孟令平, 王國光, 胡明秀, 張洪, 官兵, 洪玉萍
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·實(shí)驗(yàn)研究·
大鼠肝纖維化和肝硬化MR-PWI參數(shù)與CD34和a-SMA的相關(guān)性
孟令平, 王國光, 胡明秀, 張洪, 官兵, 洪玉萍
目的:探討大鼠肝纖維化、肝硬化模型磁共振灌注成像(MR-PWI)參數(shù)的意義及其與CD34、a-SMA的相關(guān)性。方法:清潔級SD大鼠隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組(n=84)和對照組(n=16)。實(shí)驗(yàn)組采用硫代乙酰胺(TAA)腹腔定點(diǎn)注射,每次200 mg/kg,3次/周,對照組同期腹腔注射同劑量的生理鹽水。建模第6~30周后實(shí)驗(yàn)租和對照組分批次行肝臟磁共振常規(guī)掃描及灌注成像。病理上將鼠肝損傷分為肝纖維化0期、Ⅰ~Ⅱ期和Ⅲ~Ⅳ期、肝硬化結(jié)節(jié)期,并與灌注參數(shù)TTP、WIR、WOR和免疫組化指標(biāo)CD34、a-SMA表達(dá)作對照。結(jié)果:共有69只大鼠(實(shí)驗(yàn)組57只,對照組14只)成功獲取MR-PWI參數(shù),成功率69%(69/100)。實(shí)驗(yàn)組門靜脈和肝實(shí)質(zhì)的TTP隨著肝纖維化及肝硬化進(jìn)展而延長,而門靜脈WIR、WOR在肝纖維化Ⅰ~Ⅱ期和Ⅲ~Ⅳ期下降不明顯,肝硬化結(jié)節(jié)期則明顯下降;肝實(shí)質(zhì)WIR、WOR則隨著肝纖維化、肝硬化進(jìn)展而逐漸下降,各期之間差異有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05);各灌注參數(shù)與肝纖維化病理分期之間有較好相關(guān)性(P<0.05)。CD34和a-SMA表達(dá)在肝纖維化Ⅰ~Ⅱ期不明顯,肝纖維化Ⅲ~Ⅳ期和肝硬化結(jié)節(jié)期則明顯表達(dá),與對照組比較,實(shí)驗(yàn)組肝纖維化Ⅲ~Ⅳ期和肝硬化期CD34、SMA表達(dá)均顯著增加(P<0.01)。門靜脈及肝實(shí)質(zhì)灌注參數(shù)TTP、WIR、WOR和CD34、a-SMA表達(dá)有相關(guān)性(P<0.05)。結(jié)論:門靜脈和肝實(shí)質(zhì)TTP、WIR、WOR與大鼠肝纖維化、肝硬化不同分期之間有相關(guān)性,與CD34、a-SMA表達(dá)有相關(guān)性。
磁共振成像; 灌注加權(quán)成像; 肝纖維化; 肝硬化; 動物模型; 病理; 免疫組化
1.實(shí)驗(yàn)動物與分組
選用清潔級SD大鼠100只(上海睿太莫斯生物科技有限公司提供),雄性,鼠齡6~7周,體質(zhì)量180~200 g,在上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院動物實(shí)驗(yàn)中心按標(biāo)準(zhǔn)方法飼養(yǎng)。大鼠隨機(jī)分為兩組:實(shí)驗(yàn)組(n=84),硫代乙酰胺 (上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)200 mg/kg,腹腔注射,3次/周,連續(xù)8周;第9周開始,增加20%,連續(xù)至第25周;第26周開始,再增加20%,連續(xù)至第30周。對照組(n=16),正常喂飼,與實(shí)驗(yàn)組同樣時間于腹腔內(nèi)注射同量生理鹽水。
2.磁共振檢查
Philips Achive 1.5T超導(dǎo)型MR儀,小動物專用線圈。腹腔內(nèi)注射10%水合氯醛(2 mg/kg)麻醉大鼠,棉紗布輕裹動物腹部后,頭先進(jìn),俯臥置于線圈中央,試驗(yàn)組大鼠(6±1)~(30±1)周后批次(1~5只/次)、對照組同期(1~2只/次)行磁共振常規(guī)橫軸面T1WI、抑脂T2WI檢查。
