DCE-MRI成像各定量參數(shù)對(duì)結(jié)腸癌裸鼠移植瘤藥物治療療效的評(píng)價(jià)*

新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像中心 (新疆 烏魯木齊 830063)

古麗巴哈·耐買(mǎi)提 趙麗萍王云玲 王 紅 馬景旭 賈文霄

DCE-MRI成像各定量參數(shù)對(duì)結(jié)腸癌裸鼠移植瘤藥物治療療效的評(píng)價(jià)*

新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像中心 (新疆 烏魯木齊 830063)

古麗巴哈·耐買(mǎi)提 趙麗萍王云玲 王 紅 馬景旭 賈文霄

目的 利用動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像技術(shù)DCE-MRI成像參數(shù)評(píng)價(jià)抗血管藥物抑制腫瘤血管生成的療效。方法 48只結(jié)腸癌裸鼠移植瘤隨機(jī)分兩組，對(duì)照組：24只、抗腫瘤藥物組:24只，對(duì)照組注射等量的0.9%氯化鈉溶液、腹腔注射5-氟尿嘧啶(5-FU)0.02ml/天，分別在治療前與治療后2天、7天及14天進(jìn)行常規(guī)MRI檢查和動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢查，治療后每個(gè)時(shí)間段各處死6只老鼠行免疫組化染色，與動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢查各參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果 在DCE-MRI各參數(shù)，實(shí)驗(yàn)組Ktrans值及Kep值與對(duì)照組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，同時(shí)間點(diǎn)Ktrans值及同時(shí)段的Kep值實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，并與免疫組化結(jié)果做分析，存在良好的相關(guān)性。參數(shù)值Ve不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論裸鼠移植瘤模型提供了一個(gè)理想的動(dòng)物模型研究腫瘤，DCE-MRI成像半定量和定量參數(shù)分析腫瘤新生血管生成或抗腫瘤藥物治療后腫瘤血管生成關(guān)閉的應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)腸癌移植瘤；動(dòng)態(tài)增強(qiáng)

R735.3+5

現(xiàn)在MRI成像作為臨床上應(yīng)用最廣泛的影像檢查手段，在發(fā)現(xiàn)和治療惡性腫瘤后隨訪預(yù)后方面更是優(yōu)勢(shì)一等。在治療惡性腫瘤手段中，除了手術(shù)外，抗腫瘤血管藥物治療已成為臨床上應(yīng)用最多的治療方法。但在藥物的研發(fā)過(guò)程中需要建立有效、便捷的生物標(biāo)志物來(lái)監(jiān)測(cè)腫瘤的血流動(dòng)力學(xué)變化、細(xì)胞代謝等以評(píng)價(jià)藥物的療效、指導(dǎo)臨床用藥，核磁共振動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢查技術(shù)在評(píng)價(jià)腫瘤藥物療效等方面有很大的優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合動(dòng)態(tài)增強(qiáng)各參數(shù)與免疫組化分析，探討DCE-MRI在評(píng)價(jià)抗腫瘤藥物治療后預(yù)后方面的優(yōu)越性及準(zhǔn)確性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 購(gòu)買(mǎi)人型結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞株，嚴(yán)格試驗(yàn)室操作進(jìn)行擴(kuò)增，配制成瘤細(xì)胞濃度為1×106個(gè)/ml的懸液0.1～0.2ml，接種于BALB/c-nu，鼠齡6～8周的裸鼠左下肢皮下，建立結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤模型。模型建立成功的標(biāo)準(zhǔn)為皮下移植瘤體積測(cè)量達(dá)200mm3。

建模成功的48只結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤模型隨機(jī)分為兩組：對(duì)照組(n=24)按20mg/kg腹腔注射9%生理鹽水，抗代謝抗腫瘤藥物組(5-FU)按0.02ml/天腹腔注射，隨后每組均治療前和治療后2天、7天、14天行常規(guī)MRI檢查與DCE-MRI檢查并與治療后每個(gè)時(shí)間段處死6只老鼠行病理免疫組化染色。

