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乳腺癌腫瘤微環境的超聲研究進展

2015-01-25 04:34:26冷曉玲馬富成
中國臨床醫學影像雜志 2015年11期
關鍵詞:乳腺癌

冷曉玲,馬富成

(新疆醫科大學附屬腫瘤醫院,新疆 烏魯木齊 830000)

?綜述?

乳腺癌腫瘤微環境的超聲研究進展

冷曉玲,馬富成

(新疆醫科大學附屬腫瘤醫院,新疆 烏魯木齊830000)

乳腺腫瘤;超聲檢查,多普勒,彩色

隨著對乳腺癌研究的深入,發現在它的侵襲轉移過程中腫瘤微環境起了一定的作用。微環境的穩態是腫瘤發生和侵襲過程中需要克服的第一道屏障。腫瘤微環境對腫瘤侵襲和轉移的形成起著重要的促進作用。隨著超聲技術發展日新月異,乳腺超聲所能提供的診斷信息越來越豐富,尤其是對于乳腺癌腫瘤微環境的評估及預后的判斷具有重要價值,有利于腫瘤定性判斷、周邊浸潤范圍的評估及制定合理的治療方案。本文就乳腺癌腫瘤微環境的超聲表現及臨床應用價值做一綜述。

1 乳腺癌腫瘤微環境

近年研究表明腫瘤微環境對癌細胞的轉移和侵襲性起決定作用,縱容性的腫瘤微環境可使早期癌變細胞轉移[1]。乳腺癌腫瘤微環境是由癌細胞和多種基質細胞、細胞因子、趨化因子等組成。

1.1惡性基質化及其分子表達

研究發現,惡性腫瘤局部微環境中均存在大量免疫細胞,它們在腫瘤組織中的分布、密度和功能狀態等組成的綜合免疫網絡可以成為較準確的獨立預后預測因素[2-3]。而癌變與惡性基質化是平行進行的,在癌變的起始階段,腫瘤細胞誘導正常基質細胞為起始改變的細胞,并占據了基質與腫瘤間的反饋回路、激活基質的表型,最終成為互不依賴的不可逆的腫瘤和轉化的基質表型。原發灶和轉移灶中基質細胞的主動遷移促進了腫瘤細胞的侵襲和轉移能力。在此過程中,基質中的細胞成分從保護機體的免疫機制轉變為支持腫瘤細胞生長、增殖、浸潤、轉移的“輔助腫瘤的細胞”,其中主要的細胞為腫瘤相關的成纖維細胞 (Tumor-associated fibroblast,TAF)、腫 瘤 相 關 的 巨 噬 細 胞(Tumor-associated macrophage,TAM)、腫瘤相關的樹突狀細胞(Tumor-associated dendritic cell,TADC)等。

1.1.1關于TAF

TAF是原位腫瘤和轉移癌組織的特征性間質表現,其作為血管旁細胞成為組織結構調節者和免疫調節細胞參與腫瘤的發展過程,把癌細胞和淋巴細胞分隔開,降低了免疫系統對腫瘤細胞的監視和殺傷作用[4]。在腫瘤組織中TAF分布于腫瘤侵襲前沿、腫瘤-間質界面或腫瘤間質中靠近腫瘤血管內皮細胞并包繞著癌巢。CD34+的成纖維細胞的丟失是浸潤性癌間質的特異變化,是判斷局部有無微浸潤的敏感指標;而浸潤性癌灶中出現雜亂排列的表達α-SMA的肌纖維母細胞,可能由CD34+細胞轉變而來。TAF的重要意義在于它為乳腺癌的病理診斷、預后判定和生物治療提供了一個有前景的靶目標。

