腫瘤血管生成擬態(tài)的影像學(xué)新進展

許立功吳 爽張景峰阮凌翔

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腫瘤血管生成擬態(tài)的影像學(xué)新進展

許立功1吳 爽2張景峰1阮凌翔1

【關(guān)鍵詞】腫瘤；新生血管化，病理性；超聲檢查；磁共振成像；光學(xué)；分子影像學(xué)；綜述

近年來腫瘤的發(fā)病率和死亡率逐年上升，已成為威脅人類健康的重要原因之一。新生血管一直被認為是腫瘤獲得血液供應(yīng)的唯一途徑，其與腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)。但以血管內(nèi)皮細胞為靶點的抗血管生成治療在部分高度惡性腫瘤中并未達到預(yù)期的效果。因此，研究者們對腫瘤新生血管之外是否存在另外的微循環(huán)模式進行了深入的研究。Maniotis等［1］通過研究高侵襲性的葡萄膜黑色素瘤發(fā)現(xiàn)其血供方式與經(jīng)典的腫瘤微血管結(jié)構(gòu)不同，是腫瘤細胞自身直接形成的具有微循環(huán)功能的類血管結(jié)構(gòu)，進而首次提出了血管生成擬態(tài)（vasculogenic mimicry，VM）的概念。VM的提出解釋了腫瘤抗血管生成治療效果不佳的原因，同時也兼顧了腫瘤血液供應(yīng)的多種方式。目前評價VM的“金標(biāo)準(zhǔn)”是血管擬態(tài)密度（vasculogenic mimicry density，VMD），但因其有創(chuàng)性、對準(zhǔn)確取材的依賴性等缺點一直未能廣泛用于臨床。影像學(xué)是一種非侵入性的、可重復(fù)性較高且方便快捷的可視化監(jiān)測方法，特別是分子影像學(xué)的逐步發(fā)展，為VM在活體內(nèi)定量檢測提供了技術(shù)支持。

1　VM的特點及發(fā)生機制

Maniotis等［1］通過研究人眼葡萄膜黑色素瘤及轉(zhuǎn)移性皮膚黑色素瘤的微循環(huán)，發(fā)現(xiàn)直徑＞1 cm的瘤體中心很少出現(xiàn)壞死、纖維組織及微血栓，而且普通病理切片上也很少見到由內(nèi)皮細胞構(gòu)成的新生血管，于是首次提出了VM的概念，即在無內(nèi)皮細胞的參與下，由某些具有內(nèi)皮細胞表型的腫瘤細胞直接形成具有微循環(huán)功能的類血管結(jié)構(gòu)。光鏡下可以觀察到這些類血管結(jié)構(gòu)形態(tài)多樣，且腫瘤細胞排列成管道結(jié)構(gòu)，管道內(nèi)襯一層過碘酸希夫（periodic acid Schiff，PAS）染色陽性的細胞基質(zhì)膜。但經(jīng)光鏡、電鏡及免疫組織化學(xué)檢查均未發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細胞的存在。VM的類型分兩種，即管型和圖案樣基質(zhì)型VM［2］。管型VM在形態(tài)上與新生血管相類似，但管道壁上并未發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細胞；圖案樣基質(zhì)型VM在形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)上均與新生血管不相類似，而是由層粘連蛋白、硫酸乙酰肝素、IV型及VI型膠原纖維等多種細胞外基質(zhì)形成。VM與新生血管相比有以下特征：VM管壁內(nèi)層無內(nèi)皮細胞，內(nèi)皮細胞特異標(biāo)志分子CD31和CD34染色呈陰性［3］，而是一層PAS染色陽性的基底膜樣結(jié)構(gòu)［4］；VM是由多種細胞外基質(zhì)蛋白組成且與腫瘤血管相吻合的微循環(huán)管道，其內(nèi)可見流動的紅細胞；存在VM的腫瘤很少發(fā)生中心性壞死，并且很少見到紅細胞漏出和微血栓形成；VM多見于高侵襲性腫瘤中，而很少見于低侵襲性及良性腫瘤中。理論上，VM是腫瘤微循環(huán)的一部分，且與新生血管相吻合交通，為生長迅速的高侵襲性腫瘤提供了豐富的營養(yǎng)支持；VM管壁由腫瘤細胞直接構(gòu)成，更有利于腫瘤細胞的遠處轉(zhuǎn)移。

