影像學(xué)評(píng)價(jià)大鼠膠質(zhì)瘤及其微環(huán)境的研究進(jìn)展

鄧娟，李昇霖，劉顯旺，薛彩強(qiáng)，周俊林

1.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院放射科，甘肅蘭州730030；2.蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州730030；3.甘肅省醫(yī)學(xué)影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730030

前言

膠質(zhì)瘤為腦內(nèi)最常見原發(fā)性腫瘤，其中高級(jí)別膠質(zhì)瘤惡性程度高，盡管經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)及放化療，其生存期仍未見明顯改善［1］，這主要是由于腫瘤組織的異質(zhì)性和其對(duì)治療的抵抗性［2］。腫瘤微環(huán)境是腫瘤發(fā)生、生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的重要場(chǎng)所，其變化會(huì)影響腫瘤生長(zhǎng)及侵襲［3］，所以研究腫瘤微環(huán)境也成為近些年來(lái)的熱點(diǎn)，而影像學(xué)作為一種無(wú)創(chuàng)手段，可以對(duì)大鼠膠質(zhì)瘤及其微環(huán)境的某些改變進(jìn)行定性定量評(píng)估，這就在一定程度上有助于了解腫瘤的進(jìn)展情況。因此，本研究就影像學(xué)評(píng)估大鼠腦膠質(zhì)瘤的血管與抗血管生成、乏氧狀態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)及其治療后的改變進(jìn)行綜述。

1 評(píng)價(jià)腫瘤血管生成及抗血管生成

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及轉(zhuǎn)移都與新生血管的形成密不可分，所以研究腫瘤的血管生成可以提供臨床藥物治療靶點(diǎn)，并有望改善膠質(zhì)瘤預(yù)后。Lu等［4］分析不同日齡（10、14、18 d）SD大鼠在乙酰唑胺給藥前后引起的CT灌注參數(shù)變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CD105-微血管密度（Microvessel Density,MVD）、血管生成比率、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF）及增殖標(biāo)志物與給藥前腦血流量（Cerebral Blood Flow,CBF）、腦血容量（Cerebral Blood Volume,CBV）之間呈正相關(guān)，與給藥前后CBF、CBV的變化百分比呈負(fù)相關(guān)，表明CT灌注掃描可作為大鼠C6膠質(zhì)瘤血管生成評(píng)價(jià)的一種無(wú)創(chuàng)手段。Huang等［5］對(duì)大鼠原位膠質(zhì)瘤模型第7、10和14天分別行能譜CT增強(qiáng)掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)體瘤、腫瘤周圍區(qū)域和對(duì)側(cè)鏡像區(qū)的能譜參數(shù)與CD105顯色顯著不同，由此認(rèn)為能譜CT可以在一定程度上反映大鼠C6膠質(zhì)瘤腫瘤血管生成。

Hou等［6］用貝伐單抗對(duì)大鼠膠質(zhì)瘤進(jìn)行抗血管生成治療，在治療后第0、1、3、5和7天接受動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振成像（Dynamic Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging,DCE-MRI），結(jié)果發(fā)現(xiàn)治療后第5、7天治療組中灌注轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)（Ktrans）和造影劑反流速率常數(shù)（Kep）降低，而對(duì)照組增加；Ktrans和Kep與MVD呈正相關(guān)，血漿容積分?jǐn)?shù)（Ve）與增殖細(xì)胞核抗（Proliferating Cell Nuclear Antigen,PCNA）呈負(fù)相關(guān)，從而認(rèn)為DCE-MRI可用于評(píng)估抗血管生成治療的早期療效。有研究利用DCE-MRI評(píng)價(jià)C6膠質(zhì)瘤瘤周區(qū)新生血管，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腫瘤邊緣區(qū)新生血管類型為血管共生，同樣Ktrans、Kep與血管共生指數(shù)有較好的相關(guān)性［7］。另有研究使用動(dòng)脈自旋標(biāo)記灌注磁共振成像評(píng)估貝伐單抗在大鼠膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型中的抗血管生成作用，結(jié)果表明動(dòng)脈自旋標(biāo)記灌注磁共振成像的標(biāo)準(zhǔn)化CBF和基于動(dòng)態(tài)磁敏感磁共振成像的標(biāo)準(zhǔn)化CBF、CBV與微血管面積密切相關(guān)，可用于評(píng)價(jià)大鼠膠質(zhì)瘤的抗血管生成治療效果［8］。