1.1.2關于TAM

在腫瘤的發展過程中,TAM被認為起著雙刃劍的作用。M1表型的TAM可以分泌免疫調節因子和酶來發揮抗腫瘤免疫作用,并將腫瘤抗原呈遞給細胞毒T淋巴細胞;M2表型的TAM可以被腫瘤微環境所誘導,分泌促有絲分裂因子來促進腫瘤生長并抑制對腫瘤的免疫反應,同時還通過釋放血管生成因子和ECM調節因子直接或間接地促進血管生成和腫瘤轉移[5-6]。研究結果表明腫瘤早期巨噬細胞以M1表型(高表達IL-12/23而低表達IL-10)為主,而晚期以M2表型(低表達IL-12/23而高表達IL-10)為主[7-9]。巨噬細胞有抑制腫瘤增殖的作用還是促進血管新生、加速腫瘤轉移的作用,主要取決于巨噬細胞的表型及腫瘤細胞的內在特點。

1.1.3關于TADC

在腫瘤發生過程中,理想狀況下,DC被募集到腫瘤區,在此捕獲腫瘤抗原,遷移到區域淋巴結,成為表型成熟DC,在局部激活抗瘤免疫反應。然而腫瘤組織分泌的大量免疫抑制性的因子以及由于實體瘤生長迅速,原有組織血管很快不能滿足其氧需求而在局部形成的乏氧微環境可能對DC的遷移能力產生損害,使其處于未成熟狀態,不成熟DC不能有效提呈抗原,形成免疫逃逸機制,成為腫瘤發展和轉移的基礎[10]。有小樣本研究表明,乳腺癌中不成熟樹突狀細胞在瘤體內散在分布,而成熟的樹突狀細胞存在于癌周區域。不管是新鮮分離還是培養的淋巴細胞、NK細胞或單核細胞都沒有發現CD83的表達。體內生理性存在的DC也不表達CD83,而只有體內激活的DC才表達CD83。因此CD83被認為是DC充分成熟的標志。

乳腺癌形成過程中腫瘤細胞可以改變周圍基質成為有利于其生長并支持腫瘤進展的細胞外環境,腫瘤的發展階段依賴于基質的激活程度,成纖維細胞被激活為肌成纖維細胞,巨噬細胞數量增加包繞癌巢,樹突狀細胞引起的免疫逃逸機制等是腫瘤發展和轉移的基礎,而這些腫瘤相關基質細胞不同活化狀態、不同表型及不同成熟狀態決定了乳腺癌的惡性基質化程度,也決定了乳腺癌的生物學行為。

1.2腫瘤血管異質性及其分子表達

目前的研究認為腫瘤血管生成開關的啟動可發生在腫瘤演進的任何階段,由腫瘤的類型和微環境決定,微環境中腫瘤相關基質細胞的主動調節起到了關鍵作用,這種調節在空間、時間表達水平的不協調性導致腫瘤血管生成與生理狀態下的血管生成存在顯著差異,這類差異性也稱為“腫瘤血管異質性”[11],包括新生血管結構的成熟度、血供特性、內皮細胞增殖活性和基底膜特點及分子遺傳學改變、血管淋巴管形成參與情況、血管生成相關性病變及結局等。

1.2.1腫瘤血管空間分布

有學者[12]將腫瘤血管分成3個區域:①腫瘤中心帶,血管稀少,很少有分支或吻合支,存在大片無血管區,認為中心帶與腫瘤壞死有關。②腫瘤外帶,血管密集,竇狀擴張,相互吻合成袢,提示外帶是腫瘤細胞生長旺盛區。③腫瘤周圍組織帶,血管粗大迂曲,互相融合成片狀、胚竇樣。血管最豐富區域多位于侵襲性生長的腫瘤邊緣,邊緣區域的血管化程度有高于中心區域的趨勢。在惡性腫瘤中心區域由于腫瘤血管自身結構的缺陷,腫瘤中心部間質內壓增高,腫瘤中心部血管內壓下降3個方面的因素造成腫瘤中心區域血管化和血流灌注降低,這也是惡性腫瘤中心部更容易出現壞死的原因。