灌注成像技術(shù):抑脂THRIVE(3D T1-TFE)序列,TR 7.5 ms,TE 3.7 ms,翻轉(zhuǎn)角10°,采集次數(shù)1,矩陣128×128,層厚2.0 mm,層間隔0 mm。全肝掃描層數(shù)10層,共55個時相,掃描時間120 s。由鼠尾靜脈經(jīng)留置針團(tuán)注對比劑Gd-DTPA(0.5 mmol/mL;北陸藥業(yè))0.1 mL,隨后續(xù)注0.5 mL生理鹽水沖管,注射對比劑同時開始PWI掃描。原始灌注圖像傳入后處理工作站,采用“Basic T1 Perfusion”軟件包,分別選擇腹主動脈、門靜脈和肝實(shí)質(zhì)作為興趣區(qū)(ROI),自動繪制時間-信號強(qiáng)度曲線(time-signal intensity curve,TIC)。觀察并記錄:峰值時間(time to peak,TTP),T0和峰值強(qiáng)度時間(T1)之間的時間;流入速率(wash in rate,WIR),T0和峰值強(qiáng)度時間T1之間的最大斜率。流出速率(wash out rate,WOR),峰值強(qiáng)度時間T1和測量末端之間的最大斜率。
3.病理學(xué)檢查
所有大鼠均于全麻下切下肝組織,經(jīng)10%甲醛固定后石蠟切片,行HE染色和Masson染色,2位病理醫(yī)師鏡下觀察肝匯管區(qū)、肝竇壁及中央靜脈等處膠原纖維增生情況。按文獻(xiàn)[6]判斷肝纖維化程度:0級為無成纖維細(xì)胞增生,膠原纖維量正常;Ⅰ級為匯管區(qū)擴(kuò)大,少量成纖維細(xì)胞增生,膠原纖維輕度增生;Ⅱ級為匯管區(qū)內(nèi)成纖維細(xì)胞增生,膠原纖維呈條狀延伸;Ⅲ級為匯管區(qū)內(nèi)成纖維細(xì)胞大量增生,膠原纖維形成小葉纖維隔;Ⅳ級為伴肝硬化假小葉形成。肝硬化結(jié)節(jié)期:大體觀彌漫肝結(jié)節(jié)(直徑≥2 mm)及鏡下增生結(jié)節(jié)。
圖5為Activiti引擎的系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)圖,給出了引擎提供的所有功能組件。ProcessEngineConfiguration是配置管理類,管理的對象包括ProcessEngine、XXservice和數(shù)據(jù)庫session等。對于ProcessEngineConfiguration的配置,Activiti默認(rèn)從activiti.cfg.xml中讀取,也可從Spring的配置文件中讀取。ProcessEngine提供有很多工作流方法的服務(wù),都是線程安全的,下面對各服務(wù)的功能進(jìn)行介紹。
4.免疫組化方法
SP法進(jìn)行CD34、a-SMA免疫組化染色。鏡下按每張切片陽性細(xì)胞比例及著色深淺計分,進(jìn)行半定量分析。陽性細(xì)胞著色判定(A) :低于5%為0分,5%~25%為1分,26%~50%為2 分,51%~75%為3分,高于75%為4分;陽性強(qiáng)度判定(B):無著色或與背景均勻一致的呈淡黃色為0分,淺棕黃色為1分,棕黃色為2分,棕褐色為3分。根據(jù)兩項(xiàng)指標(biāo)的積分?jǐn)?shù)(積分= A×B)進(jìn)行結(jié)果判定。結(jié)果由2名病理醫(yī)師雙盲判定,意見不一致時,由資深病理醫(yī)師最終確定。
5.統(tǒng)計學(xué)處理
1.MR-PWI成功率及病理結(jié)果
建模過程中,55只實(shí)驗(yàn)組大鼠和14只對照組大鼠成功完成肝臟MR-PWI檢查,成功率分別為65%(55/84)和87%(14/16)。55只實(shí)驗(yàn)組大鼠肝臟病理學(xué)分期:肝纖維化0期14只,肝纖維化Ⅰ~Ⅱ期19只,肝纖維化Ⅲ~Ⅳ期22只,肝硬化結(jié)節(jié)期14只。
