崔永鵬 CUI Yongpeng

舒 暢 SHU Chang

朱雁兵 ZHU Yanbing

王 歡 WANG Huan

郁文芝 YU Wenzhi

星形細(xì)胞瘤MRI擴(kuò)散加權(quán)成像、腫瘤細(xì)胞密度與缺氧誘導(dǎo)因子-1α表達(dá)水平的相關(guān)性

崔永鵬 CUI Yongpeng

舒 暢 SHU Chang

朱雁兵 ZHU Yanbing

王 歡 WANG Huan

郁文芝 YU Wenzhi

目的探討高級別和低級別星形細(xì)胞瘤MRI DWI、腫瘤細(xì)胞密度與缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）表達(dá)水平的相關(guān)性。資料與方法對術(shù)后病理確診的33例星形細(xì)胞瘤患者術(shù)前行MRI DWI檢查，并計(jì)算腫瘤實(shí)質(zhì)部分的ADC值；用Scion Image 4.0.3.2軟件計(jì)算腫瘤細(xì)胞密度；采用免疫組化檢測HIF-1α的表達(dá)情況。結(jié)果低級別星形細(xì)胞瘤的平均ADC值高于高級別星形細(xì)胞瘤，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=7.300, P＜0.001）。高級別星形細(xì)胞瘤平均細(xì)胞密度值明顯大于低級別星形細(xì)胞瘤，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=－3.845, P＜0.01）。低級別和高級別星形細(xì)胞瘤中均有HIF-1α表達(dá)，其表達(dá)強(qiáng)度分別為（20.08±10.01）%、（47.91±19.03）%。腫瘤ADC值與HIF-1α標(biāo)記指數(shù)、腫瘤細(xì)胞密度值呈顯著負(fù)相關(guān)（r＝－0.756、－0.617, P＜0.001），HIF-1α和腫瘤細(xì)胞密度值呈顯著正相關(guān)（r=0.622, P＜0.001）。結(jié)論ADC值有助于初步判定星形細(xì)胞瘤的性質(zhì)，對低級別和高級別星形細(xì)胞瘤有一定的鑒別價值。HIF-1α在星形細(xì)胞瘤中的作用應(yīng)擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步深入研究。

星形細(xì)胞瘤；磁共振成像，彌散；擴(kuò)散加權(quán)成像；表觀擴(kuò)散系數(shù)；腫瘤細(xì)胞；細(xì)胞計(jì)數(shù)；缺氧誘導(dǎo)因子-1α

