DTI相關參數(shù)對腦膠質瘤的診斷價值及與VEGF、MMP-9、uPA表達的相關性

王佳， 封華， 梁奕， 李貞， 范文輝， 杜柏林， 徐海波

·中樞神經(jīng)影像學·

DTI相關參數(shù)對腦膠質瘤的診斷價值及與VEGF、MMP-9、uPA表達的相關性

王佳， 封華， 梁奕， 李貞， 范文輝， 杜柏林， 徐海波

目的：探討DTI相關參數(shù)對腦膠質瘤的診斷價值及與血管內皮生長因子(VEGF)、基質金屬蛋白酶-9 (MMP-9)、尿激酶型纖溶酶原激活劑(uPA)表達的相關性。方法：將55例術后病理證實為腦膠質瘤的患者分為高、低級別兩組，并對DTI各參數(shù)值進行組間和組內比較。檢測腦膠質瘤的MMP-9、VEGF及uPA表達情況，將三者與DTI各參數(shù)值進行相關性分析。結果：不同級別腦膠質瘤實質區(qū)與對側正常腦實質區(qū)的ADC值、FA值差異均有統(tǒng)計學意義(P值均<0.01)。高、低級別腦膠質瘤實質區(qū)的FA及相對FA(rFA)值差異均有統(tǒng)計學意義(P值均<0.01)，ADC值、相對ADC(rADC)值差異均無統(tǒng)計學意義(P值均>0.05)；高、低級別腦膠質瘤實質區(qū)的VEGF、MMP-9表達差異均有統(tǒng)計學意義(P值均<0.01) ，而uPA表達差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。高、低級別腦膠質瘤的FA、rFA值與VEGF、MMP-9表達存在相關性(P值均<0.01)，而ADC、rADC值與VEGF、MMP-9、uPA的表達均不存在相關性(P值均>0.05)。結論:VEGF、MMP-9在腦膠質瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要促進作用，F(xiàn)A及rFA值可為術前腦膠質瘤的分級診斷提供重要參考，間接反映VEGF、MMP-9的表達，可為臨床術前方案的制定、預后評估提供影像學依據(jù)。

膠質瘤； 擴散張量成像； 磁共振成像； 病理學

神經(jīng)膠質瘤是最常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，約占顱內腫瘤的一半。擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可通過測定腦組織水分子的擴散情況來評估神經(jīng)纖維束的完整性，也可評估膠質瘤分級和瘤周水腫浸潤情況，補充了常規(guī)MRI的不足。相關研究表明血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、基質金屬蛋白酶-9 (matrix metalloprotein,MMP-9)和尿激酶型纖溶酶原激活劑(urokinase plasminogen activator,uPA)與腫瘤的局部浸潤有關[1-2]。本研究通過比較不同級別膠質瘤的DTI相關參數(shù)值及VEGF、MMP-9及uPA的表達情況，探討它們之間的相關性，旨在為鑒別膠質瘤的良惡性及其臨床治療提供影像學依據(jù)。

表2 高、低級別膠質瘤的參數(shù)值比較及相關性分析

材料與方法

1.病例資料

搜集本院2013-2016年的腦膠質瘤患者55例，55例術前未進行過放化療，兩周內均經(jīng)手術病理證實。55例患者的主要臨床癥狀包括頭暈、頭痛、嘔吐、癲癇發(fā)作及偏身感覺障礙等。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會批準，檢查前所有患者均告知檢查詳情并簽署知情同意書。

2.檢查方法

MRI檢查采用GE Signa HDxt 1.5T MR及配套專用的8通道相控陣聯(lián)合頭頸線圈。常規(guī)MR平掃序列包括軸面SE-T1WI (TR 1400 ms，TE 14 ms)、FSE-T2WI (TR 3600 ms，TE 102 ms)及T2FLAIR (TR 8500 ms，TE 145 ms,TI 2100 ms)。DTI采用自旋平面回波脈沖序列(SE-EPI)，掃描參數(shù)：TR 8000 ms，TE 98.3 ms，激勵次數(shù)1，b值取0和1000 s/mm2，擴散敏感梯度場施加在25個方向上。

3.VEGF、MMP-9及uPA表達判定

按照Tanaka定量記分法[3]，隨機選擇5個高倍鏡視野(×400)在每張切片陽性細胞表達較高的區(qū)域，并且連續(xù)計數(shù)多于1000個染色細胞。依據(jù)評定的顯色強度與陽性細胞百分率的乘積分為4個等級，即0～1分為陰性(-)，2～4分為低度表達(+)，5～8分為中度表達()，9分以上為高度表達()。由2位資歷較高的病理醫(yī)師評定最終結果。

