, 沈慧聪2 1. 北京怀柔医院 影像科, 北京 101400;
2. 首都医科大学附属北京天坛医院 放射科, 北京 100050
2020-07-10 收稿, 2020-11-13 录用
*通讯作者: 吴静
摘要: 本研究旨在分析脑胶质瘤患者的磁共振弥散张量成像（DTI）参数与病变组织血管内皮生长因子（VEGF）和基质金属蛋白酶-9（MMP-9）表达的相关性，以及DTI参数对脑胶质瘤进行分级诊断的价值。根据病理分级将102例脑胶质瘤患者分为低级别组（47例）和高级别组（55例），均行MRI和DTI检查，定量测定表观弥散系数（ADC）、各向异性分数（FA）、相对ADC（rADC）、相对FA（rFA）值及相对轴向扩散系数（rAD）值；用免疫组化法检测VEGF和MMP-9表达情况。结果显示，高级别组患者的rADC、ADC、rAD、FA、rFA均低于低级别组（P < 0.05）；高级别组患者的VEGF和MMP-9阳性表达均高于低级别组（P < 0.05）。rADC、ADC、rAD、FA、rFA与VEGF和MMP-9表达均呈负相关（P < 0.05）；rADC、ADC、rAD、FA、rFA对脑胶质瘤分级诊断的AUC均具有一定诊断价值（P < 0.05）。本研究结果提示DTI定量参数与脑胶质瘤VEGF和MMP-9表达具有相关性，且有助于脑胶质瘤的分级诊断。
关键词: 脑胶质瘤磁共振弥散张量成像血管内皮生长因子基质金属蛋白酶-9病理分级
Correlation Between the Quantitative Parameters of MR Diffusion Tensor Imaging and the Expression of VEGF and MMP-9 in Brain Gliomas
WU Jing1
, SHEN Huicong2 1. Department of Imaging, Beijing Huairou Hospital, Beijing 101400, P. R. China;
2. Department of Radiology, Beijing Tiantan Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, P. R. China
*Corresponding author: WU Jing
Abstract: The correlation between the quantitative parameters of magnetic resonance diffusion tensor imaging (DTI) and the expression of vascular endothelial growth factor (VEGF), matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) was analyzed in this study, as well as the diagnostic value of the parameters on pathological grade in brain gliomas. According to the pathological grade, 102 patients with brain gliomas were divided into low-grade group (47 cases) and high-grade group (55 cases). All patients were examined by MRI and DTI, through which the ADC, FA, rADC, rFA and rAD were measured. The expression of VEGF and MMP-9 were detected by immunohistochemistry. The results show that, the rADC, ADC, rAD, FA and rFA in high-grade group were lower than those of low-grade group (P < 0.05). The positive expression of VEGF and MMP-9 in high-grade group were higher than those of low-grade group (P < 0.05). The rADC, ADC, rAD, FA and rFA were negatively correlated with VEGF and MMP-9 expression (P < 0.05). The AUC of rADC, ADC, rAD, FA and rFA in diagnosing the grade of brain glioma had a certain value (P < 0.05). In conclusion, the quantitative parameters of DTI were correlated with the expression of VEGF and MMP-9 in brain gliomas, which was helpful to diagnose the grade of brain glioma.