2.MR-PWI表現(xiàn)
共69只大鼠獲較滿意肝灌注圖像。注射對比劑后PWI圖像上腔靜脈、腹主動脈、門靜脈顯影,對照組肝實(shí)質(zhì)灌注較均勻(圖1)。肝纖維化期大鼠門靜脈灌注曲線呈速升緩降型,峰值出現(xiàn)時間較主動脈晚,幅度較??;肝實(shí)質(zhì)灌注曲線穩(wěn)定,波動小,動脈期上升緩慢(圖2)。肝硬化結(jié)節(jié)期門靜脈灌注曲線上升較快并達(dá)峰值,下降慢略呈鋸齒峰;肝實(shí)質(zhì)灌注曲線上升緩慢;肝硬化結(jié)節(jié)曲線上升較快,曲線穩(wěn)定(圖3)。
3.門靜脈灌注參數(shù)變化
注:經(jīng)t檢驗(yàn),肝纖維化各期與對照組比較有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。
門靜脈TTP隨肝纖維化分期逐漸增加而增加,肝纖維化Ⅰ~Ⅱ期、Ⅲ~Ⅳ期、肝硬化結(jié)節(jié)期分別為(75.10±18.71)s、(83.79±23.24)s、(142.76±73.35),與對照組(50.92±15.21)s相比,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01,表1)。隨著肝纖維化分期逐漸增加,門靜脈灌注曲線最大上升斜率和最大下降斜率逐漸降低,對照組為(202.94±58.60)s和(51.64±18.10)/s;肝纖維化Ⅰ~Ⅱ期均值為(181.27±59.77)和(34.89±12.05)/s,肝纖維化Ⅲ~Ⅳ期為(162.96±91.15)和(43.52±26.32)/s,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。而在肝硬化結(jié)節(jié)期,門靜脈灌注曲線最大上升斜率和最大下降斜率為(41.10±35.68)和(10.84±7.33)/s,與對照組相比,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。
4.肝實(shí)質(zhì)灌注參數(shù)變化
肝實(shí)質(zhì)TTP隨肝纖維化分期逐漸增加而增加,肝纖維化Ⅰ~Ⅱ期、Ⅲ~Ⅳ期、肝硬化結(jié)節(jié)期分別為(88.27±13.91)s、(82.82±23.81)s、(183.54±84.19),與對照組(41.81±21.19)s相比,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01,表2)。而WIR和WOR則隨肝纖維化分期逐漸增加而遞減,在肝硬化結(jié)節(jié)期遞減最明顯,對照組為(126.11±44.54)和(42.95±17.02)L/s;肝纖維化Ⅰ~Ⅱ期為(87.82±30.26)和(20.08±9.30) L/s,肝纖維化Ⅲ~Ⅳ期為(91.95±40.04)和(18.82±10.29) L/s,肝硬化結(jié)節(jié)期為(26.06±15.68)和(4.76±2.93)L/s,與對照組相比,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。
注:經(jīng)t檢驗(yàn),肝纖維化各期與對照組比較有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。
5.MR-PWI灌注參數(shù)與肝纖維化病理分期的相關(guān)性
門靜脈和肝實(shí)質(zhì)TTP與肝纖維化分期呈正相關(guān)(r=0.686、0.681,P<0.01),門靜脈WIR、WOR和肝實(shí)質(zhì)WIR、WOR與肝纖維化分期呈負(fù)相關(guān)(r=-0.506、-0.507、-0.551、-0.758,P<0.01)。
6.CD34和a-SMA在肝纖維化分期中的表達(dá)