目前VM的生成機制尚不明確，可能的原因主要是：①腫瘤細胞自身方面：在VM形成過程中，腫瘤細胞由于基因型的改變而具有去分化能力，呈現(xiàn)出多潛能胚胎干細胞表型從而具有自身的可塑性，使其能夠模擬血管內(nèi)皮細胞形成VM。②腫瘤微環(huán)境方面：首先，細胞外基質(zhì)重塑在VM形成過程中起到了重要作用，而磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是參與細胞外基質(zhì)重塑的主要通路。其次，生長迅速的腫瘤會導(dǎo)致其微環(huán)境缺氧，缺氧可刺激缺氧誘導(dǎo)因子的過量表達，進而上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子A的表達和血管內(nèi)皮生長因子的轉(zhuǎn)錄，進而誘導(dǎo)VM的形成［5-6］。此外，腫瘤組織液體間質(zhì)壓力、pH值、氧分壓等諸多微環(huán)境因素也會誘導(dǎo)VM的形成。③腫瘤干細胞方面：腫瘤干細胞是一類特殊干細胞，具備高度的自我更新能力和多向分化潛能，既可以維持祖細胞數(shù)量穩(wěn)定，又可以不斷地分化成多種子代細胞來維持瘤體增長。近年越來越多的研究證明腫瘤干細胞參與了VM的形成。在三維培養(yǎng)下能形成VM結(jié)構(gòu)的人眼黑色素瘤可表達腫瘤干細胞表型標(biāo)志物CD271，未形成VM結(jié)構(gòu)的人眼黑色素瘤卻不表達CD271［7］。Yao等［8］認為腫瘤干細胞的相互作用改變了瘤體內(nèi)的微環(huán)境，而微環(huán)境的改變又決定了腫瘤干細胞的分化方向，進而影響血管發(fā)生和血管擬態(tài)的形成。

2　VM的臨床意義

VM存在于多種腫瘤中，提示腫瘤組織中VM的存在可能具有潛在的普遍意義，且存在VM的腫瘤預(yù)后較差。Sun等［9［10］中發(fā)現(xiàn)，過表達基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-2會導(dǎo)致VM的形成，且與臨床分期、病理分級及遠處轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。

長期以來，臨床上抗腫瘤治療以血管生成靶向治療為主，但遠期療效不佳。Xu等［11］的研究表明，抗腫瘤血管生成抑制劑對VM無明顯影響，反而藥物誘導(dǎo)了VM結(jié)構(gòu)的形成來促進腫瘤的轉(zhuǎn)移。因此，抗腫瘤血管生成治療也應(yīng)考慮VM的存在。目前，已有學(xué)者致力于抗VM藥物的研發(fā)?；|(zhì)金屬蛋白酶MMP-2和MMP-9是腫瘤中影響VM形成的重要因素［9］，沙利度胺可通過抑制MMP-2和MMP-9的表達來抑制VM形成的信號通路，進而改變腫瘤的營養(yǎng)供應(yīng)方式［12］。Luan等［13］發(fā)現(xiàn)葡萄籽原花青素可以抑制三陰性乳腺癌中VM的形成。Guo等［14］的研究表明，人參皂苷Rg3可以通過下調(diào)血管內(nèi)皮鈣黏蛋白、上皮細胞激酶、MMP-2和MMP-9等信號通路蛋白來抑制胰腺癌VM的形成，進而改善患者預(yù)后。以上研究結(jié)果為腫瘤VM的靶向治療提供了新的支持，但仍需要進一步的探究來明確其機制及療效。

3　VM與影像學(xué)的關(guān)系

VM是腫瘤高侵襲性的獨立預(yù)測因素之一，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)，因此對VM的明確診斷及分析具有十分重要的臨床意義。分子影像學(xué)是將特異性的分子探針導(dǎo)入體內(nèi)，借助于多種模式的影像學(xué)方法來顯示組織、細胞和亞細胞水平的特定分子，反映活體狀態(tài)下分子水平的動態(tài)變化，進而定量、定性分析其生物學(xué)行為。由于VM是功能性管道，且與腫瘤的微循環(huán)相吻合交通，對比劑能夠進入其中，這給各種影像學(xué)技術(shù)尤其是分子影像技術(shù)對其進行檢測帶來了希望。