惡性腫瘤的發(fā)生與細(xì)胞過度增殖有關(guān)，而細(xì)胞增殖需要消耗大量的氧，所以缺氧是實(shí)體腫瘤微環(huán)境的基本特征之一。缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）是廣泛存在于人體細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，與腫瘤的生長繁殖、侵襲、轉(zhuǎn)移，新生血管的生成、凋亡、耐藥等特征密切相關(guān)[1]。目前有關(guān)DWI在神經(jīng)系統(tǒng)方面的應(yīng)用研究較多[2]。本研究探討不同級別星形細(xì)胞瘤患者M(jìn)RI DWI、腫瘤細(xì)胞密度與HIF-1α表達(dá)水平的相關(guān)性，評價MRI診斷星形細(xì)胞瘤在缺氧條件下的生長、侵襲、增殖能力及惡性程度的價值，以提高星形細(xì)胞瘤病理級別判斷的正確率，更好地指導(dǎo)臨床治療及預(yù)后評估。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2007-04～2011-05開灤總醫(yī)院收治的經(jīng)病理證實(shí)的33例星形細(xì)胞瘤患者，其中低級別星形細(xì)胞瘤（WHO Ⅰ～Ⅱ級）18例，高級別星形細(xì)胞瘤（WHO Ⅲ～Ⅳ級）15例。低級別星形細(xì)胞瘤組男7例，女11例；年齡27～68歲，平均（48.5±7.5）歲；高級別星形細(xì)胞瘤組男9例，女6例；年齡22～57歲，平均（43.5±6.5）歲。兩組年齡、性別差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 ADC值測量 采用GE 1.5T超導(dǎo)型MR掃描儀，檢查順序?yàn)椋撼Ｒ?guī)掃描、DWI、增強(qiáng)掃描。常規(guī)掃描參數(shù)：自旋回波（SE） T1WI：TR/TE 2126/22 ms；快速恢復(fù)快速自旋回波（FRFSE） T2WI：TR/TE 4300/102 ms；MRI液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（FLAIR）序列：TR/TE 8502/125 ms。采用頭顱正交線圈，層厚6 mm，層間隔1 mm，重建視野24 cm×24 cm，距陣 320×224。DWI采用SE序列平面回波成像，TR/TE 6000/76 ms。在讀出（Read）、相位（Phase）編碼和層面（Slice）選擇3個方向上施加擴(kuò)散梯度，b值取0、1000 s/mm2。軸位掃描層厚6 mm，層間隔1 mm，視野（FOV） 24 cm×24 cm，距陣128×128，成像時間64 s。增強(qiáng)掃描采用釓噴替酸葡甲胺作為造影劑，經(jīng)肘靜脈注入后行T1WI軸位、冠狀位、矢狀位掃描。采用頭顱正交線圈，層厚6 mm，層間隔1 mm，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，距陣 320×224。在圖像瀏覽器中選擇“彌散掃描”，點(diǎn)擊“Functool 2”圖表，點(diǎn)擊“ADC”按鍵，進(jìn)入彌散圖像后處理界面，調(diào)節(jié)原始圖像到合適的窗寬、窗位。調(diào)節(jié)閾值后，在同一屏幕上同時生成ADC圖、eADC圖和原始的DWI取樣圖層。感興趣區(qū)（ROI）放置于腫瘤實(shí)質(zhì)內(nèi)，并盡量保持同一患者ROI的外形、大小和解剖位置一致。將eADC圖替換為T1WI增強(qiáng)掃描、FLAIR或T2WI FRFSE序列的取樣圖層，可以使ROI更準(zhǔn)確地放入腫瘤實(shí)質(zhì)內(nèi)。ROI為20～40 mm2，測量3次ROI的ADC值取平均值；對照側(cè)ROI選擇與腫瘤相對應(yīng)部位的對側(cè)腦白質(zhì)，測量3次ADC值取平均值。

1.3 腫瘤細(xì)胞密度測定 由2名病理學(xué)主任醫(yī)師采用雙盲法在光鏡下根據(jù)最新WHO分級標(biāo)準(zhǔn)[3]對腫瘤病理進(jìn)行分級，同時攝取典型病理圖片。采用Scion Image 4.0.3.2軟件對病理照片進(jìn)行分析，計(jì)算單位面積腫瘤組織中腫瘤細(xì)胞面積所占百分比，即腫瘤組織的細(xì)胞密度構(gòu)成。

1.4 免疫組化檢查 采用免疫組化法檢測與MRI資料相對應(yīng)的星形細(xì)胞瘤標(biāo)本中的HIF-1α表達(dá)狀況，按上海長島生物技術(shù)有限公司提供的免疫組化試劑盒說明書進(jìn)行操作。HIF-1α購自武漢博士德生物工程有限公司，濃度為1∶50。HIF-1α以細(xì)胞核有淺黃色、棕色、棕褐色顆粒為陽性細(xì)胞，每張切片分別在上、下、左、右和中心區(qū)各隨機(jī)選擇一個高倍視野（×400），計(jì)算腫瘤細(xì)胞密度值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0軟件，低級別和高級別星形細(xì)胞瘤組平均ADC值、平均細(xì)胞密度值、HIF-1α標(biāo)記指數(shù)比較采用t檢驗(yàn)，ADC值、rADC值、細(xì)胞密度值及HIF-1α標(biāo)記指數(shù)的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 星形細(xì)胞瘤的影像學(xué)特點(diǎn) 低級別星形細(xì)胞瘤邊界清楚，腫塊信號均勻，見圖1。高級別星形細(xì)胞瘤邊界不清楚，腫塊信號不均勻，見圖2。