Key words: brain gliomasMR diffusion tensor imagingvascular endothelial growth factormatrix metalloproteinase-9pathological grade
脑胶质瘤是颅内常见的源自神经胶质细胞的原发性颅脑肿瘤, 由于该病不同病理级别患者的临床治疗方案存在较大差别，且预后差异也较大，故治疗前准确判断恶性程度并分级治疗，对改善预后至关重要。磁共振弥散张量成像(DTI)可通过水分子扩散运动情况评估肿瘤组织病理微观特征，能够弥补常规MRI的不足[1]。血管内皮生长因子(VEGF)可促进肿瘤血管新生；MMP-9可调节细胞黏附能力，破坏血管内皮屏障，促进肿瘤细胞生长、侵袭。既往研究证实VEGF与基质金属蛋白酶-9(MMP-9)均与脑胶质瘤发生、进展、局部浸润有关[2]。有研究指出DTI定量参数有助于脑胶质瘤病理分级诊断[3, 4]，但缺乏与胶质瘤组织病理指标的相关性分析。本研究旨在探讨DTI定量参数与脑胶质瘤组织VEGF和MMP-9表达的相关性，以及其对脑胶质瘤分级诊断的价值。
1 资料与方法1.1 一般资料选取2017年1月~2020年5月收治的胶质瘤患者102例，根据WHO肿瘤病理分级标准[5]将患者分为两组。其中，低级别组47例(Ⅰ级17例、Ⅱ级30例)，其中，男27例、女20例；年龄23~78岁，平均(55.84±14.36)岁；体质量指数18~28 kg/m2，平均(23.19±5.74)kg/m2。高级别组55例(Ⅲ级32例、Ⅳ级23例)，其中，男29例、女26例；年龄25~79岁，平均(56.23±14.72)岁；体质量指数19~29 kg/m2，平均(23.31±5.62)kg/m2。纳入标准：病例临床症状表现为恶心、头痛、癫痫、呕吐等，均经病理检查确诊为脑胶质瘤；接受MRI-DTI检查，受检7 d内行手术治疗；术前无放化疗接受史；年龄>18周岁；患者及家属知情同意。排除标准：免疫、内分泌、血液系统疾病者；伴其他良、恶性肿瘤者；伴精神疾病或其他神经系统疾病、脑部疾病者；感染疾病者；临床资料不完整者。两组一般资料比较差异均无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。
1.2 方法1.2.1 DTI检查采用美国GE 3.0T MRI扫描仪，先行常规MRI平扫检查。轴位T1 FLAIR：矩阵=320×256，TE/TR=25 ms/2200 ms，反转时间/翻转角度为850 ms/90°；T2WI：矩阵=320×256，TE/TR=120 ms/6000 ms；T2 FLAIR：层厚=5 mm，TE/TR=160 ms/7500 ms，矩阵=320×256，反转时间=2500 ms。DTI检查应用单次激发平面回波自旋序列(EPI-SE)，检查参数：TE/TR=100 ms/8000 ms，层厚=5 mm，b1值=0 s/mm2，b2值=1000 s/mm2，矩阵=128×128，层间隔=0，FOV=240 mm×240 mm，回波次数=2，弥散梯度场选择施加在不同的25个方向上。将EPI-SE图像传至服务器，通过DTI专业软件Functool 4.5完成后处理，获取表观弥散系数(ADC)、各向异性分数(FA)等参数图，选择感兴趣区(肿瘤实质信号均匀区)，均取测量3次的均值，定量测定表观弥散系数(ADC)、各向异性分数(FA)、相对ADC(rADC)、相对FA(rFA)值及相对轴向扩散系数(rAD)值(相对值即实质区参数值/对应健侧区参数值)。
1.2.2 VEGF和MMP-9表达检测收集所有病例经手术切除的肿瘤病理组织，采用免疫组化试剂盒(福州迈新生物技术公司)检测。对收集的样本进行石蜡包埋、切片(4 μm)、脱蜡，过氧化氢3%下调内源性活性，再加入枸橼酸盐缓冲液0.01 mmol进行热修复，室温下分别加VEGF、MMP-9抗体(二者均为鼠抗人抗体，福州迈新生物技术公司)，4 ℃过夜，孵育完成后DAB显色、复染(苏木素)、脱水、封片(中性树胶)。阳性对照以试剂盒提供为准，阴性对照以磷酸盐缓冲液(PBS)为准。随机提取5个400×高倍镜视野，VEGF和MMP-9阳性细胞主要表现为细胞质染色呈棕黄色，通过免疫组化定量积分判断表达结果[6]：①染色强度评分：无阳性染色0分，浅黄色1分，黄色2分，棕黄色3分；②阳性细胞比率：< 10%为0分，10%~25%为1分，>25%~50%为2分，>50%~75%为3分，>75%为4分。以评分①和评分②的乘积判定表达：0~1分为阴性(-)，2~4分为弱阳性(+)，5~8分为中阳性(++)，≥9分为强阳性(+++)；(+)~(+++)为阳性表达。
1.3 观察指标(1) 两组患者的DTI定量参数(ADC、rADC、rAD、FA、rFA)及VEGF、MMP-9表达情况；(2)DTI定量参数与VEGF、MMP-9表达的相关性；(3)DTI定量参数对脑胶质瘤的分级诊断价值。
1.4 统计学方法采用SPSS 22.0软件进行数据分析，计数资料以n(%)表示，采用χ2检验，等级资料采用非参数Mann-Whitney检验；计量资料以(x±s)表示，采用t检验；采用ROC曲线评估诊断价值，曲线下面积(AUC)0.7~0.9提示具有一定诊断准确性；相关性
采用Spearman相关分析。P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果2.1 两组患者DTI定量参数比较高级别组患者的rADC、ADC、rAD、FA、rFA均低于低级别组，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 1。