1.2.2腫瘤血管生成

經典的乳腺癌腫瘤血管生成模式是實體瘤周邊的瘤細胞伸縮,將緊鄰的宿主毛細血管靜脈端的基底膜降解,導致血管內皮細胞的迅速增殖并向腫瘤遷徙,形成有功能的管狀結構(毛細血管袢),繼而與宿主血管發生吻合,由此構成腫瘤的血液循環系統[13]。除此之外腫瘤血管生成擬態(Vasculogenic mimicr,VM)也參與其中,且與腫瘤的生長、分化程度、侵襲性等密切相關。

VM是近幾年來提出的,對經典的內皮依賴性腫瘤血管生成理論提出挑戰。1999年發現人眼葡萄膜黑色素瘤細胞演化成的血管樣通道結構,CD31、CD34等均呈陰性反應,PAS染色陽性物質,管腔內沒有血管內皮細胞襯覆,腫瘤細胞模仿血管內皮細胞血管生成并通過自身基因型反轉變形和細胞外基質重塑形成瘤細胞條索樣微循環管道,為腫瘤細胞提供血液供應[14]。在隨后的研究中發現在肝癌、乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌中同樣存在VM。

實際上,腫瘤血管異質性不僅表現為腫瘤血管與非腫瘤新生血管的差異性,還應包括不同腫瘤之間、同種腫瘤不同個體之間、同一腫瘤不同區域的發生與演進階段之間的血管差異性[15]。

2 乳腺癌腫瘤微環境的超聲研究進展

2.1惡性基質化特征

2.1.1二維超聲的邊緣顯示

如二維超聲表現為邊緣不光整,有毛刺,病理學鏡下可見癌成排或成列浸潤至周邊的正常腺體和脂肪組織,腫瘤細胞與正常組織相間分布,癌周邊常可見增殖的纖維結締組織、血管、淋巴管呈簇狀生長或條索狀分布[16]。超聲表現為強回聲暈,其病理基礎是癌細胞向周圍組織浸潤,出現癌細胞、脂肪細胞和纖維組織的混雜[17],或是癌周圍結締組織的反應性增生,呈現了不規則的界面所引起的[18]。

2.1.2三維超聲

乳腺三維超聲成像技術主要是利用計算機對采集到的一系列二維圖像信息進行加工處理即重建,從而構成三維圖像。通過多平面成像的旋轉和平行移動可以顯示乳腺腫塊的形態、內部結構及其與周圍組織的關系;可較清晰地顯示腫瘤對周邊組織的浸潤情況;計算腫瘤的體積;三維超聲成像在評估腫瘤形態、生長方式以及指導手術等方面可以提供更多的信息[19];對腫瘤的穿刺三維超聲的引導可以準確定位,并可以直觀立體地顯示針尖與病灶的位置關系。

2.1.3超聲造影

惡性腫塊表現為邊緣的不均一性或者周圍有一段高增強的環狀表現,并且可以看見灌注缺損和周邊徑向的穿透血管。對灌注缺損的一個可能解釋是惡性腫塊生長較快,血管形成和營養供給相對不足,以至于腫塊局部缺氧和壞死。腫塊周圍呈放射狀或者穿透性血管的檢出率能顯著提高。乳腺超聲造影最具臨床應用價值的是對浸潤性乳腺癌新輔助化療的評價。乳腺癌患者新輔助化療反應的傳統評價主要取決于腫塊尺寸的改變。在新輔助化療后,超聲造影測量的腫塊大小常常比傳統超聲測量的要大;超聲造影在乳腺切除術后的組織標本顯示的腫塊大小也更為精確。

2.1.4彈性成像

生物組織的硬度與病灶的生物學特性緊密相關,在很大程度上取決于組織的分子構成及這些分子所構成組織的形式,此外其與周圍相鄰組織情況也相關[28]。通常惡性腫瘤多呈蟹足樣浸潤生長,與周圍組織緊密結合,常規二維灰階超聲常無法準確顯示乳腺癌的浸潤部分,然而乳腺癌的浸潤部分的組織硬度卻與周圍正常組織有明顯的差異,根據硬度的不同可以明確其邊界。由于癌周的惡性基質化,癌瘤直接向外浸潤擴展,癌細胞沿乳腺導管擴展,或是癌周小梁結構向腫瘤方向牽拽致腫瘤邊緣帶組織具有很高的硬度,故惡性病灶在彈力圖上顯示的范圍往往要遠大于二維圖像所顯示的范圍。說明乳腺癌邊緣帶的惡性基質化與腫瘤的硬度有關聯,而反應腫瘤硬度的彈性評分與惡性基質化的相關性如何有待于進一步研究。

