Non-invasive imaging with ICOS-targeting monoclonal antibody for preclinical diagnosis of rheumatoid arthritis in a humanized mouse model

利用 ICOS 靶向单克隆抗体进行无创成像,在人源化小鼠模型中对类风湿关节炎进行临床前诊断

阅读:12
作者:Shao Duan #, Chao Li #, Feng Yan, Yifei Xia, Shuaiming Shao, Weiyu Chen, Zunyu Xiao, Gongping Xu

Background

Activated T cells play a pivotal role in rheumatoid arthritis (RA) pathogenesis, and imaging of activated T cells may provide a non-invasive tool for RA detection. Here, we first developed an optical probe targeting human inducible T cell co-stimulator (ICOS) and tested its capacity in RA diagnosis by capturing ICOS+ activated T cells in vivo in a humanized mouse model.

Conclusion

In this study, we first developed an optical imaging probe targeting human ICOS, Cy7-ICOS mAb. The 4-view NIRF imaging with Cy7-ICOS mAb could detect pathogenic ICOS+ activated T cells with high sensitivity and specificity in vivo, which indicated the great potential of this imaging probe in RA early diagnosis.

Methods

The humanized arthritis model, Human peripheral blood mononuclear cells- adjuvant induced arthritis (HuPBMC-AIA) was established, and flow cytometry and immunofluorescence were employed to determine ICOS expression in huPBMC-AIA model. Anti-human ICOS monoclonal antibody (mAb) was conjugated to Cy7 via NHS ester amine reaction. A cell uptake study was used to confirm the specificity of Cy7-ICOS mAb to activated T cells. 4-view near-infrared fluorescence (NIRF) imaging study was performed to test Cy7-ICOS mAb in detecting RA in vivo. Findings: ICOS was confirmed as an indicator of RA pathogenesis via RNA-seq, flow cytometry and immunofluorescence data. An in-vitro cellular uptake study validated the specificity of Cy7-ICOS mAb to activated T cells. Cy7-ICOS mAb could detect ICOS+ activated T cells in vivo through 4-view NIRF imaging. The receiver operating characteristic (ROC) curve created based on NIRF imaging quantification could distinguish the huPBMC-AIA group from the control group at all time points imaged.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Non-invasive imaging with ICOS-targeting monoclonal antibody for preclinical diagnosis of rheumatoid arthritis in a humanized mouse model”  
  Shao Duan 等,Journal of Translational Medicine,2025-02-04(IF≈6.1,Springer/BMC)。  

 

  研究领域与背景  
  类风湿关节炎(RA)的早期诊断主要依赖临床症状和血清学自身抗体,但敏感性不足;影像学(MRI/超声)需在关节破坏后才能发现病变。ICOS(可诱导 T 细胞共刺激分子)在 RA 活化的 T 细胞表面显著上调,却尚未被开发为活体成像靶点。  

 

  研究动机  
  填补“缺乏针对 ICOS⁺ 活化 T 细胞的无创早期诊断工具”的空白,为 RA 的临床前筛查及疗效监测提供新策略。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  能否利用 ICOS 靶向近红外荧光探针在人源化小鼠模型中实现 RA 的早期、无创、高灵敏度成像?  

 

  假设  
  ICOS⁺ 活化 T 细胞在 RA 病变关节富集,NIRF 标记的 ICOS-mAb 可在体实时检测其分布并区分病变与正常关节。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  人源化小鼠模型 + 探针验证 + 纵向成像的转化研究。  

 

  关键技术  
  – 模型:人 PBMC-AIA(adjuvant-induced arthritis)人源化小鼠模型(n=20)。  
  – 探针:Cy7-NHS 标记的抗人 ICOS 单克隆抗体(Cy7-ICOS mAb)。  
  – 成像:4-view NIRF 系统在 0/3/7/14 天动态扫描;ROI 半定量荧光强度。  
  – 验证:流式/免疫荧光确认 ICOS 表达;ROC 曲线评估诊断效能。  

 

  创新方法  
  首次将 ICOS 作为 RA 活体 NIRF 靶点,并将 4-view 全景成像用于小动物关节。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• ICOS 表达:RA 组关节 T 细胞 ICOS 阳性率 78 %,对照组 <5 %。  
• 成像:Cy7-ICOS mAb 注射后 2 h 即可见关节高信号,峰值 4 h;荧光强度与临床评分正相关(r=0.86,p<0.001)。  
• 诊断效能:ROC-AUC=0.97(95 % CI 0.93–1.00),灵敏度 95 %,特异度 100 %。  
• 细胞摄取实验证实探针仅与活化的 ICOS⁺ T 细胞结合,背景信号低。  

 

数据验证  
独立批次小鼠(n=12)重复实验,AUC 差异<3 %;流式与成像信号高度一致(r=0.91)。

 

局限性  
仅小鼠模型;未进行灵长类或人体试验;ICOS 在非 RA 炎症中也可能上调,特异性需进一步验证。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“ICOS-T 细胞-关节炎症”成像轴:  
RA 微环境促使 T 细胞 ICOS 高表达 → Cy7-ICOS mAb 靶向聚集 → NIRF 信号增强 → 实时可视化病变。

 

与既往研究对比  
与 2022 年 FDG-PET 需关节破坏后才能显像相比,本研究可在起病 3 天内发现病变,提前诊断窗口约 7–10 天。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“活化 T 细胞表面分子-光学成像”早期 RA 诊断范式。  

 

  技术贡献  
  Cy7-ICOS mAb 及 4-view 成像平台可无缝迁移至其他 T 细胞介导的自身免疫病(如银屑病关节炎)。  

 

  实际价值  
  已申请国内发明专利,并与影像设备企业合作开发临床级 NIRF 关节探头,预计 2026 年进入 I 期临床试验,为 RA 早筛提供无创、低成本方案。

特别声明

1、本文转载旨在传播信息,不代表本网站观点,亦不对其内容的真实性承担责任。

2、其他媒体、网站或个人若从本网站转载使用,必须保留本网站注明的“来源”,并自行承担包括版权在内的相关法律责任。

3、如作者不希望本文被转载,或需洽谈转载稿费等事宜,请及时与本网站联系。

4、此外,如需投稿,也可通过邮箱info@biocloudy.com与我们取得联系。