超聲分子影像學(xué)是在體積小于紅細胞的超聲造影劑的表面結(jié)合特異性的親和組件（如配體或抗體），通過配體-受體相互作用（或抗體-抗原相互作用）原理，在活體組織中與需要顯像的靶組織特異性結(jié)合，以提高超聲成像的敏感度和特異度。Liu等［15］認為聚乳酸是一種可以在表面連接乳腺癌特異性抗體抗Her2抗體（如赫賽?。┑募{米造影劑，它與過度表達Her2受體的乳腺癌細胞特異性結(jié)合。經(jīng)流式細胞儀和共聚焦成像驗證得出，Her2陽性細胞在與納米顆粒孵育后大量著色，說明聚乳酸與乳腺癌細胞可以特異性地結(jié)合。高分辨率超聲造影顯示其強化程度與病理切片的VM結(jié)果一致。以上結(jié)果提示可以將放射性藥物標(biāo)記在赫賽汀上，讓其與乳腺癌細胞特異性結(jié)合，達到靶向治療的目的。因此超聲分子影像學(xué)能通過靶向藥物的濃聚情況來顯示VM的特點，進而判斷腫瘤的惡性程度及預(yù)測靶向治療的效果。

近年來MRI的臨床應(yīng)用已從病理解剖學(xué)水平逐步過渡到功能代謝以及分子生物學(xué)水平，是分子影像學(xué)的重要分支。MRI分子成像采用多參數(shù)、多序列、多方位成像技術(shù)對特定分子進行成像，可反映活體組織的功能信息及病變導(dǎo)致的功能變化，能夠早期、準(zhǔn)確地診斷疾病。與傳統(tǒng)MRI的最大區(qū)別在于，其在傳統(tǒng)MRI技術(shù)基礎(chǔ)上，以特殊分子或細胞作為成像對象（靶結(jié)構(gòu)），把非特異性物理成像轉(zhuǎn)變?yōu)樘禺愋苑肿映上?。由于大分子MRI對比劑無法漏過血管壁，以前認為無法用血管造影術(shù)證實腫瘤中心的新生血管與VM之間存在著聯(lián)接通路。隨著大分子對比劑的研發(fā)及MRI技術(shù)的高速發(fā)展，使利用MR動態(tài)微血管造影顯示腫瘤中心的血管和VM成為可能。Shirakawa等［16］將WIBC-9 及MC-5腫瘤細胞接種于BALB/c裸鼠上，成功建立乳腺癌模型，并采用大分子MRI對比劑G6D-（1B4M-Gd）256對其行三維動態(tài)微MRI檢查。G6D-（1B4M-Gd）256不能漏出血管壁，但是可以在微循環(huán)中持續(xù)30 min。多個時間點的動態(tài)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)對比劑到達WIBC-9瘤內(nèi)的速度以及濃聚速度快于MC-5腫瘤，而且WIBC-9瘤內(nèi)信號強度高于MC-5腫瘤，且與病理切片的VM形態(tài)一致。電鏡及免疫組化發(fā)現(xiàn)，WIBC-9瘤內(nèi)存在VM-新生血管通路。除動物實驗外，Yamamoto等［17］利用MRI的FLAIR序列在隨訪1例患者中發(fā)現(xiàn)其右側(cè)額葉有輕微強化的高信號區(qū)，且與病理切片上VM的結(jié)果一致（圖1A～F），提示VM的發(fā)現(xiàn)及顯像對臨床治療具有一定的指導(dǎo)意義。