4 統(tǒng)計學分析

結 果

腦膠質瘤的分級按照WHO CNS 2016病理分級標準[4]，55例患者中低級別膠質瘤26例(Ⅰ～Ⅱ級)，高級別膠質瘤29例(Ⅲ～Ⅳ級)，其中Ⅰ級6例(毛細胞星形細胞瘤3例，節(jié)細胞膠質瘤2例，室管膜下巨細胞星形細胞瘤1例)，Ⅱ級20例(彌漫性星形細胞瘤12例，少突膠質細胞瘤3例，少突星形細胞瘤3例，多形性黃色星形細胞瘤2例)，Ⅲ級18例(間變性星形細胞瘤13例，間變性少突膠質細胞瘤3例，間變性少突星形細胞瘤1例，間變性多形性黃色星形細胞瘤1例)，Ⅳ級11例(均為膠質母細胞瘤)。腦膠質瘤實質區(qū)與對側正常腦實質區(qū)的表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient ，ADC)值、各向異性分數(shù)(fractional anisotropy,FA)值差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01，表1，圖1、2)；高、低級別腦膠質瘤實質區(qū)的ADC值、相對ADC(rADC)值差異均無統(tǒng)計學意義(P值均>0.05)，而FA值、相對FA(rFA)值差異均有統(tǒng)計學意義(P值均<0.01，表2)。

表1 膠質瘤實質區(qū)與對側正常腦組織的ADC、FA值比較

高、低級別腦膠質瘤實質區(qū)的VEGF、MMP-9表達差異均有統(tǒng)計學意義(P值均<0.01) ，而uPA表達差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05，表3)。高、低級別腦膠質瘤中FA、rFA值與VEGF、MMP-9表達存在相關性(P值均<0.01)，而ADC、rADC值與VEGF、MMP-9、uPA表達均不存在相關性(P值均>0.05)(表4)。

表3 病理分級與VEGF、MMP-9、uPA表達的相關性分析 (例)

表4 DTI相關參數(shù)與VEGF、MMP-9、uPA表達的相關性分析結果

討 論

圖1 右額葉少突-星形細胞瘤WHOⅡ級患者，女，46歲。a) 右額葉病變區(qū)與對側ROI定位圖； b) ADC圖示腫瘤實質區(qū)ADC值較對側正常腦組織升高不明顯； c) FA圖示腫瘤實質區(qū)FA值較對側減低； d) 腫瘤細胞散在呈棕黃染色，VEGF陽性表達率(+); e) 腫瘤細胞散在呈棕黃染色，MMP-9陽性表達率(+); f) 腫瘤細胞呈棕黃染色，uPA陽性表達率()。

1.MMP-9、VEGF、uPA表達與不同級別腦膠質瘤的相關性分析

腦膠質瘤是最常見的顱內原發(fā)性腫瘤，約占顱內腫瘤的40%，且呈逐年上升的趨勢。膠質瘤的典型生長特征是具有侵襲性，其生長依賴腫瘤新生血管的形成，VEGF是一類能促進血管生成的細胞因子，直接參與誘導腫瘤的血管生成。MMP-9可由一些腫瘤細胞合成分泌，在膠質瘤浸潤邊緣的腫瘤細胞、血管內皮細胞及血管基底膜中均有表達[5]。本研究結果顯示在腦膠質瘤組織中VEGF、MMP-9蛋白高表達，表達水平與膠質瘤級別具有顯著相關性，此結論與相關文獻報道一致[6-7]。相關研究發(fā)現(xiàn)MMP降解血管基底膜和血管內皮細胞增殖是膠質瘤浸潤發(fā)生的必要條件[8]，腫瘤組織中MMP-9和VEGF高表達與其惡性進展有關,它們可能在膠質瘤發(fā)生、發(fā)展中起協(xié)同作用。本研究顯示uPA的表達在高、低級別膠質瘤中差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，但周長勝等[9]的研究顯示uPA表達與膠質瘤級別呈正相關，與本研究結果不符。