1.2 MR檢查方法 治療前與治療后2天，7天，14天：(1)常規(guī)掃描方式：采用PHILIPS 1.5T磁共振成像系統(tǒng)，采用25mm實(shí)驗(yàn)動(dòng)物專(zhuān)用線圈。受檢裸鼠麻醉后，放到線圈里固定，采用TFE序列進(jìn)行定位，采用SE-T1WI、T2WI等掃描方法。分別觀察裸鼠腹主動(dòng)脈，腎臟及腫瘤體積，有無(wú)液化壞死等變化。(2)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢察技術(shù)：檢查前，在裸鼠尾靜脈接針，固定裸鼠在線圈內(nèi)，冠狀位掃描。DCE-MRI掃描參數(shù)為：連續(xù)無(wú)中斷的掃描100個(gè)動(dòng)態(tài)圖像，共1200幅原始圖像，TR=2.56，TE=0.77，層厚3mm，層間距3.0mm，層數(shù)64層，F(xiàn)OV=350，采集次數(shù)(NSA)1次，矩陣70×128。注射對(duì)比劑前6個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)相為增強(qiáng)前的基礎(chǔ)掃描，磁共振對(duì)比劑為釓貝葡胺注射液，原濃度0.3ml造影劑稀釋在4.7ml生理鹽水中，配制成對(duì)比劑，按照0.1/10g的劑量注射，注射部位為裸鼠尾靜脈，由同一個(gè)人按相同的速率人工推注。

1.3 圖像處理與分析 將DCE-MRI圖像輸入Biomap軟件進(jìn)行后處理，在腹主動(dòng)脈劃取感興趣區(qū)R1(ROI)，通過(guò)Biomap軟件獲得老鼠的動(dòng)脈輸入功能函數(shù)(arterial input function，AIF)，在載瘤裸鼠移植瘤劃取感應(yīng)趣區(qū)R2，在AIF基礎(chǔ)上Biomap軟件自動(dòng)計(jì)算出移植瘤中反映有關(guān)微血管通透性的各定量參數(shù)，即轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)(Ktrans)，血管外細(xì)胞外間隙體積百分?jǐn)?shù)(Ve)，速率常數(shù)(Kep)。

1.4 組織病理學(xué)檢查 裸鼠移植瘤腫瘤組織以10%中性甲醛溶液固定，進(jìn)行免疫組化分析，測(cè)微血管密度測(cè)定(MVD)及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同治療組間，同一組治療不同時(shí)期的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描檢查獲得的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行重復(fù)的方差分析。各觀察指標(biāo)與病理結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，檢查水準(zhǔn)取α=0.05

2 結(jié) 果

2.1 影像學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 所有結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤在T1WI上呈低信號(hào)，T2WI上呈高信號(hào)，增強(qiáng)后明顯強(qiáng)化。(有部分未見(jiàn)明顯強(qiáng)化區(qū)為液化壞死區(qū))見(jiàn)圖1、2，實(shí)驗(yàn)組治療后的增強(qiáng)曲線分別見(jiàn)圖3、4，病理圖為5、6。

2.2 治療前后時(shí)間段的各參數(shù)比較結(jié)果 對(duì)照組及實(shí)驗(yàn)組各24只，每組治療后處死6只。以下為對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組各參數(shù)值變化：(1)兩組結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤對(duì)照組及藥物組不同時(shí)間段的得的Ktrans值見(jiàn)表1，治療前兩組比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療后2天、7天及14對(duì)照組Ktrans值仍升高，藥物組則下降。Ktrans值小于對(duì)照組，兩組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。(2)兩組結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤對(duì)照組及藥物組不同時(shí)間段測(cè)得的Kep見(jiàn)表2。治療前兩組比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療后2天、7天及14天兩組比較測(cè)得，對(duì)照組仍升高，而藥物組下降，Kep值藥物組低于對(duì)照組，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。(3)兩組結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤對(duì)照組及藥物組不同時(shí)間段測(cè)得的Ve值見(jiàn)表3。治療后Ve數(shù)值不穩(wěn)定，不存在明顯在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3 與病理實(shí)驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組治療后的病理圖片，實(shí)驗(yàn)組血管較對(duì)照組稀疏，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)參數(shù)Ktrans值及Kep值與病理結(jié)果MVD及VEGF做spearman相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表4。

分析結(jié)果Ktrans值在治療后各時(shí)間段與MVD計(jì)數(shù)及VEGF具有良好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)較高，均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。參數(shù)Kep同樣呈正相關(guān)，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，Ve值與免疫組化結(jié)果未觀察到線性相關(guān)。

3 討 論

表1 兩組結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤治療后不同時(shí)間段Ktrans值的測(cè)量結(jié)果[Ktrans×10-1]（/s）

