 在第二个小组("进食")中，PDH活性是在随意提供食物的进食状态下测定的。在 基线PDH活性测定后，全部的大鼠被苏醒并在1小时后杀死以进行组织制备和血浆分析，如 上所述。在第三组的大鼠(n = 7只)中，PDH活性是根据实施例3在3个时间点测定的 初始PDH活性(基线)、2个星期和4个星期。在初始PDH活性测定(基线)后，全部7只 大鼠被置于由55%的来自饱和脂肪的卡路里(calories)组成的高脂肪膳食条件，以便诱 导代谢综合症的模型，即2型糖尿病的前兆。食物总是随意可食用的。在4星期时间点的 PDH活性测定后，大鼠苏醒并在1小时后杀死以如上所述进行组织制备和测定血浆代谢水 平。图3显示了随着时间的推移，130碳酸氢盐与13C-丙酮酸盐峰值振幅的比率的变化。
全部动物的心脏组织是根据Seymour等人以前描述的规程进行分析以测定PDH酶 (PDHa禾口PDHt)的活性和总份额(fraction) (Seymour, A. M. & Chatham, J. C. (1997) J Mol Cell Cardiol 29， 2771-2778.)。图4显示活性形式的PDH酶的比率。对于在全部三个组 中由13C_碳酸氢盐与13C-丙酮酸盐峰值振幅的比率所测量的PDH活性结果，能够看出强烈 的一致性。这进一步通过图5来强调，该图5显示了在对于体外心脏组织测量的PDH活性 与由13C_碳酸氢盐与13C-丙酮酸盐峰值振幅的比率测量的PDH活性之间的强相关性。
实施例3 13C-MR检测法
实施例3a动物准备 全部大鼠使用异氟烷(isofluorane)(在氧气中2% )麻醉，然后放置在加热垫上。 小心地维持体温在37t:。将导管插入到尾静脉中，然后将大鼠放入到自制的动物操纵系统(home-built animal handling system)中。监测心电图、呼吸率、和体温，并且提供空气加
热。利用输送到鼻锥的异氟烷(1. 7% )继续麻醉。 实施例3b高度极化13C_丙酮酸盐按剂量分配和给药 在实施例1中制备的1cm3的成像介质经由在麻醉大鼠中的尾静脉导管经过10秒 注射进入。 实施例3c 13C_MR成像/波谱学 将自制的W13C蝶形线圈安放在大鼠胸上，以便定位来自心脏的信号。将大鼠放置 在7T水平膛(bore)MR扫描器中，其连接于Varianlnova控制台。矫正定位是通过轴向质子 FLASH成像的获取来证实的(TE/TR = 1. 17/2. 33ms，矩阵大小二 64X64，F0V = 60X60mm， Slice厚度=2.5咖，激发偏转角=15° )。心脏-栅门的垫片(cardiac-gatedshim)用于 将质子谱线宽度减少到约120Hz 。 紧接着在注射之前，ECG栅门的13C_MR脉冲采集谱序列被启动。在注射之后经过 1分钟采集60个单独心脏波谱(TR = 1秒，激发偏转角=5° ，扫描宽度=6000Hz，采集的 点数=2048，以丙酮酸盐信号为中心的频率)。 通过使用在jMRUI软件包中执行的AMARES算法，来分析一系列的心脏13C MR波 谱(Naressi et al. ， Computers in Biology and Medicine,31(4)，2001，269-286 and Naressi et al. ， Magnetic Resonance Materials inPhysics， Biology and Medicine, 12(2-3) ，2001， 141-152)。波谱是共轭的，然后基线和DC以所采集的点的最后一半为基础 进行矫正。与丙酮酸盐和碳酸氢盐相对应的峰都备有现有常识，采取Lorentzian线性形 状，峰频率，相对相和线宽度。 丙酮酸盐峰面积最高值是对于各系列的波谱计算得到的，并且用于计算最高碳酸