李偉龍［9］探討C6膠質(zhì)瘤放療后不同時(shí)間點(diǎn)氟代脫氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose,18F-FDG）攝取水平變化與病理學(xué)變化間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)C6膠質(zhì)瘤微血管密度在放療后1周迅速下降，且下降水平與腫瘤與對(duì)側(cè)脊柱旁肌肉的最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUVmax）比值（Tumor-to-Muscle,T/M）密切相關(guān)，因此可以通過18F-FDG PET/CT來(lái)反映放療后1周微血管損傷的情況。另有研究比較18FFDG、18F-氟乙基-L-酪氨酸（18F-fluoro-ethyl-L-tyrosine,18F-FET）及18F-氟膽堿對(duì)大鼠C6膠質(zhì)瘤微血管增殖顯影的價(jià)值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血管生成標(biāo)記物131I-SIP（L19）與18F-氟膽堿、18F-FET攝取相關(guān)性較好，而與18F-FDG的相關(guān)性較低［10］，這是否意味著18F-氟膽堿和18F-FET相比18FFDG更適合于監(jiān)測(cè)抗血管生成治療，有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，CT灌注及MR灌注成像在評(píng)價(jià)腫瘤血管與抗血管方面的研究較多，這也說(shuō)明灌注參數(shù)與血管生成具有良好的相關(guān)性，為臨床抗血管治療療效評(píng)估提供無(wú)創(chuàng)方式。PET/CT作為功能分子成像的一種，不同顯像劑對(duì)血管生成評(píng)價(jià)的效果不一，將來(lái)會(huì)有更特異的顯像劑來(lái)評(píng)價(jià)腫瘤血管生成。

2 評(píng)價(jià)腫瘤乏氧狀態(tài)

腫瘤細(xì)胞缺氧可驅(qū)動(dòng)基因不穩(wěn)定并加速腫瘤進(jìn)展，還可能導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對(duì)放射線和化療藥物產(chǎn)生抵抗性，增加全身轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)［11］，所以了解腫瘤的乏氧狀態(tài)對(duì)膠質(zhì)瘤診治非常重要。Qi等［12］研究Wistar大鼠膠質(zhì)瘤CT灌注參數(shù)與腫瘤缺氧免疫組織病理學(xué)測(cè)量之間的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺氧面積百分比與血流量和血容量呈顯著相關(guān)，表明CT灌注參數(shù)是腫瘤乏氧的潛在非侵入性成像標(biāo)志物。

潘紅利等［13］對(duì)SD大鼠C6原位膠質(zhì)瘤模型造模成功后第2、3、4周進(jìn)行DCE-MRI掃描，將各定量參數(shù)與免疫組織染色得到不同區(qū)域HIF-1α表達(dá)情況進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明第3、4周的Ktrans、Ve與HIF-1α之間存在負(fù)相關(guān)性（P＜0.05），而第2周無(wú)相關(guān)性，這說(shuō)明腫瘤不同時(shí)間點(diǎn)的乏氧程度不同，DCE-MRI的灌注參數(shù)可用于評(píng)價(jià)大鼠膠質(zhì)瘤模型乏氧狀態(tài)。有研究對(duì)SD大鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤模型進(jìn)行氧增強(qiáng)磁共振成像（Oxygen-Enhanced MRI,OE-MRI）并進(jìn)行組織學(xué)分析，從而評(píng)估腫瘤微血管密度和缺氧狀態(tài)，結(jié)果證明信號(hào)強(qiáng)度變化百分比（PSIC值）低的腫瘤面積百分比與缺氧和壞死染色百分比顯著相關(guān)（r=0.71,P＜0.05），PSIC值較高的感興趣區(qū)通常具有更多的血管，這些發(fā)現(xiàn)表明OE-MRI參數(shù)可用于評(píng)估C6膠質(zhì)瘤模型中的乏氧程度［14］。Xu等［15］研究發(fā)現(xiàn)血氧水平依賴性功能磁共振成像（Blood-Oxygen-Level Dependent Functional Magnetic Resonance Imaging,BOLD-fMRI）與非血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)后處理算法可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)Wistar大鼠C6腦膠質(zhì)瘤的乏氧狀態(tài)。