表2 兩組結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤治療后不同時(shí)間段Kep值的測(cè)量結(jié)果[Kep×10-1]（/s）

表3 兩組結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤治療后不同時(shí)間段Ve值的測(cè)量結(jié)果

表4 實(shí)驗(yàn)組結(jié)腸癌裸鼠皮下移植瘤治療后DCE-MRI各參數(shù)與免疫組化（MVD計(jì)數(shù)）相關(guān)性分析

今有治療惡性腫瘤的方法包括外科手術(shù)和藥物治療，目前多種腫瘤不易在早期發(fā)現(xiàn)，所以很多時(shí)候都無(wú)法進(jìn)行切除治療，因此藥物治療成為非常重要手段。但在評(píng)估藥物治療的療效時(shí)缺乏早期、快速、便捷與無(wú)創(chuàng)性地監(jiān)測(cè)手段、以及確定合適的藥物劑量、選擇合適的給藥時(shí)間及臨床藥物療效觀察時(shí)間。大量研究結(jié)果表明，腫瘤的發(fā)生，發(fā)展，與轉(zhuǎn)歸與新生血管生成關(guān)系密切[1-2]。所以，現(xiàn)在研發(fā)腫瘤新生血管生成的過(guò)程與機(jī)制，對(duì)腫瘤治療及預(yù)后具有重要意義[1-2]。在腫瘤的發(fā)生與發(fā)展過(guò)程中，評(píng)價(jià)血管生成方面微血管密(MVD)成為應(yīng)用最廣泛的參數(shù)。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)是血管生成中最重要的介導(dǎo)因子，而很多研究表明這兩個(gè)參數(shù)呈正相關(guān)，在反應(yīng)腫瘤生物學(xué)行為的很重要的參數(shù)，與腫瘤的生長(zhǎng)預(yù)后關(guān)系密切。在抗腫瘤藥物的研發(fā)過(guò)程中，我們可以測(cè)定以上兩個(gè)重要指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)藥物療效，但測(cè)定過(guò)程創(chuàng)傷性大，無(wú)法早患者身上重復(fù)，動(dòng)態(tài)的觀察，所以我們需要找更合適的，可以早期、快速、無(wú)創(chuàng)性的方法來(lái)檢測(cè)腫瘤藥物治療的療效。

圖1-2 增強(qiáng)后的結(jié)腸癌裸鼠，箭頭指的是增強(qiáng)的腫瘤組織。圖3-4 裸鼠結(jié)腸癌治療前后，Biomap軟件做出來(lái)的強(qiáng)化曲線及各參數(shù)值。圖5-6 裸鼠結(jié)腸癌病理圖片。

這幾年來(lái)，探討腫瘤分子生物學(xué)因素與影像之間的關(guān)系的研究逐漸成為影像學(xué)研究的重要方向[7]。現(xiàn)在影像技術(shù)在臨床上應(yīng)用廣泛，尤其是核磁共振新技術(shù)的快速發(fā)展，使在發(fā)現(xiàn)疾病、治療后的預(yù)后方面核磁共振技術(shù)有了很大的優(yōu)勢(shì)。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描(DCE-MRI)現(xiàn)成為了診斷疾病及治療后評(píng)價(jià)療效方面重要的檢查手段。DCE-MRI掃描作為無(wú)創(chuàng)傷性的評(píng)價(jià)腫瘤的生成技術(shù)，病理生理基礎(chǔ)是腫瘤的血液動(dòng)力學(xué)，其強(qiáng)化的程度及時(shí)間主要取決于腫瘤的血管化程度，血管對(duì)比劑的通透性以及腫瘤間質(zhì)的壓力，可以從細(xì)胞分子水平獲取多個(gè)反映腫瘤血流動(dòng)力學(xué)，細(xì)胞代謝障礙等的影像標(biāo)記物[7]。我們選擇的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)參數(shù)轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)(Ktrans)值代表為單位時(shí)間內(nèi)每單位體積組織中從血液進(jìn)入血管外細(xì)胞外間隙的對(duì)比劑量。血管外細(xì)胞外間隙體積常數(shù)(Ve)值代表為單位體積組織內(nèi)血管血管外細(xì)胞外間隙的體積，Kep代表由單位時(shí)間內(nèi)由血管外細(xì)胞外間隙進(jìn)入血管的對(duì)比劑量。Ktrans值和Kep值反映了血管滲透性和組織灌注，同時(shí)可以反映腫瘤內(nèi)新生血管形成程度[7-8]。

