115年:醫學一(2)
當氟代去氧葡萄糖（[¹⁸F]2-fluoro-2-deoxyglucose）進入癌細胞後，經醣類代謝後，產生何種產物，以供正子斷層造影（positron emission tomography）檢測之用？
A氟代羥基葡萄糖（[¹⁸F]2-fluoro-2-hydroxyglucose）
B6-磷酸氟代去氧葡萄糖（[¹⁸F]6-phospho-2-fluoro-2-deoxyglucose）
C6-磷酸氟代葡萄糖（[¹⁸F]6-phospho-2-fluoro-2-glucose）
D1,6-雙磷酸氟代去氧葡萄糖（[¹⁸F]1,6-bisphospho-2-fluoro-2-deoxyglucose）
詳細解析
本題觀念
氟代去氧葡萄糖([¹⁸F]FDG)是正子斷層造影(positron emission tomography, PET)最常用的顯影劑，其原理是模仿葡萄糖被癌細胞攝取與代謝的過程，但在關鍵一步「卡住」而滯留在細胞內，形成可偵測的訊號。FDG 先經葡萄糖轉運蛋白(以 GLUT1 為主，癌細胞常過度表現)進入細胞，再被己糖激酶(hexokinase)磷酸化。本題要辨別的是：這個磷酸化反應之後產生的產物是什麼、以及為什麼這個產物會被「困」在細胞內供 PET 偵測。
選項分析
- A. 氟代羥基葡萄糖：FDG 進入細胞後發生的化學反應是「磷酸化」（在第6位碳加上磷酸根），而不是在第2位碳生成羥基化的產物，這個選項描述的化學途徑並不符合己糖激酶的作用機制，故不是答案。
- B. 6-磷酸氟代去氧葡萄糖：己糖激酶把 FDG 第6位碳磷酸化，產生 FDG-6-磷酸(FDG-6-phosphate)。這個產物因為第2位碳的氫氧基被氟取代（缺乏正常葡萄糖代謝所需的2'-OH），磷酸己糖異構酶無法把它轉換成下一步的中間產物，代謝反應在此中止；同時磷酸根帶負電、極性大增，讓它難以擴散通過細胞膜離開細胞，因而被「代謝性捕捉」(metabolic trapping)、持續累積在細胞內，供 PET 偵測其正子訊號，完全符合題意，為正確答案。
- C. 6-磷酸氟代葡萄糖：這個選項描述的是「恢復正常羥基骨架」（去掉去氧特徵）之後再磷酸化的產物，但 FDG 第2位碳的氟取代結構在磷酸化過程中並不會改變，實際產物仍保留「去氧」的特徵，此選項描述的產物並非實際生成的中間產物，故不是答案。
- D. 1,6-雙磷酸氟代去氧葡萄糖：FDG 在細胞內只經過己糖激酶「單一步」磷酸化，因為缺乏2'-OH 而無法被異構酶辨識，代謝反應立即中止，並不會像正常果糖代謝那樣繼續走到磷酸果糖激酶這一步生成雙磷酸化合物，此選項描述的產物並非 FDG 代謝實際會生成的中間產物，故不是答案。
答案解析
本題答案為 B。FDG 之所以能作為 PET 顯影劑，關鍵在於它與正常葡萄糖代謝走到「己糖激酶磷酸化」這一步之前完全相同，但磷酸化後因第2位碳缺乏氫氧基，無法被磷酸己糖異構酶進一步代謝，反應就此中止；再加上帶負電的磷酸根讓分子難以擴散出細胞，於是 FDG-6-磷酸大量堆積在葡萄糖攝取旺盛的組織（如癌細胞、發炎組織、腦部、心肌）中，成為 PET 影像上訊號強弱的判讀依據。這個「代謝性捕捉」機制是理解 FDG-PET 影像原理的核心。
核心知識點
複習這題時，建議把 FDG 代謝路徑拆成三步驟：①經 GLUT 轉運進入細胞、②被己糖激酶磷酸化成 FDG-6-磷酸、③因缺乏2'-OH 而卡在這一步、無法被異構酶代謝，加上帶電荷難以擴散出細胞，形成代謝性捕捉。記住「卡住的原因是第2位碳的氟取代、而不是磷酸化本身」，就能快速排除選項 A、C、D 這類描述其他化學修飾產物的誘答選項。這個觀念也能延伸理解為什麼發炎組織、腦部、心肌等高葡萄糖代謝組織在 FDG-PET 影像中也會有生理性攝取訊號，是判讀報告時需要留意的重點。
參考資料
- Wikipedia: Fludeoxyglucose (18F)
- StatPearls: Fludeoxyglucose (18F)
- SNMMI PET Center of Excellence: FDG teaching file
- PMC: Fructose 1,6-Bisphosphatase 1 Expression Reduces 18F-FDG Uptake in Clear Cell Renal Cell Carcinoma
- RadiologyKey: The Role of Glucose and FDG Metabolism in the Interpretation of PET Studies