Watabe等［16］利用18F-FMISO PET和15O標(biāo)記氣體PET研究Fischer大鼠C6膠質(zhì)瘤的缺氧區(qū)域腫瘤內(nèi)灌注和氧代謝，發(fā)現(xiàn)瘤內(nèi)乏氧區(qū)域的腫瘤腦血流量、腫瘤氧代謝率及腫瘤腦血容量明顯低于非乏氧區(qū)域，在嚴(yán)重乏氧區(qū)域腫瘤的氧攝取率明顯高于正?；蜉p度腫瘤乏氧區(qū)，這項(xiàng)研究表明腫瘤內(nèi)缺氧區(qū)域顯示出隨著氧氣提取量的增加而血流減少的趨勢(shì)，這提供了一種新的思路，可通過使乏氧區(qū)血流正?；瘉?lái)改善膠質(zhì)瘤對(duì)放化療的抵抗。另有研究虹膜醌（IQ）的放射增敏機(jī)制，并評(píng)估18F-FDG和18F-氟代咪唑（18F-fluoromisonidazole,18F-FMISO）PET/CT的監(jiān)測(cè)能力，結(jié)果顯示4組（IQ組、放療組、放療+IQ組、對(duì)照組）大鼠膠質(zhì)瘤中HIF-1α的表達(dá)存在顯著差異（F=87.1,P＜0.01），18F-FDG和18F-FMISO攝取的最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUVmax）與HIF-1α的表達(dá)呈顯著相關(guān)，放療+IQ組SUVmax最低，而且18F-FMISO與HIF-1α的相關(guān)系數(shù)比18F-FDG高，這不僅證明IQ有放療增敏作用，且表明18F-FMISO PET/CT用于監(jiān)測(cè)腫瘤乏氧狀態(tài)較18F-FDG更好［17］。

綜上所述，影像學(xué)對(duì)大鼠膠質(zhì)瘤的乏氧狀態(tài)的研究主要集中在磁共振成像與PET/CT，特別是一些新興的磁共振成像，如OE-MRI、BOLD-fMRI可以很好地評(píng)價(jià)腫瘤組織的乏氧狀態(tài)。這些研究為臨床治療膠質(zhì)瘤提供了新的認(rèn)識(shí)，如可通過使乏氧區(qū)血流正?；瘉?lái)改善膠質(zhì)瘤對(duì)放、化療的抵抗。

3 評(píng)價(jià)腫瘤微觀結(jié)構(gòu)

Liu等［18］對(duì)Wistar大鼠原位膠質(zhì)瘤模型進(jìn)行能譜CT增強(qiáng)掃描，對(duì)腫瘤實(shí)體、腫瘤邊緣及對(duì)側(cè)正常腦組織增殖標(biāo)記蛋白Ki67進(jìn)行免疫染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腫瘤實(shí)體、腫瘤周圍與正常腦組織的能譜CT參數(shù)顯著不同，而且其參數(shù)和Ki67表達(dá)之間有相關(guān)性，由此認(rèn)為能譜CT可以在一定程度上檢測(cè)惡性膠質(zhì)瘤內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)變化，并提供有關(guān)腫瘤增殖和侵襲程度的重要信息。