CD34在正常大鼠肝竇小血管內(nèi)皮細(xì)胞呈棕黃色陽性表達(dá)(圖4):隨著肝纖維化程度加重,陽性表達(dá)范圍逐漸擴(kuò)大,呈多量棕褐色、竇壁連續(xù)陽性表達(dá)(圖5)。肝硬化結(jié)節(jié)期, CD34也呈較明顯陽性表達(dá)(圖6);a-SMA 在對照組僅表達(dá)于小血管(圖7);在肝纖維化期呈長梭形陽性表達(dá)(圖8),肝硬化結(jié)節(jié)期的a-SMA肝內(nèi)表達(dá)明顯(圖9)。與對照組比較,肝纖維化組和肝硬化組的CD34、a-SMA之間的陽性表達(dá)差異見表3。
7.灌注參數(shù)與CD34、a-SMA表達(dá)的相關(guān)性
門靜脈和肝實(shí)質(zhì)TTP與CD34、a-SMA呈正相關(guān)(P<0.05,表4);門靜脈和肝實(shí)質(zhì)WIR、WOR與CD34、a-SMA呈負(fù)相關(guān)(P<0.05,表4)。
灌注加權(quán)成像(perfusion weighted imaging,PWI)能夠觀察肝臟微循環(huán)血流動力學(xué)變化,并對組織活性和功能進(jìn)行評價[1-2],本研究以TAA藥物誘導(dǎo)大鼠肝纖維化、肝硬化模型為實(shí)驗(yàn)對象,采用對比劑團(tuán)注示蹤法進(jìn)行檢查,該方法能夠反映組織血液灌注情況,從而間接評價組織微血管分布情況[3-5];免疫組化指標(biāo)CD34、a-SMA也能夠反映組織微血管密度和竇性毛細(xì)血管化,因此,本研究結(jié)合對肝纖維化、肝硬化CD34、a-SMA的觀察,從而探討PWI參數(shù)及免疫組化指標(biāo)對肝病損害程度的診斷效能。
表3 肝纖維化各期a-SMA、CD34表達(dá)與對照組比較
注:經(jīng)t檢驗(yàn),肝纖維化各期與對照組比較有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。
表4 門靜脈和肝實(shí)質(zhì)灌注參數(shù)與CD34、a-SMA的相關(guān)性
正常肝組織主要為門靜脈供血,肝臟TIC曲線呈緩升緩降的特點(diǎn),隨著肝纖維化、肝硬化發(fā)展,TIC曲線也逐漸出現(xiàn)速升緩降變化。灌注參數(shù)從不同角度反映了肝組織血流灌注情況,MTT代表對比劑通過組織所用時間,正常肝組織對比劑通過時間短,而肝纖維化、肝硬化期則使通過時間逐漸延長,其機(jī)理可能是肝纖維組織增生,假小葉形成造成肝血流異常,肝竇毛細(xì)血管化,不成對小動脈增多,竇后阻塞等,導(dǎo)致血管狹窄、閉塞,血流減慢,從而導(dǎo)致MTT時間延長;WIR代表由血管增強(qiáng)開始到增強(qiáng)峰值的斜率,WOR代表由血管增強(qiáng)峰值到第一循環(huán)結(jié)束時的斜率,兩者都是單位時間內(nèi)對比劑流入或流出引起組織信號升高或降低幅度和速度的改變,其變化程度受組織內(nèi)對比劑濃度的高低、血管通透性及血流速度等多項(xiàng)因素影響[6-11],因此,肝纖維化、肝硬化不同時期的斜率參數(shù)變化均低于正常肝組織。本實(shí)驗(yàn)顯示TTP、WIR、WOR參數(shù)隨著肝纖維化程度加重呈較為明顯的相關(guān)性,其中,TTP為正相關(guān),WIR、WOR為負(fù)相關(guān),與文獻(xiàn)報道一致[7,9];但由于檢查設(shè)備不同,灌注參數(shù)的表達(dá)也不盡相同,肝臟為雙重血供,其灌注參數(shù)包括肝動脈和門靜脈系統(tǒng),肝動脈、門靜脈灌注量以及肝的總灌注量等,其應(yīng)用范圍和定量分析不盡相同,對肝纖維化的診斷價值也不盡一致[12]。本實(shí)驗(yàn)受到檢查設(shè)備軟件限制,僅僅半定量分析了灌注參數(shù)TTP、WIR、WOR在不同時期肝纖維化、肝硬化中的數(shù)值變化,有其局限性,仍需進(jìn)一步深入研究。