2.DTI在鑒別不同級別腦膠質瘤中的價值

DTI從量和方向上反映腦組織水分子的擴散特征，利用多種參數(shù)和數(shù)據(jù)處理、評價腦白質的各向異性[10]。ADC值主要反映細胞外間隙的大小，而FA值主要反映白質纖維束的完整性。本研究結果顯示腦膠質瘤實質區(qū)的ADC值、FA值與對側正常區(qū)差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01)；高、低級別膠質瘤之間的FA值、rFA值差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，與相關文獻報道基本一致[11]。膠質瘤實質在FA圖上主要表現(xiàn)為低信號，目前腫瘤FA值下降的機制尚未完全明確，但有研究認為與腫瘤細胞微結構破壞、神經(jīng)纖維髓鞘結構丟失、組織內神經(jīng)軸突喪失了排列順序和方向性有關[12]；因在某一特定的方向限制水分子運動的細胞膜和髓磷脂鞘減少，從而導致病變組織水分子擴散的各向異性能力降低。

3.腦膠質瘤MMP-9、VEGF表達與DTI各參數(shù)的相關性分析

本研究結果顯示VEGF、MMP-9的表達水平與不同級別膠質瘤的FA、rFA值之間呈顯著負相關(P<0.05)，隨著VEGF、MMP-9表達水平的增高，腫瘤實質FA、rFA值減小。腦腫瘤侵犯周圍腦組織及發(fā)生水腫時可使局部腦組織及神經(jīng)纖維束的水分子擴散能力及各向異性發(fā)生變化，因此用FA值來評估膠質瘤及周圍腦組織具有一定的理論依據(jù)[13]。VEGF、MMP-9通過調控腫瘤血管的生成來影響其分化、發(fā)展、侵襲及復發(fā)等生物學行為，與膠質瘤的惡性程度、腫瘤血管生成及周圍水腫帶密切相關[14]。腦膠質瘤VEGF、MMP-9的表達與FA、rFA值相關的病理生理學基礎是其能促進腫瘤血管的生成。腫瘤實質FA、rFA值能在一定程度上反映VEGF、MMP-9的表達，也證明FA、rFA值可用于術前判斷腦膠質瘤的侵襲程度。

圖2 左顳葉膠質母細胞瘤WHO Ⅳ級患者，男，60歲。a) 左顳葉病變區(qū)與對側ROI定位圖； b) ADC圖示腫瘤實質區(qū)ADC值較對側正常腦組織升高； c) FA圖示腫瘤實質區(qū)FA值較對側顯著減低； d) 腫瘤細胞密集，呈棕褐染色，VEGF陽性表達率(); e) 腫瘤細胞密集，呈棕黃褐染色，MMP-9陽性表達率(); f) 腫瘤細胞散在呈棕黃染色，uPA陽性表達率(+)。

綜上所述，本研究結果提示FA、rFA值在鑒別膠質瘤的良惡性、評價腫瘤侵襲性方面具有重要價值，可作為膠質瘤病理分級的指標之一。高、低級別腦膠質瘤中FA、rFA值與VEGF、MMP-9表達呈明顯負相關，可提示前者間接反映了后者的表達，可為腫瘤治療和預后評估提供更為客觀、準確的影像學依據(jù)和方法。本研究樣本量較少，未將腦膠質瘤按Ⅰ～Ⅳ級細分為四組，在ROI選擇上也存在一定的誤差，需增加樣本量進一步研究論證，對各指標臨界值及腫瘤水腫區(qū)的分析還需進一步探討。

[1] Rabi ZA，Todorovic-Rakovic N，Vujasinovic T，et al.Markers of progression and invasion in short term follow up of untreated breast cancer patients[J].Cancer Biomark，2015，15(6):745-754.

[2] Ma YS，Hsiao YP，Lin JH，et al.Crude extract of Rheum palmatum L inhibits migration and invasion of LS1034 human colon cancer cells acts through the inhibition of matrix metalloproteinase-2/-9 by MAPK signaling[J].Environ Toxico，2015，30(7):852-863.

[3] Tanaka K，Lwamoto S，Gon G，et al.Expression of survivin and its relationship to loss of apopotosis in breast carcinomas[J].Clin Cancer Res，2000，6(1):127-134．

[4] 蘇昌亮，李麗，陳小偉，等.2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類總結[J].放射學實踐，2016，31(7):570-579.

[5] Chakravarti A，Delaney MA，Noll E，et al.Prognostic and pathologic significance of quantitative protein expression profiling in human gliomas[J].Clin Cancer Res，2001，7(8):2387-2395．

[6] 韓彤，張云亭，劉力，等.星形細胞腫瘤磁敏感加權成像和灌注成像測量指標與腫瘤內微血管密度和血管內皮細胞生長因子的相關性研究[J].中華放射學雜志，2013，47(12):1086- 1091.