氢盐/丙酮酸盐比率。这能够有效地标称化在各数据集之间极化的变化。也计算表述碳酸
氢盐的动力学进展的参数，即出现的时间、最大值的时间和达到半最大值的衰减时间。 实施例4在甲状腺功能亢进疾病动物模型中根据本发明的方法所进行的PDH活性
测定 十二只雄性威斯塔大鼠(2组，每组6只)包括在本研究中，以考察甲状腺机能亢 进对于心代谢作用的影响。 根据实施例3在全部的大鼠中测定初始PDH活性(基线)。随后用新制备的三-碘 化甲腺原氨酸的7次每日腹膜内注射(T3 ;0. 2mg/kg体重/天)在大鼠中诱导甲状腺机能 亢进。其它六只大鼠接受盐水(0.9%)的7次每日腹膜内注射，作为对照。在T3给药的7 天后，再次根据本发明的方法测定12只大鼠中的每一只的PDH活性。在基线和第7天，将 在T3给药的大鼠中的"C-碳酸氢盐与"C-丙酮酸盐峰值振幅比率与对照大鼠的对比是。 结果清楚显示，T3给药引起13C-碳酸氢盐与13C-丙酮酸盐峰值振幅的比率的下降，这代表 了PDH的活性的下降(图6) 大鼠在24小时后通过戊巴比妥钠的腹膜内注射来杀死以进行组织制备。心脏 被快速地解剖出来，并切成两个近似相等的半份。 一半立即使用^冷却的铝钳冷冻，并 在-8(TC下贮存以进行后面的生化分析。从心脏的另一半上分离出完整的线粒体并用于分 析线粒体功能。 实施例5通过使用包括苹果酸盐和高度极化"C-丙酮酸盐的成像介质根据本发明
17的方法所进行的PDH活性的测定 六只雄性威斯塔大鼠在4种实验条件的每一种下进行调查，以确定高度极化 "C-丙酮酸盐的注入(infusion)是否能够非侵入地分析PDH调节的性质。
在本实施例中，包括苹果酸盐和高度极化13C_丙酮酸盐的成像介质用来确定PDH 调节的性质。PDH通量能够通过酶复合物被PDK的失活来抑制，或也可以瞬间通过终产物 抑制来抑制。增大的NADH/NAD+或乙酰基CoA/CoA比率已经表明减少PDH媒介的丙酮酸盐 氧化，和当然，使乙酰基CoA引入到克雷伯氏循环中的丁酮二酸盐可利用性是线粒体内乙 酰基CoA浓度的基本决定因素。苹果酸盐是葡萄糖的氧化新陈代谢的中间体，并且经由补 缺途径进入克雷伯氏循环中以提高总的碳通量。假设通过使用包括苹果酸盐和高度极化 13C_丙酮酸盐的成像介质，对于PDH的终产物抑制的程度能够减少。对于高PDH活性的情 况，这将通过酶复合物增大丙酮酸盐通量，这可以用13C-MR由"C-碳酸氢盐检测法测定。在 禁食大鼠中，归因于已极低的PDH活性，可以预料到终产物抑制是不相关的并且苹果酸盐 共同注入不影响所检测的"c-碳酸氢盐产生。 6只大鼠中的每一只根据实施例3中所述的规程在进食和禁食状态下考察(调 节PDH活性)，其中40 mol高度极化13C-丙酮酸盐单独(使用)以及40 y mol高度极化 13C_丙酮酸盐与40 mol苹果酸盐共同注入(以操纵克雷伯氏循环通量/乙酰基CoA摄取 量)。包括高度极化13C_丙酮酸盐或苹果酸盐和高度极化13C-丙酮酸盐的成像介质在MR扫 描器中经由尾静脉注入到大鼠中，然后在1分钟的时间中每秒采集心脏谱。检测13c-丙酮
酸盐和"c-碳酸氢盐的信号，监测"c-丙酮酸盐至"c-碳酸氢盐的转化，和丙酮酸盐与碳酸