CD34、a-SMA均代表微血管密度和血管形成,文獻(xiàn)認(rèn)為肝纖維化、肝硬化發(fā)生、發(fā)展過程與血供改變和肝竇毛細(xì)血管化有較為明顯的一致性[13-16],本研究選擇免疫組化指標(biāo)CD34、a-SMA,便于觀察肝纖維化、肝硬化時期的血供及血流變化情況,從而分析判斷肝纖維化、肝硬化進(jìn)展程度。肝纖維化主要病理改變是肝內(nèi)細(xì)胞外間質(zhì)(extracellular matrix,ECM)過度合成和異常沉積,從而導(dǎo)致肝纖維化,而肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cell,HSC)是ECM 的主要來源,當(dāng)HSC 被激活并轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞即表達(dá)a-SMA,并合成大量ECM,因此HSC 活化增殖被認(rèn)為是肝纖維化形成的中心環(huán)節(jié),其中a-SMA是活化HSC的特異性標(biāo)志物,其表達(dá)強(qiáng)度與肝纖維化分期呈正相關(guān)[16-17],因此,將a-SMA表達(dá)可客觀反映肝纖維化、肝硬化嚴(yán)重程度。肝纖維化早期,a-SMA表達(dá)主要發(fā)生在擴(kuò)大的匯管區(qū)以及肝竇周隙細(xì)胞區(qū)域;隨著肝纖維化程度加重,a-SMA表達(dá)也逐漸明顯,肝硬化晚期出現(xiàn)新生及不成對的血管,形成較多閉塞血管及膽管纖維瘢痕,其纖維隔內(nèi)的a-SMA表達(dá)呈強(qiáng)陽性,動物實(shí)驗(yàn)表明,隨著造模時間延長,a-SMA表達(dá)與肝纖維化、肝硬化嚴(yán)重程度呈正相關(guān),與文獻(xiàn)報道一致[16]。正常肝臟血竇不表達(dá)血管相關(guān)抗原,但隨著肝纖維化及肝硬化甚至癌變,各種血管相關(guān)性抗原表達(dá)逐漸明顯,一般認(rèn)為這種變化與肝竇毛細(xì)血管化有關(guān)。本研究結(jié)果也證實(shí)隨著肝損傷的進(jìn)展,肝竇中各種血管相關(guān)性抗原表達(dá)逐漸明顯,CD34在肝纖維化、肝硬化血竇中表達(dá)逐漸增加,其陽性表達(dá)與微血管密度范圍有關(guān),正常肝實(shí)質(zhì)為陰性或僅呈弱陽性,隨著肝纖維化、肝硬化進(jìn)展,肝竇CD34陽性表達(dá)明顯增加,肝硬化結(jié)節(jié)晚期表現(xiàn)為彌漫分布的強(qiáng)陽性表達(dá),反映了CD34的陽性表達(dá)與肝纖維化、肝硬化嚴(yán)重程度的相關(guān)性,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)報道一致[18-19]。
門靜脈與肝實(shí)質(zhì)灌注參數(shù)以及免疫組化指標(biāo)均能夠反映肝纖維化、肝硬化發(fā)展的嚴(yán)重程度,二者在肝纖維化、肝硬化分期判斷方面有一定的相關(guān)性,本組實(shí)驗(yàn)得出灌注參數(shù)與CD34、a-SMA之間也有一定相關(guān)性。因此,兩種不同檢測指標(biāo)均能反映肝纖維化、肝硬化的發(fā)展嚴(yán)重程度,為臨床判斷病情提供了較為可靠的依據(jù)。本研究存在不足之處:兩種指標(biāo)均為半定量數(shù)據(jù),有一定的主觀偏差,并且,受測量方法及設(shè)備參數(shù)限制,其遠(yuǎn)期判斷效果仍有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。
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MENG Ling-ping,WANG Guo-guang,HU Ming-xiu,et al.