表1
 表 1 两组DTI定量参数比较(x±s)
| 表 1 两组DTI定量参数比较(x±s) |
2.2 两组患者VEGF、MMP-9表达情况比较高级别组患者的VEGF和MMP-9阳性表达均高于低级别组，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 2。
表2
表 2 两组患者的VEGF和MMP-9表达情况比较[n(%)]
| 表 2 两组患者的VEGF和MMP-9表达情况比较[n(%)] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.3 DTI定量参数与VEGF和MMP-9表达的相关性Spearman相关性分析显示，rADC、ADC、rAD、FA、rFA与VEGF和MMP-9表达均呈负相关(P < 0.05)，随着VEGF、MMP-9表达升高，脑胶质瘤DTI定量参数值随之降低。见表 3。
表3
表 3 DTI定量参数与VEGF、MMP-9表达的相关性
| 表 3 DTI定量参数与VEGF、MMP-9表达的相关性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.4 DTI定量参数对脑胶质瘤的分级诊断价值ROC曲线见图 1，对曲线进行分析，显示rADC、ADC、rAD、FA、rFA对脑胶质瘤分级均有一定诊断价值(P < 0.05)。见表 4。
图 1
 | 图 1 DTI定量参数对脑胶质瘤分级诊断的ROC曲线 |
表4
表 4 DTI定量参数对脑胶质瘤分级诊断的ROC曲线分析结果
| 表 4 DTI定量参数对脑胶质瘤分级诊断的ROC曲线分析结果 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 讨论DTI成像技术可显示体内水分子运动方向、位移等细微特征，量化评估分子弥散的各向异性数据，通过三维角度定量测定弥散情况，常用定量参数包括ADC、FA、AD等。ADC反映分子弥散位移强度，可评估细胞间隙分子弥散情况。FA反映脑白质纤维完整性、神经纤维致密度、弥散方向。目前，部分研究证实了ADC、FA与肿瘤生物学特性的关系，李论等[7]研究表明，DTI定量参数FA值有助于脑胶质瘤的术前分级评估，而不同病理分级患者ADC、rADC值对比无统计学差异；蔡志超等[8]研究发现，瘤体ADC值在不同级别胶质瘤患者中存在统计学差异，而FA值无明显差异。另有研究表明，DTI定量参数可用于脑胶质瘤病理分级诊断，且与VEGF、细胞核增殖相关抗原(Ki-67)表达密切相关[9]。
本研究结果显示，高级别组患者的rADC、ADC、rAD、FA、rFA均低于低级别组患者，且rADC、ADC、rAD、FA、rFA对脑胶质瘤分级具有一定诊断价值。分析认为：(1)通常情况下，肿瘤恶性度越高，相应组织细胞密度则越高，而FA值提示各向异性程度，故FA值随病灶恶性度增高而增大。但脑胶质瘤具有浸润生长特性，白质细胞由于遭受破坏已不具有原来正常的结构，造成弥散各向异性出现降低。另一方面，可能与神经纤维髓鞘结构丢失及神经轴突丧失了排列顺序和方向性有关，使得某一特定的方向限制水分子运动的细胞膜及髓磷脂鞘减少，导致病变组织水分子弥散各向异性降低[10]。(2)活体组织内细胞结构、微循环等对水分子弥散均会构成影响，故而ADC值受一定影响。由于低级别瘤的组织细胞增殖度、恶性度相比高级别瘤低，瘤体实质细胞成分相对少，而相应的细胞间隙更大，因此对分子弥散更有利[11]，所以rADC和ADC值较高。李章宇等[12]研究也表明：低级别胶质瘤瘤体的rADC值高于高级别胶质瘤。(3)随脑胶质瘤级别增加，细胞密度、数量增加，多核细胞构成比增加，核异型性增大，造成实质循环中限制分子弥散，肿瘤实质轴向扩散在高级别瘤中受限更加明显，故rAD值更低[13]。
VEGF是影响血管通透性的血管生成刺激因子，脑胶质瘤病理生理过程中组织缺血缺氧可刺激VEGF分泌，VEGF又可参与肿瘤血管新生，影响肿瘤浸润、转移。MMP-9可调节细胞黏附，破坏肿瘤周围基质及血管内皮屏障，促细胞生长、侵袭。既往研究证实，VEGF、MMP-9随脑胶质瘤分级增加而阳性表达增加，甚至出现片块状阳性分布；二者与脑胶质瘤恶性度有关，可作为生物学指标用于临床评估[14, 15]。本研究结果显示：高级别组VEGF、MMP-9阳性表达均高于低级别组，且随着VEGF、MMP-9表达升高，脑胶质瘤DTI定量参数值随之降低，提示DTI定量参数与病理组织VEGF、MMP-9表达具有相关性。分析认为, 脑胶质瘤VEGF、MMP-9表达与DTI定量参数具有相关性的病理生理学基础是其能促进肿瘤血管的生成。VEGF、MMP-9可调控血管生成进而影响肿瘤生物学变化(肿瘤分化、进展、侵袭等)，与脑胶质瘤分级、恶性程度、周围水肿、血管新生等关系密切；脑胶质瘤侵犯周围脑组织，出现水肿、恶化等病理生理状态下，会促使周围脑组织、神经纤维束的水分子扩散运动和各向异性产生转变[16]。
综上所述，DTI定量参数与脑胶质瘤VEGF、MMP-9表达具有相关性，且有助于对脑胶质瘤进行分级诊断。但本研究受样本量限制，未对各分级进行细化分析，下一步研究将增加样本量加以验证。
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