[7] Ma CY，Li Y，Zhang XF，et al.Levels of vascular endothelial growth factor and matrix metalloproteinase-9 proteins in patients with glioma[J].J Int Med Res，2014，42(1):198-204.

[8] 李永明，李海洋，李玉.基質金屬蛋白酶-9和血管內皮生長因子在人腦膠質瘤中的表達及意義[J].中華實驗外科雜志，2013，30(11):2420-2421.

[9] 周長勝，丁鵬，王崇謙，等.TGF-β1、Ki67、uPA在膠質瘤中的表達及意義[J].華中科技大學學報(醫(yī)學版)，2013，42(4):432-437.

[10] Alexiou GA，Zikou A，Tsiouris S，et al.Correlation of diffusion tensor，dynamic susceptibility contrast MRI and99mTc-Tetrofosmin brain SPECT with tumour grade and Ki-67 immunohistochemistry in glioma[J].Clin Neurol Neurosurg，2014，11(6):41-45.

[11] 江晶晶，談曉飛，張順，等.磁共振灌注加權成像與擴散張量成像在腦膠質瘤分級診斷中的應用[J].中華實驗外科雜志，2014，31(7):1585-1587.

[12] Inano R，Oishi N，Kunieda T，et al.Voxel-based clustered imaging by multiparameter diffusion tensor images for glioma grading[J].Neuroimage Clin，2014， 7(5):396-407.

[13] Server A，Graff BA，Josefsen R，et al.Analysis of diffusion tensor imaging metrics for gliomas grading at 3T[J].Eur J Radiol，2014，83(3):156-165.

[14] 胡慧敏，劉彥偉，江濤.惡性增殖和浸潤性生長相關分子變化在膠質瘤不同病理學分型中的差異[J].中華神經(jīng)外科雜志，2016，32(6):619-624.

CorrelationofDTIparametersinthevalueofdiagnosisandtheexpressionofMMP-9,VEGF&uPAinbrainglioma

WANG Jia，F(xiàn)ENG Hua，LIANG Yi,et al.

Department of Radiology,General hospital of the Yangtze River Shipping，Wuhan 430010，China

Objective:To study the relationship of DTI parameters in the value of diagnosis in brain glioma as well as the VEGF,MMP-9 and uPA expression.Methods:Fifty-five patients with surgery and pathology confirmed brain glioma were divided into high grade and low grade groups.The DTI parameter values in the tumor parenchyma between the two groups and within the same group were compared.The expression of MMP-9,VEGF and uPA of glioma were studied,their correlation with DTI parameters were analyzed.Results:The FA and ADC values in tumor parenchyma of different grade gliomas and the contra-lateral normal cerebral parenchyma showed significant difference (P<0.01).The FA and rFA values between high grade and low grade glioma also showed significant statistical difference (P<0.01),yet no statistical difference was showed in ADC and rADC values (P>0.05).Significant statistic difference was shown in VEGF,MMP-9 expression of tumor parenchyma in high and low grade glioma (P<0.01),no statistic difference could be assessed in uPA expression (P>0.05).Correlation can be assessed in the FA,rFA values and VEGF,MMP-9 expression (P<0.01),yet the ADC,rADC values showed no correlation with VEGF,MMP-9,uPA expression (P>0.05).Conclusion:The VEGF and MMP-9 expression played an important role in studying the development of brain glioma.FA and rFA values provided an important reference for the grading of brain glioma before surgery,which could indirectly reflect the expression of VEGF and MMP-9.This study provided an imaging guidance and evidence for formulating preoperative clinical planning,post-operative treatment and prognosis evaluation.

Glioma； Diffusion tensor imaging； Magnetic resonance imaging； Pathology

R739.41； R445.2

A

1000-0313(2017)09-0932-04

2016-12-10

2017-06-01)

430010 武漢，長江航運總醫(yī)院·武漢腦科醫(yī)院影像科(王佳、封華、梁奕、李貞、范文輝、杜柏林)；430071 武漢，武漢大學中南醫(yī)院放射科(徐海波)

王佳(1981-)，男，武漢人，碩士，主治醫(yī)師，主要從事中樞神經(jīng)系統(tǒng)影像診斷工作。

武漢市衛(wèi)生計生委科研項目(WX14C24);長江航運管理局科技項目(201410010)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.09.008