有研究首次應(yīng)用超極化［2-13C］丙酮酸鹽磁共振波譜（Magnetic Resonance Spectrum,MRS）成像對(duì)大鼠C6膠質(zhì)瘤線粒體代謝進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示線粒體小分子二氯乙酸鹽（一種調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶激酶活性的藥物）發(fā)生了改變，從而表明其可以對(duì)膠質(zhì)瘤的微觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析［19］。Li等［20］探討Wistar大鼠C6腦膠質(zhì)瘤晚期的磁共振擴(kuò)散張量成像各向異性分?jǐn)?shù)與腫瘤微結(jié)構(gòu)的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腫瘤組織與正常組織間的各向異性分?jǐn)?shù)顯著不同，而且晚期腫瘤組織的各向異性分?jǐn)?shù)與VEGF、MVD及腫瘤細(xì)胞密度呈正相關(guān)（P＜0.05），這說(shuō)明大鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤晚期的各向異性分?jǐn)?shù)可在術(shù)前提供準(zhǔn)確、可靠、無(wú)創(chuàng)的影像學(xué)監(jiān)測(cè)方法，以評(píng)估神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞密度、血管新生程度、纖維束完整性和腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)等。Song等［21］首次應(yīng)用核磁共振示蹤技術(shù)定量分析大鼠C6膠質(zhì)瘤模型中擴(kuò)散和清除參數(shù)，將Gd-DTPA引入膠質(zhì)瘤的細(xì)胞外間隙（Extracellular Space,ECS）中，并分析細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular Matrix,ECM）對(duì)Gd-DTPA擴(kuò)散的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤在生長(zhǎng)到第20天與第10天相比，Gd-DTPA擴(kuò)散得更慢，清除率更低，半衰期更長(zhǎng)，ECS參數(shù)隨C6膠質(zhì)瘤進(jìn)展ECM含量增加而改變，該研究可能有助于更好地了解膠質(zhì)瘤微環(huán)境，并為間質(zhì)給藥治療腦膠質(zhì)瘤提供益處。

影像學(xué)不僅可以對(duì)腫瘤整體進(jìn)行宏觀的描述，其某些參數(shù)可以對(duì)腫瘤內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，如可以利用造影劑（Gd-DTPA）在膠質(zhì)瘤ECM的擴(kuò)散來(lái)了解其微環(huán)境，為間質(zhì)給藥提供益處，這將會(huì)是未來(lái)影像技術(shù)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容之一。

4 評(píng)價(jià)腫瘤治療效果

膠質(zhì)瘤經(jīng)放化療后，可出現(xiàn)多種影像學(xué)變化，影像學(xué)識(shí)別治療是否有效對(duì)于指導(dǎo)臨床用藥至關(guān)重要［22］。除抗血管治療外，這部分研究主要集中在放療。如Yeung等［23］對(duì)大鼠膠質(zhì)瘤進(jìn)行立體定向放射外科手術(shù)（Stereotactic Radiosurgery,SRS），并在術(shù)前及術(shù)后8周內(nèi)定期進(jìn)行CT灌注成像并與組織學(xué)對(duì)照，觀察剩余大鼠的存活時(shí)間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，SRS后大鼠總體生存獲益以及SRS應(yīng)答者（存活＞15 d的輻照動(dòng)物）在術(shù)后第7天相對(duì)血容量（Relative Blood Volume,rBV）和滲透性表面積（Permeability-Surface,PS）較低，這說(shuō)明大鼠膠質(zhì)瘤對(duì)放療的反應(yīng)是不同的，使用CT灌注成像可以早期選擇應(yīng)答者和非應(yīng)答者。另有研究大鼠C6腦膠質(zhì)瘤模型在不同劑量12C6+離子束輻照后第1、2周能譜CT參數(shù)變化，并與腫瘤增殖凋亡及侵襲性變化的病理學(xué)進(jìn)行對(duì)照，結(jié)果表明能譜CT低keV單能量CT值、碘含量值及能譜曲線斜率多參數(shù)量化可在一定程度上反映在體腫瘤的惡性程度，可用來(lái)評(píng)價(jià)腫瘤放療療效［24］。