圖1 患者男，40歲，低級別星形細(xì)胞瘤。腫瘤邊界清楚，腫塊信號均勻。A為T1WI圖像，B為T1WI增強(qiáng)圖像，C為DWI圖像，D為ADC圖像

圖2 患者女，61歲，高級別星形細(xì)胞瘤。腫瘤邊界不清楚，腫塊信號不均勻。A為T1WI圖像，B為T1WI增強(qiáng)圖像，C為DWI圖像，D為ADC圖像

2.2 MRI測量結(jié)果與星形細(xì)胞瘤病理分級的關(guān)系低級別星形細(xì)胞瘤腫瘤實(shí)質(zhì)部分的平均ADC值為（1619.24±376.22）×10-3mm2/s，高于高級別星形細(xì)胞瘤的（954.29±80.63）×10-3mm2/s，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=7.300, P＜0.001）。高級別星形細(xì)胞瘤平均細(xì)胞密度值為（20.13±0.10）%，明顯大于低級別星形細(xì)胞瘤的（9.36±5.38）%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=－3.845, P＜0.01）。正常腦組織中未見HIF-1α表達(dá)，低級別和高級別星形細(xì)胞瘤中均有HIF-1α表達(dá)，低級別星形細(xì)胞瘤的平均HIF-1α標(biāo)記指數(shù)為（20.08±10.01）%，高級別星形細(xì)胞瘤為（47.91±19.03）%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=－5.104, P＜0.001）。

2.3 各測量指標(biāo)間的相關(guān)性 腫瘤ADC值與HIF-1α標(biāo)記指數(shù)、腫瘤細(xì)胞密度值呈負(fù)相關(guān)（r＝－0.756、－0.617, P＜0.001），HIF-1α與腫瘤細(xì)胞密度呈正相關(guān)（r=0.622, P＜0.001）。

3 討論

常規(guī)CT及MRI檢查難以定量反映星形細(xì)胞瘤的成分及微結(jié)構(gòu)狀態(tài)，DWI使MR對人體的研究深入到了更微觀的水平。腦組織中水分子的擴(kuò)散大小和方向取決于擴(kuò)散屏障的通透性、空間、介質(zhì)的黏滯度及觀察時間，同時受毛細(xì)血管血流、組織細(xì)胞對水的主動轉(zhuǎn)運(yùn)過程等因素的影響[4]。星形細(xì)胞瘤腫瘤組織取代正常腦組織，腫瘤組織的細(xì)胞間隙影響間質(zhì)水分子擴(kuò)散，腫瘤細(xì)胞密度越高，間質(zhì)成分越少，則組織中水分子擴(kuò)散運(yùn)動越弱，反之亦然。本研究結(jié)果表明，高級別和低級別星形細(xì)胞瘤的ADC值與組織中的細(xì)胞密度值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，高級別腫瘤生長活躍，細(xì)胞密度高，ADC值小；低級別腫瘤生長緩慢，細(xì)胞密度低，ADC值大。雖然腫瘤囊變或壞死可能會使ADC值上升，但是本研究在計(jì)算ADC值時，參照既往避開腫瘤囊變或壞死部位的方法[5]，通過T1WI強(qiáng)化、T2WI及FLAIR序列成像圖像對比，避開了囊變或壞死部位。但經(jīng)計(jì)算得出的星形細(xì)胞瘤的腫瘤實(shí)質(zhì)部分ADC值與細(xì)胞密度值僅中度相關(guān)（r=－0.617），可能是由于除了細(xì)胞構(gòu)成比之外還有其他因素影響腫瘤的ADC值，比如腫瘤基質(zhì)、纖維成分或膠質(zhì)成分等[6]。然而，活體腫瘤細(xì)胞密度是影響腫瘤內(nèi)水分子擴(kuò)散的關(guān)鍵因素，星形細(xì)胞瘤中水分子的擴(kuò)散主要受細(xì)胞密度的影響，腫瘤實(shí)質(zhì)部分ADC值越低，DWI上信號越高，DWI可以在一定程度上反映星形細(xì)胞瘤的分子生物學(xué)相關(guān)行為。