光學(xué)分子成像是在生物體內(nèi)引入合適的熒光探針，通過用特定波長的紅光激發(fā)熒光染料，使其發(fā)出熒光，或引入報告基因，其表達產(chǎn)物可自發(fā)熒光，進而通過光學(xué)設(shè)備檢測發(fā)射出的熒光并利用這些信息研究熒光分子的分布，從而記錄和顯示分子事件及動力學(xué)過程。Hillen等［18］利用轉(zhuǎn)基因Tie2-GFP無胸腺裸鼠建立尤文肉瘤模型后觀察到在瘤內(nèi)同時存在腫瘤新生血管及VM，VM的管腔直徑大于新生血管，且兩者的管腔內(nèi)均可觀察到血液流動。尾靜脈內(nèi)注射若丹明后，在以上2種結(jié)構(gòu)內(nèi)均可見標(biāo)記的白細胞。Liu等［19］利用生物發(fā)光發(fā)現(xiàn)異位表達抑制Hh信號通路蛋白可以阻礙VM的形成，而過表達抑制Hh信號通路蛋白可以使膠質(zhì)瘤對替莫唑胺和環(huán)巴胺的敏感度增加。Fang等［20］的研究表明，3D培養(yǎng)肝癌細胞HCCLM9后發(fā)現(xiàn)，該細胞先存在于基質(zhì)的表面，然后逐步遷移至基質(zhì)的深處并形成管狀、環(huán)形及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，均提示肝癌細胞可形成VM。3個時間點的量子點熒光探針成像結(jié)果提示肝癌細胞內(nèi)過表達膜型基質(zhì)金屬蛋白酶會導(dǎo)致樹突狀偽足向外生長，進而有助于VM的形成。將表達熒光素基因的腫瘤細胞移植到動物模型中，可以原位、動態(tài)地監(jiān)測腫瘤細胞的定植、遷移及增殖過程，但該方法目前只能用于動物模型，還不能用于臨床［21］。

血管擬態(tài)的發(fā)現(xiàn)改變了人們對腫瘤血供的傳統(tǒng)認識，為高侵襲性腫瘤的治療提供了新的指導(dǎo)信息，但是VM的研究尚處于探索階段，還有許多問題亟待解決，如惡性程度不同的腫瘤形成VM的能力不同及其機制、VM和腫瘤新生血管是否有共同靶點、VM怎樣與腫瘤新生血管相連接等。隨著研究的不斷深入，VM的調(diào)控機制、解剖及功能特點會逐步明確。分子影像學(xué)在VM的研究中遇到很多困難，最亟待解決的是缺乏特異性分子靶點將VM與腫瘤新生血管區(qū)分開，從而造成分子靶向?qū)Ρ葎┑难邪l(fā)困難，這可能是將來影像學(xué)研究發(fā)展的方向之一。

綜上所述，VM是由細胞外基質(zhì)界定的微循環(huán)管道，它是由腫瘤細胞圍繞形成，與腫瘤的轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后密切相關(guān)。由于VM是功能性管道，其與腫瘤的微循環(huán)相通，對比劑能夠進入其中，這給各種影像學(xué)技術(shù)對其進行檢測帶來了希望。影像學(xué)具有方便、快捷、無創(chuàng)和可重復(fù)性等特點，不僅能通過顯示瘤體內(nèi)微循環(huán)灌注及VM特點來初步判斷腫瘤的分級，還可初步預(yù)測放射靶向治療的療效，為不同的腫瘤提供治療指導(dǎo)方針及預(yù)后判斷。

圖1 女，42歲，腦腫瘤。冠狀位FLAIR圖像示右側(cè)額葉結(jié)節(jié)狀高信號影（白色框內(nèi)，A）；B～D為A白色框內(nèi)的放大圖像，分別為冠狀位的FLAIR圖像、增強的T1WI圖像、增強的FIESTA圖像箭頭所示為血管擬態(tài)，箭所示為海綿狀靜脈畸形；HE染色示VM區(qū)域與MRI及大體病理標(biāo)本一致（箭，E、F）

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（本文編輯 馮婕

【中圖分類號】R445；R730.4

【基金項目】浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科學(xué)研究基金（2009A078）；浙江省教育廳科研計劃項目（Y200804834）；浙江省自然科學(xué)基金資助項目（LY12H18003）；浙江省共建重大科研計劃項目（wsk2014-2-009）。

【作者單位】1.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院放射科 浙江杭州310003；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院PET中心浙江杭州 310009

【通訊作者】阮凌翔 E-mail： 233693001@qq.com

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.03.021

【收稿日期】2015-07-08 【修回日期】2015-09-28