Department of Radiology,Jinshan Branch,Shanghai Sixth People's Hospital,Shanghai 201599,China
Objective:To study the value of magnetic resonance perfusion-weighted imaging (PWI) parameters in rat models with liver fibrosis and cirrhosis,as well as their correlation with CD34,a-SMA expression.Methods:One hundred clear Sprague-Dawley (SD) male rats were randomly divided into experimental group (n=84) and control group (n=16).Thioacetamide (TAA) intraperitoneal injection,200mg/kg,3 times per week were performed in experimental group;while,0.9% sodium chloride solution of the same volume was injected into the abdominal cavity in control group.The rats both in experimental and control groups underwent conventional MRI and PWI on the 6~30th weekend after the modeling.Liver damage was divided into liver fibrosis stage 0,stage Ⅰ~Ⅱ,stage Ⅲ~Ⅳ,nodular cirrhosis pathologically.Correlation of time to peak (TTP),wash-in rate (WIR),wash-out rate (WOR) and CD34、 a-SMA expression in different stages of liver lesion were analyzed.Results:Totally sixty-nine rats including experimental group (n=57) and control group (n=14) had MR perfusion study performed successfully,with the success rate as 69% (69/100).In experimental group,TTP of portal vein and liver parenchyma prolonged along with the progress of liver fibrosis and cirrhosis,while WIR,WOR of portal vein were not decreased obviously in liver fibrosis stage Ⅰ~Ⅱ and Ⅲ~ Ⅳ,however,which decreased significantly in cirrhosis.The WIR,WOR of liver parenchyma declined gradually with the progress of liver fibrosis and cirrhosis,with significant statistic difference in different stages (P<0.05).The perfusion parameters showed correlation with the pathologic stages of liver fibrosis (P<0.05).CD34 and a-SMA expression were not obvious in liver fibrosis stage Ⅰ~Ⅱ,while which were significantly expressed in liver fibrosis stage Ⅲ~ Ⅳ and cirrhosis.Compared with the control group,CD34,SMA expression of experimental group stage Ⅲ~Ⅳ and cirrhosis increased significantly,with statistic difference (P<0.05).TTP,WIR,WOR and CD34,a - SMA expression in portal vein and liver parenchyma had significant correlation (P< 0.01).Conclusion:The TTP,WIR,WOR of portal vein and hepatic parenchymal showed good correlation in different stages of liver fibrosis and cirrhosis in rats as well as showing,correlation with CD34,a-SMA expression.
Magnetic resonance imaging; Perfusion weighted imaging; Liver fibrosis; Liver cirrhosis; Animal models; Pathology; Immunohistochemical
201599上海,上海市第六人民醫(yī)院金山分院放射科(孟令平、王國光、胡明秀、張洪),病理科(官兵、洪玉萍)
孟令平(1963-),男,湖北十堰人,碩士,主任醫(yī)師,主要從事腹部影像診斷和介入治療工作。
上海市科委醫(yī)學(xué)引導(dǎo)類項(xiàng)目基金(12119b1400)
R445.2; R575.2
A
1000-0313(2016)07-0580-06
10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.07.002
2015-12-28)