DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)在高、低級別膠質(zhì)瘤鑒別中的應(yīng)用及其與分子生物學(xué)標(biāo)記物水平的相關(guān)性

李建麗,張曉瑞,李瑩

(邯鄲市中心醫(yī)院CT/MR室,河北 邯鄲 056001)

膠質(zhì)瘤約占顱內(nèi)腫瘤的40%,為顱內(nèi)最常見原發(fā)腫瘤[1]。根據(jù)膠質(zhì)瘤惡性程度和生物學(xué)表現(xiàn),WHO將膠質(zhì)瘤分為Ⅰ～Ⅳ級,結(jié)合臨床又將Ⅰ、Ⅱ級歸為低級別膠質(zhì)瘤,Ⅲ、Ⅳ級歸為高級別,相較于低級別膠質(zhì)瘤,高級別惡性程度高,并呈現(xiàn)出向鄰近組織浸襲的發(fā)展趨勢,不同級別的膠質(zhì)瘤對應(yīng)不同的治療方案和預(yù)后狀態(tài)[2]。因此,術(shù)前膠質(zhì)瘤鑒別診斷對臨床治療方案制定、預(yù)后評估具有重要價值。常規(guī)CT、MRI等在腦膠質(zhì)瘤的定性診斷是常用的影像學(xué)方法,通過觀察病灶位置、密度、信號強(qiáng)度以及周圍腦組織的關(guān)系進(jìn)行初步評估。然而,常規(guī)影像在良惡性評估方面存在一定的局限性,有時無法提供足夠的信息[3]。近年來,動態(tài)增強(qiáng)磁共振成像(dynamic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI)成為一種能夠詳細(xì)評估腫瘤功能和血管結(jié)構(gòu)的影像學(xué)技術(shù)。DCE-MRI利用注射造影劑后連續(xù)獲取多個磁共振圖像,通過觀察血流對比劑在腫瘤中的分布和動態(tài)變化,可以反映腫瘤的血管超微結(jié)構(gòu)和功能[4]。此外,由于腦膠質(zhì)瘤的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后與多種基因和分子水平變化關(guān)系密切,多項(xiàng)分子生物學(xué)指標(biāo)對腦膠質(zhì)瘤的預(yù)后評估及臨床治療指導(dǎo)具有重要參考價值。基于此,本研究欲分析DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)在高、低級別膠質(zhì)瘤鑒別中的應(yīng)用價值,并探討其與分子生物學(xué)標(biāo)記物水平的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年1月至2022年12月于邯鄲市中心醫(yī)院收治的86例腦膠質(zhì)瘤患者為研究對象,其中男性47例,女性39例;年齡(61.06±8.90)歲;腫瘤部位：額葉48例,顳葉23例,頂葉8例,其他7例;腫瘤大小：≤3 cm者11例,3～5 cm者41例,>5 cm者33例;按WHO分類標(biāo)準(zhǔn)分為低級別、高級別膠質(zhì)瘤,其中低級別41例(I級15例,II級26例),高級別45例(III 級24例,IV級21例)。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)經(jīng)手術(shù)及病理證實(shí)為腦膠質(zhì)瘤;(2)接受術(shù)前常規(guī)MRI及DCE-MRI檢查;(3)影像學(xué)檢查前未接受過放化療或其它抗腫瘤治療;(4)圖像質(zhì)量較佳;(5)臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)既往有腦外傷或腦部手術(shù)史;(2)合并顱內(nèi)占位或血管畸形等情況;(3)膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā);(4)存在嚴(yán)重顱內(nèi)壓增高;(5)合并免疫或血液疾病。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審核批準(zhǔn)。