缺氧是一種普遍的生理和病理現(xiàn)象，無法調(diào)控地增殖是腫瘤細(xì)胞的主要特征，其侵襲性生長方式及轉(zhuǎn)移依賴新生血管網(wǎng)的產(chǎn)生，腫瘤因?yàn)榧?xì)胞密度增加，組織增生過快必然導(dǎo)致局部組織低氧、低糖和酸性，為適應(yīng)缺氧微環(huán)境，腫瘤組織形成多血管體系，同時使腫瘤更具侵襲性[7]。HIF-1α是介導(dǎo)細(xì)胞對缺氧微環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)性反應(yīng)的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，是腫瘤血管生成的核心調(diào)控因子。星形細(xì)胞瘤的浸潤性生長導(dǎo)致局部缺氧微環(huán)境，HIF-1α在低氧應(yīng)激中發(fā)揮抗凋亡蛋白的作用。本研究中，HIF-1α在正常腦組織中不表達(dá)，在低級別和高級別星形細(xì)胞瘤中均表達(dá)，且其表達(dá)強(qiáng)度隨星形細(xì)胞瘤病理級別的升高而增強(qiáng)。本研究中HIF-1α標(biāo)記指數(shù)與腫瘤細(xì)胞密度值呈明顯正相關(guān)，與ADC值呈明顯負(fù)相關(guān)，表明HIF-1α與腫瘤細(xì)胞惡性增殖有關(guān)。腫瘤區(qū)ADC值與HIF-1α標(biāo)記指數(shù)、腫瘤細(xì)胞密度值呈顯著負(fù)相關(guān)，表明腦DWI是星形細(xì)胞瘤診斷與病理分級的重要方法。腫瘤的無限增殖逐漸加重缺氧狀態(tài)，HIF-1α表達(dá)水平增加，促進(jìn)促紅細(xì)胞生成素轉(zhuǎn)錄表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞繁殖。細(xì)胞繁殖越旺盛、密度越高、生物膜結(jié)構(gòu)對水分子的擴(kuò)散限制作用越明顯，ADC值越低，DWI上信號越強(qiáng)。迄今為止，HIF-1α已確定的靶基因至少有60多種，涉及細(xì)胞的能量代謝、血管生成等，為低氧的腫瘤細(xì)胞提供能量，從而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的生存能力。糖酵解系統(tǒng)中磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶M、乳酸脫氫酶、3-磷酸甘油醛脫氫酶、烯醇化酶-1等基因調(diào)控序列上均存在HIF-1α結(jié)合位點(diǎn)，HIF-1α通過增強(qiáng)這些基因的表達(dá)，提高葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、糖酵解，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞分裂增殖和向惡性轉(zhuǎn)化[8]。本研究涉獵神經(jīng)腫瘤學(xué)與神經(jīng)影像學(xué)交叉學(xué)科，國內(nèi)外相關(guān)報道較少。

總之，ADC值可以初步判定星形細(xì)胞瘤性質(zhì)，對低級別和高級別星形細(xì)胞瘤有一定的鑒別價值，有助于術(shù)前診斷，應(yīng)進(jìn)一步推廣使用。低氧是腫瘤微環(huán)境改變的特征，HIF-1α是調(diào)節(jié)細(xì)胞適應(yīng)低氧的轉(zhuǎn)錄激活因子，通過不同途徑使腫瘤細(xì)胞適應(yīng)低氧微環(huán)境，在腫瘤細(xì)胞密度增殖中發(fā)揮著重要作用，應(yīng)進(jìn)一步深入研究HIF-1α在星形細(xì)胞瘤中的作用。

[1] Li Z, Wang J, Gong L, et al. Correlation of delta-like ligand 4 (DLL4) with VEGF and HIF-1α expression in human glioma. Asian Pac J Cancer Prev, 2011, 12(1): 215-218.