在本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可知對(duì)照組在鹽水治療后的每個(gè)時(shí)間段里所觀察的各參數(shù)都有增大的趨勢(shì)，原因分析，隨著觀察時(shí)間的延長(zhǎng)，腫瘤血流的灌注增加，微血管通透性增加，腫瘤新生血管數(shù)目增多，從而MVD增加，而在DCEMRI成像中腫瘤新生血管數(shù)目的增多導(dǎo)致進(jìn)入血管造影劑增多，相應(yīng)的參數(shù)Ktrans值與Kep值也有增高趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)組藥物治療后與對(duì)照組對(duì)比后結(jié)果顯示，治療2、7天與14天后，藥物抑制腫瘤新生血管形成，腫瘤血管有明顯稀疏，MVD計(jì)數(shù)有減少，相應(yīng)的腫瘤血流灌注減少，微血管通透性減少，進(jìn)入血管的造影劑減少，對(duì)應(yīng)的Ktrans值與Kep值有下降。免疫組化結(jié)果表示MVD、VEGF計(jì)分與動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢查參數(shù)Ktrans值及Kep值良好的正相關(guān)性。所觀察的Ve值與病理結(jié)果不存在相關(guān)性，是否還可以作為影像生物標(biāo)記物來(lái)檢測(cè)藥物療效，應(yīng)進(jìn)一步研究。我們本組實(shí)驗(yàn)選用的藥物5-FU現(xiàn)在臨床上廣泛應(yīng)用的抗腫瘤藥物，是通過(guò)阻斷脫氧核糖尿苷酸受細(xì)胞內(nèi)胸苷酸合成轉(zhuǎn)為胸苷酸，干擾DNA的合成而達(dá)到抗腫瘤生成的目的。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以表明Ktrans值與Kep值能夠較好的反映用抗腫瘤藥物干預(yù)后腫瘤血流灌注與細(xì)胞增殖活性的變化。

綜上所述，DCE-MRI是一種理想的評(píng)價(jià)腫瘤血管生成及治療后血管生成關(guān)閉的的成像手段，在這些DCE-MRI成像各參數(shù)中，最有意義的是我們選用的參數(shù)Ktrans值與Kep值，是目前最有潛力的檢查手段之一。診斷良惡性及抗腫瘤治療后復(fù)查有很好的應(yīng)用價(jià)值及時(shí)為臨床提供可靠的診斷依據(jù)。

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Evaluation of Colon Cancer Nude Mouse Transplanted Tumor Medication Therapeutic Effect by Various DCE-MRI Imaging Quantitative Parameters*

Gulbahar Namat, ZHAO Li-ping, WANG Yun-ling,et al., The Second Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Xinjiang 830063, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Objective Evaluation of tumor angiogenesis inhibition therapeutic effect by dynamic enhancement DCE-MRI imaging parameters. Methods 48 colon cancer nude mice transplanted tumors were randomly divided into two groups: the control group: 24 mice and the anticancer drug group: 24 mice. The control group of mice had the same amount of 0.9% sodium chloride solution injection and intraperitoneal injection of 5-FU 0.02ml/day, and routine MRI inspection and dynamic enhancement inspection respectively before treatment and 2、7 and 14 days after treatment. In each treatment period after treatment, 6 mice were sacrificed and given immunohistochemical staining, and correlation analysis of which and various dynamic enhancement inspection parameters was made. Results Among DCE-MRI parameters of the anticancer drug group, only Ktrans value and Kep value had their difference with that of the control group of statistical significance (P<0.05). And the contrast between the Ktrans value and Kep value of the 2 groups at the same time point and period was of statistical significance (P<0.05), indicating a good correlation in immunohistochemical analysis. The parameter value Ve was not of statistical significance. Conclusion The nude mice transplanted tumor model is of application value for animal tumor study, analysis of tumor angiogenesis or its closing after antitumor meditation with DCE-MRI imaging semi-quantitative and quantitative parameters.

Colon Cancer Xenograft; DCE-MRI

A

國(guó)家自然科學(xué)基金(81360214)

DOI:10.3969/j.issn.1672-5131.2016.05.032

賈文霄

(本文編輯: 汪兵)

2016-03-31

論 著