1.2 方法

1.2.1 DCE-MRI檢查 采用美國GE公司Discovery MR 750 3.0T超導(dǎo)型磁共振掃描儀,16通道頭顱相控陣列線圈。對所有患者進(jìn)行常規(guī)MRI檢查和DCE-MRI掃描,常規(guī)MRI掃描包括：軸位/矢狀位/冠狀位T1WI,使用自旋回波序列,TR=450 ms,TE=10 ms,層厚8 mm,矩陣256×206,FOV 240 mm×197 mm;軸位T2WI,采用快速自旋回波序列,TR=4 200 ms,TE=98 ms,層厚8 mm,矩陣256×206,FOV 240 mm×197 mm。DCE-MRI掃描采用基于T1加權(quán)動態(tài)增強(qiáng)的軸位掃描序列,掃描范圍涵蓋腫瘤及其周圍水腫區(qū)域,連續(xù)進(jìn)行50個時相的掃描,第1～5個為蒙片,從第6個開始,經(jīng)肘部靜脈高壓注射器注入0.1 mmol/kg釓噴酸葡銨,注射速率2 mL/s,注射后以同速率注入等量0.9%氯化鈉沖管,掃描時間300 s左右,所有DCE-MRI序列的定位層面保持一致。見圖1。

1.2.2 影像學(xué)后處理 將多個翻轉(zhuǎn)角T1 Mapping數(shù)據(jù)、DCE-MRI數(shù)據(jù)傳輸至工作站,通過Ommi Kinetics Tool軟件,3D非剛性自動三維配準(zhǔn),矢狀竇作為靶血管,個性化血管輸入函數(shù)提取,得到時間-濃度曲線。標(biāo)記感興趣區(qū)(region of interest,ROI),面積約20～60 mm2,包含實(shí)質(zhì)區(qū)和周圍水腫區(qū),注意盡可能避開囊變、壞死、血管區(qū)域,軟件生成定量參數(shù)彩圖,獲得參數(shù)值：容積轉(zhuǎn)移常數(shù)(volumetransfer constant,Ktrans)、速率常數(shù)(rate constant,Kep)、血管外細(xì)胞外間隙容量分?jǐn)?shù)(extravascular extracellular volume fraction,Ve)、血漿容積分?jǐn)?shù)(capillary plasma volume,Vp),各參數(shù)重復(fù)測量3次取均值。閱片由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師雙盲法閱片,結(jié)果不一致則經(jīng)協(xié)商達(dá)成一致。

1.2.3 分子生物學(xué)標(biāo)記物水平檢測 取液氮保存下的患者組織標(biāo)本100 mg左右,液氮研磨法將組織研磨成粉,加入Trizol裂解組織試劑提取總RNA,逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)檢測癌組織分子生物學(xué)標(biāo)志物血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)mRNA、細(xì)胞增殖核相關(guān)抗原(nuclear-associated antigen,Ki-67)mRNA表達(dá)水平。利用 Prime Script TMRT 反轉(zhuǎn)錄試劑盒將總RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA,SYBR.Premix Ex Taq qRT-PCR試劑盒擴(kuò)增定量,引物設(shè)計(jì)：VEGF mRNA,F：5′-TGGGCCAGCAATTGTTCACA-3′,R：5′-TTGTCTTGCCATCATGCTAG-3′;Ki67 mRNA,F：5′-GGGCCAATCCTGTCGCTTAAT -3′,R：5′-GTTATGCGCTTGCGAACCT-3′;β-actin,F：5′-AGGCACTGGGGCTTCATCTGAC-3′,R： 5′-GCCTTCCATCCCTTTGCTTAG-3′。PCR反應(yīng)條件：92 ℃ 10 min,92 ℃ 15 s,62 ℃ 1 min,50個循環(huán)。擴(kuò)增產(chǎn)物電泳,掃描得到VEGF mRNA、Ki67 mRNA、β-actin光密度,以β-actin為內(nèi)參,得到VEGF mRNA、Ki67 mRNA變化值(△Ct),VEGF mRNA、Ki67 mRNA相對表達(dá)量為2-△△Ct。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 高、低級別腦膠質(zhì)瘤DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)比較

與低級別組比較,高級別組DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)Ktrans、Kep、Ve水平均較高(P<0.05)。兩組Vp水平比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

表1 高、低級別腦膠質(zhì)瘤DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)比較

2.2 DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)對高、低級別腦膠質(zhì)瘤的鑒別價值分析

DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)Ktrans、Kep、Ve聯(lián)合檢測鑒別高、低級別腦膠質(zhì)瘤ROC曲線下面積(AUC)為0.927,高于單獨(dú)檢測AUC(0.822、0.803、0.785,P<0.05),聯(lián)合檢測敏感度為91.11%、特異度為80.49%。見表2及圖2。