Hong等［25］對(duì)大鼠U87膠質(zhì)瘤放療前及放療后第3、6、9和14天進(jìn)行多種功能和分子MRI，并與組織病理學(xué)對(duì)照。結(jié)果發(fā)現(xiàn)除放療后第3天外，放療后（40和20 Gy）腫瘤的表觀擴(kuò)散系數(shù)均較放療前顯著升高、腫瘤血流量明顯下降，腫瘤的酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移加權(quán)（Amide Proton Transfer Weighted,APTw）信號(hào)在照射后各時(shí)間點(diǎn)（40 Gy）和照射后第9天（20 Gy）均顯著降低。由此可知腫瘤表觀擴(kuò)散系數(shù)、血流量和APTw都可用來(lái)預(yù)測(cè)神經(jīng)膠質(zhì)瘤對(duì)放療的反應(yīng)，其中APTw最有可能用于早期反應(yīng)評(píng)估。Yu等［26］研究C6大鼠膠質(zhì)瘤放療前后MRS的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放療前膽堿（Cho）/肌酸和磷酸肌酸（Cr）值與放療后第10、14和20天顯著不同。放療前Cho/N-乙酰天門冬氨酸（NAA）、NAA/Cr比值與放療后第14天、20天顯著不同。放療后第4天腫瘤體積變化與Cho/Cr、脂質(zhì)和乳酸鹽/Cr、谷氨酸+谷氨酰胺/Cr的變化呈正相關(guān)，MRS與腫瘤大小和Ki-67指數(shù)結(jié)合使用，以獲取腫瘤對(duì)放射的反應(yīng)。最近有研究表明超極化［1-13C］丙酮酸MRS可以為傳統(tǒng)磁共振成像提供補(bǔ)充的代謝信息，從而為緩慢發(fā)展的基因治療反應(yīng)提供更全面的圖像，這可能有利于檢測(cè)患者的成功治療反應(yīng)［27］。

Wang等［28］利用18F-FDG PET/CT評(píng)估齊墩果酸對(duì)C6大鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤的放射增敏作用，并與免疫組化Ki67和GLUT-1進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放療后第1、7天的18F-FDG攝取的腫瘤/肌肉比（T/M）與Ki67和GLUT-1的表達(dá)呈顯著相關(guān)，18F-FDG PET/CT是評(píng)估放療后早期變化的潛在敏感工具。Wang等［17］研究發(fā)現(xiàn)18F-FMISO PET/CT對(duì)放療后的監(jiān)測(cè)能力較18F-FDG PET/CT更好。Stegmayr等［29］對(duì)U87膠質(zhì)母細(xì)胞瘤進(jìn)行單一高劑量貝伐單抗（PET之前2 d，45 mg/kg）治療和2次較低劑量（PET之前2、9 d，10 mg/kg）治療后進(jìn)行O-（2-18F-氟乙基）-1-酪氨酸PET（O-(2-18F-fluoroethyl)-L-tyrosine PET），結(jié)果發(fā)現(xiàn)短期貝伐單抗治療血腦屏障有恢復(fù)趨勢(shì)，而長(zhǎng)期治療則導(dǎo)致血腦屏障通透性顯著降低，腫瘤細(xì)胞瘤中18FFET的攝取很可能與血腦屏障的滲透性無(wú)關(guān)，而且其相較增強(qiáng)磁共振成像更可靠地反映了抗血管生成治療期間腫瘤組織的活力。

總而言之，CT對(duì)膠質(zhì)瘤療效研究主要集中在CT灌注與能譜CT，但是CT對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤較低的分辨率限制了其應(yīng)用。磁共振成像的多種功能和分子成像能夠?qū)δz質(zhì)瘤治療后腫瘤及其微環(huán)境的改變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而有望指導(dǎo)臨床治療。當(dāng)然，PET/CT利用其分子代謝層面的優(yōu)勢(shì)，不同顯像劑在監(jiān)測(cè)療效方面發(fā)揮的不同作用還需進(jìn)一步研究。

5 總結(jié)

綜上所述，影像學(xué)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)膠質(zhì)瘤動(dòng)物模型進(jìn)行分子層面的研究，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)膠質(zhì)瘤的血管生成、乏氧狀態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)及療效等的評(píng)價(jià)。相信隨著影像技術(shù)的不斷發(fā)展，影像學(xué)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人腦膠質(zhì)瘤進(jìn)行各種微觀結(jié)構(gòu)層面的顯影，從而提高膠質(zhì)瘤的診斷、治療療效評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，為膠質(zhì)瘤診治提供新思路。