2.2腫瘤血管異質性

2.2.1二維能量多普勒成像

乳腺癌彩色多普勒血流顯像的相關因素主要有腫塊大小、分化程度及患者年齡[20],腫塊越大、分化程度越低,血流越豐富,但隨著患者年齡增長,血流減少。與彩色多普勒血流顯像相比,二維能量多普勒成像(PDI)對腫瘤內的血管及血流信息,特別是對低速血流的顯示更為敏感,但不能全面、整體地反映腫瘤內部血管網絡的分布情況。

2.2.2三維彩色多普勒超聲

新近出現的三維多普勒超聲較二維彩色多普勒超聲更為敏感地顯示血管,能夠立體顯示腫塊周邊及內部的血管走行及分布情況,并可定量評價腫瘤血供的豐富程度。檢查者只需將其固定于體表并指向所需掃查的部位,系統就會自動采集二維圖像,不需要進行圖像后處理即可以獲得三維立體容積數據庫并能立刻顯像。通過計算腫瘤體積及其內彩色像素的多少,計算機軟件可以自動獲取VI值、FI值及VFI值。

2.2.3超聲造影定性及定量評價

乳腺癌的新生血管代表了腫瘤的生物學活動,而且也是新輔助化療的有效性的準確評估。超聲造影可以顯示腫塊的微小血管的分布以及彌補傳統超聲和彩色多普勒超聲不能很好識別微小血管的不足[21]。

超聲對比增強造影對腫瘤血供的評價主要包括定性和定量評價。定性評價主要包括造影劑的增強速度、強度、分布及腫瘤血管走行情況等,其優點是能快速、直觀地判斷和評價腫瘤的血流分布情況[22],缺點是主觀性較強[23]。定量評價通過應用分析軟件繪制時間-強度曲線,能最大程度地避開分析者主觀因素的影響,是定性評價的必要補充[24]。研究顯示,惡性腫瘤組病灶邊緣的峰值強度、曲線下面積、廓清時間大于病灶中心區域,病灶邊緣的達峰時間小于中心區域[22]。相比傳統超聲,超聲造影在對于新輔助化療的評價有一些明顯的優勢:在新輔助化療的前后,可以定量評價腫塊血流灌注的程度。

但二維灰階造影也存在一些缺點:直觀性較差,不利于觀察小血管的病變;對不在同一平面的多條血管結構不易準確診斷,單幅斷面圖像不能準確、全面反映三維空間內的血管分布,對Z軸上走行的血管不易顯示。新近出現的三維超聲造影技術,將灰階超聲造影和三維超聲成像相結合,有效地解決這些問題[21]。應用三維超聲造影技術可觀察到惡性腫瘤血管的血管環,靜脈末端的靜脈湖、盲端靜脈及動靜脈瘺,顯示新生血管的迂曲走行和不規則形態,并顯示腫瘤整個微循環結構,而腫瘤血管的數量、結構和分布是時間強度曲線形態不同的病理基礎。

2.2.4超聲分子影像學

2004年鄭元義等[25]首次在國內提出“超聲分子影像學”的概念,該技術是將特異性配體與直徑小于紅細胞的超聲造影劑連接,通過血液循環使其特異性地在靶組織聚集,觀察在分子或細胞水平上靶組織的特異性顯像,反映在分子水平上病變靶組織的改變。Bzyl等[26]用VEGF2與微泡造影劑表面連接導向乳腺癌腫瘤血管內皮表面與其配體結合,可以真實地反映VEGF2在乳腺癌腫瘤內的聚集情況,甚至能以此描述腫瘤內新生血管的細微差異。但超聲分子探針的靶向性能需與化學、免疫學等多學科交叉研究才能制備出可以應用于臨床的靶向分子探針。