[2] Sundin A. Imaging of neuroendocrine tumors. Expert Opin Med Diagn, 2012, 6(5): 473-483.

[3] 楊樹源, 只達(dá)石. 神經(jīng)外科學(xué). 北京: 人民衛(wèi)生出版社, 2008: 500-503.

[4] 胡佳壽, 田洪梓, 孫金鳳, 等. 磁共振全身彌散加權(quán)成像在體部腫瘤篩查中的應(yīng)用. 中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志, 2011, 19(9): 695-699.

[5] Leonard F, Devaux Y, Vausort M, et al. Adenosine modifies the balance between membrane and soluble forms of Flt-1. J Leukoc Biol, 2011, 90(1): 199-204.

[6] Wilde EA, Ayoub KW, Bigler ED, et al. Diffusion tensor imaging in moderate-to-severe pediatric traumatic brain injury: changes within an 18 month post-injury interval. Brain Imaging Behav, 2012, 6(3): 404-416.

[7] 李麗艷, 周順科, 劉軍, 等. 乳腺癌多層螺旋CT灌注成像與微血管生成的相關(guān)性研究. 中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志, 2012, 20(1): 13-18, 21.

[8] Roos TU, Heiss EH, Schwaiberger AV, et al. Caffeic acid phenethyl ester inhibits PDGF-induced proliferation of vascular smooth muscle cells via activation of p38 MAPK, HIF-1α, and heme oxygenase-1. J Nat Prod, 2011, 74(3): 352-356.

（責(zé)任編輯 唐 潔）

Correlation Between Diffusion Weighted Imaging, Tumor Cellularity and Expression Level of Hypoxia-inducible Factor-1α in Cerebral Astrocytoma

PurposeTo evaluate the correlation among diffusion weighted imaging (DWI), tumor Cellularity and hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α) for the high and low grade astrocytoma.Materials and MethodsDWI was applied with 33 patients with astrocytoma confirmed by pathology, and ADC value was measured. Tumor Cellularity was measured using Scion Image 4.0.3.2. The expression of HIF-1α was tested using immunohistochemisty.ResultsMean ADC value was higher in the low grade astrocytoma than that in the high grade astrocytoma (t=7.300, P＜0.001). The tumor Cellularity was higher in the high grade astrocytoma than that in the low grade astrocytoma (t=－3.845, P＜0.01). HIF-1α expression could be demonstrated in the low grade [(20.08±10.01)%] and high grade [(47.91±19.03)%] astrocytoma. The negative correlation was demonstrated between ADC value and HIF-1α and tumor Cellularity (r＝－0.756, －0.617; P＜0.001). The positive correlation was demonstrated between HIF-1α and tumor Cellularity (r=0.622, P＜0.001).ConclusionADC value can be used to discriminate the low and high grade astrocytoma, and the role of HIF-1α should be further to study with enlarged sample.

Astrocytoma; Diffusion magnetic resonance imaging; Diffusion weighted imaging; Apparent diffusion coefficient; Tumor cells; Cell count; Hypoxia-inducible factor-1α

開灤總醫(yī)院神經(jīng)外科 河北唐山 063000

崔永鵬

Department of Neurosurgery, Kailuan General Hospital, Tangshan 063000, China

Address Correspondence to: CUI Yongpeng

E-mail: klyyshch@sina.com

R730.264；R445.2

2013-06-03

修回日期：2013-09-23

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2013年 第21卷 第12期：891-893，898

Chinese Journal of Medical Imaging

2013 Volume 21(12): 891-893, 898

10.3969/j.issn.1005-5185.2013.12.003