氢盐比率用作PDH通量的标记。 与单独包括高度极化13C_丙酮酸盐的成像介质相比较，包括苹果酸盐和高度极化 "C-丙酮酸盐的成像介质的注入使PDH通量提高了 32%，这表明通过引入到克雷伯氏循环 中所导致的乙酰基CoA的除去提高了PDH通量。PDH通量在单独注射高度极化"C-丙酮酸盐 的禁食大鼠中与进食大鼠相比有55 %的降低，并且当使用包括苹果酸盐和高度极化13C-丙 酮酸盐的成像介质时不改变。这里，低PDH活性防止附加的酶通量。这些结果，如在图7中 所描绘，表明最终产物抑制限制了进食状态PDH通量，而PDH活性调控禁食状态下的丙酮酸 盐氧化。总之，这一研究已经提供了证据高度极化MR可用于获得代谢调节的详细情况，而 不是仅仅获得与代谢状况相关的信息。
权利要求
通过使用包括高度极化13C-丙酮酸盐的成像介质由13C-MR检测法测定PDH活性的方法，其中检测13C-碳酸氢盐的信号和任选地13C-丙酮酸盐的信号。
2. 根据权利要求1的方法，其中监测"C-碳酸氢盐和"C-丙酮酸盐的信号。
3. 根据权利要求1到2的方法，其中该方法是在人或非人动物中PDH活性的体内测定 方法。
4. 根据权利要求1到2的方法，其中该方法是在细胞培养物中、在身体样品中、在体外 组织中或在从人或非人动物获得的离体器官中PDH活性的体外测定方法。
5. 根据权利要求1到4的方法，其中该信号用来产生代谢分布图。
6. 根据权利要求5的方法，它是在体内或体外进行的和其中所获得的信息用于评价改 变PDH活性的潜在药物的效力。
7. 根据权利要求5的方法，其中该方法是在体内或体外进行的，和其中所获得的信息 用于分析对治疗的响应和/或测定在处于疾病状态的患者中为了他们的疾病进行治疗的 治疗效力。
8. 根据权利要求5的方法，其中该方法是在体内或体外进行的和其中所获得的信息用 于鉴定处于发展疾病的危险之中的患者和/或鉴定需要采取预防措施以避免疾病发展的 候选者。
9. 根据权利要求5的方法，它在体内或体外进行，和所获得的信息用于疾病的早期检
10. 根据权利要求5的方法，它在体内或体外进行，和所获得的信息用于监测疾病的进展。
11. 根据权利要求5的方法，它在体内或体外进行，和所获得的信息用于测定疾病的严重性。
12. 根据权利要求5的方法，它在体内或体外进行，和所获得的信息用于鉴定和分析与 疾病相关的并发症。
13. 根据前述权利要求1到12中任何一项的方法，其中该成像介质进一步包括高度极 化13C-乙酸盐和其中另外检测13C-乙酰肉碱和任选地13C-乙酰基-CoA或13C-乙酰基-CoA 和13C-乙酸盐的信号。
14. 根据前述权利要求1到12中任何一项的方法，其中，在使用包括高度极化"C-丙酮 酸盐的成像介质进行所述"C-MR检测之前或之后，使用包括高度极化13C-乙酸盐的成像介 质进行"C-MR检测，和其中检测13C-乙酰肉碱和任选地13C-乙酰基-CoA或13C-乙酰基-CoA 和13C-乙酸盐的信号。
15. 根据前述权利要求1到12中任何一项的方法，其中该成像介质进一步包括苹果酸盐。
16. 包括苹果酸盐和高度极化13C-丙酮酸盐的MR成像介质。
17. 包括高度极化13C-丙酮酸盐和高度极化13C-乙酸盐的MR成像。
全文摘要
本发明涉及通过使用包括高度极化13C-丙酮酸盐的成像介质由13C-MR检测法测定PDH活性的方法和涉及用于该方法中的成像介质。
文档编号G01N33/50GK101796413SQ200880105836
公开日2010年8月4日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月7日
发明者D·J·泰勒, G·K·拉达, H·J·阿瑟顿, K·克拉克, L·C·希瑟, L·E·科克林, M·A·施罗德 申请人:通用电气健康护理有限公司