2.2.5超聲光散射成像

近年來,由新奧博為技術有限公司自主研發的OPTIMUS超聲光散射乳腺成像系統,將超聲成像技術和光學技術融為一體,可以間接反映腫瘤內部血管生成活性及氧含量情況等信息,并得出綜合診斷指數(SDI),能夠區分組織中的散射與吸收效應,通過非侵入性的方式更加準確地定量測量并監測局部血液參數,并能同時對局部血液參數進行斷層成像,有助于腫瘤的早期診斷。光散射成像在新生毛細血管變化意義上具有較高的功能分辨力,可為乳腺癌的早期診斷提供依據[27],但某些良性病灶因血管較豐富會導致OPTIMUS評分過高,或者腫塊位置過于表淺、探頭與皮膚接觸不夠嚴密而漏光。

3 乳腺癌腫瘤微環境超聲研究的關鍵及展望

乳腺癌細胞在瘤體邊緣沿結締組織間隙和脂肪間隙向外浸潤蔓延,引起結締組織反應,反應方式一般有兩種,一種是以成纖維細胞、組織細胞、淋巴細胞、漿細胞和巨噬細胞為代表的活性結締組織在瘤體周圍形成的瘤周間質反應帶。腫瘤中活躍的間質細胞分泌細胞因子和生長素。如通過對腫瘤細胞的旁分泌刺激以促進其生長[28]。腫瘤基質部分控制腫瘤的生長、侵襲和血管形成,對免疫反應也起到一定影響[29]。另一種是起支架作用的結締組織增生。在浸潤性病灶周圍常見增生的纖維組織先于癌細胞向外伸延,形成瘤周毛刺。無論是哪種惡性基質化的反應方式,都印證了腫瘤的邊緣帶是乳腺癌生物學行為的關鍵部位。

隨著超聲技術的發展,超聲診斷已進入多模態診斷方式,在常規超聲的基礎上應用超聲造影、三維技術、彈性成像及超聲光散射成像往往能改變常規超聲的BI-RADS分級,豐富診斷信息。還可以綜合應用各種診斷技術中最有價值的征象評估乳腺癌的腫瘤微環境情況。在腫瘤惡性基質化方面展示良好的有二維超聲的邊緣顯示、彈性評分、三維超聲邊緣顯示、超聲造影對腫塊大小形態顯示;在腫瘤血管異質性方面展示良好的有二維能量多普勒成像、三維彩色多普勒超聲、超聲造影定性及定量評價、超聲分子影像學、超聲光散射成像。超聲醫生綜合應用多種模式可豐富乳腺腫瘤惡性基質化及腫瘤血管異質性的信息,為預測預后及為抗惡性基質化、腫瘤血管生成、腫瘤血管擬態的基因療法、手術切除等治療方案的選擇提供重要的依據,并可為進一步的深入研究打下前期研究基礎,如研究靶向聲學造影劑,同時攜帶治療性藥物、基因,經超聲輻照后定向釋放,進行抗惡性基質化、腫瘤血管擬態分子靶向治療,使基于腫瘤微環境水平的乳腺癌的個體化治療成為可能,并使其有潛力應用于并在活體中進行療效監測。

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Progress of ultrasound study on tumor m icroenvironment of breast cancer

LENG Xiao-ling,MA Fu-cheng
(The Affiliated Tumor Hospital of Xinjiang Medical University,Urumqi 830000,China)

R737.9;R445.1

B

1008-1062(2015)11-0823-04

2014-12-16;

2015-03-12

冷曉玲(1980-),女,新疆烏魯木齊人,在讀博士研究生。

馬富成,新疆醫科大學附屬腫瘤醫院,830000。

國家自然科學基金項目(81260332)。

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