表2 DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)對高、低級別腦膠質(zhì)瘤的鑒別價值分析

2.3 高、低級別腦膠質(zhì)瘤分子生物學(xué)標(biāo)記物水平比較

高級別組腦膠質(zhì)瘤分子生物學(xué)標(biāo)記物VEGF mRNA、Ki-67 mRNA表達(dá)水平高于低級別組(P<0.05)。見表3。

表3 高、低級別腦膠質(zhì)瘤分子生物學(xué)標(biāo)記物水平比較

2.4 DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)與分子生物學(xué)標(biāo)記物水平的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析顯示,腦膠質(zhì)瘤DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)Ktrans、Kep、Ve水平與癌組織VEGF mRNA、Ki-67 mRNA表達(dá)水平正相關(guān)(P<0.05)。見表4。

表4 DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)與分子生物學(xué)標(biāo)記物水平的相關(guān)性分析

3 討論

腦膠質(zhì)瘤具有侵襲性強(qiáng)、異質(zhì)性高、高度血管化等特點(diǎn),臨床上低級別腦膠質(zhì)瘤一般主要采用手術(shù)切除,術(shù)后定期隨訪;高級別腦膠質(zhì)瘤通常予以手術(shù)大范圍切除后再輔以放、化療或生物治療等[5]。相關(guān)研究[6]表明,低級別膠質(zhì)瘤患者5年平均生存率約80%,而高級別膠質(zhì)瘤患者平均生存期僅1年左右,術(shù)前對膠質(zhì)瘤良惡性進(jìn)行準(zhǔn)確分級對患者預(yù)后改善具有重要價值。

腦膠質(zhì)瘤具有微血管增生的組織學(xué)特點(diǎn),微血管增生在不同的病理分級患者中表現(xiàn)不同,其通透性可評估病理分級,通常情況下,高級別的膠質(zhì)瘤會出現(xiàn)較高水平的血管內(nèi)皮生長因子表達(dá),造成血腦屏障的開放,從而顯著增加微血管密度[1]。DCE-MRI 檢查是基于病變或組織微血管循環(huán)的檢測方法,通過獲取血管通透性和血流灌注等信息,高效測評微小血流通道特征[7]。多項(xiàng)研究[3]發(fā)現(xiàn),DCE-MRI可為腦膠質(zhì)瘤微循環(huán)透過性評估提供諸多信息,微血管透過性定量分析與腦膠質(zhì)瘤分級明確相關(guān)。Ktrans可評估血腦屏障完整性,Ktrans值越高,意味著血流速度加快,血腦屏障的通透性也增加;Kep代表對比劑交換速率,腫瘤惡性程度越高則血流速度加快,對比劑交換速率隨之加快,Kep值增加,Ktrans、Kep值與腫瘤細(xì)胞壁面積及通透性、血流量等密切相關(guān)[8]。Ve值的計(jì)算基于血管外細(xì)胞外間隙的體積,其值的升高可能提示局部血管通透性增加;Vp為血管內(nèi)空間容積分?jǐn)?shù),上述血流動力學(xué)參數(shù)可以反映腫瘤微血管的滲透性。

Hou等[9]研究通過腦膠質(zhì)瘤老鼠模型證實(shí),隨著腫瘤級別增加,腫瘤血管生成增加,Ktrans、Kep、Ve值也隨之增加。本研究顯示,高、低級別腦膠質(zhì)瘤在Ktrans、Kep、Ve值等方面有差異。對于高級別腦膠質(zhì)瘤,細(xì)胞增殖速度快,代謝活躍,血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)水平高,從而導(dǎo)致更多新生血管的形成以滿足腫瘤的營養(yǎng)需求。這種情況促使血管內(nèi)皮細(xì)胞增生,被腫瘤破壞的血管以及腫瘤新生血管的完整性受到破壞,血管通透性增加。因此,高級別膠質(zhì)瘤的Ktrans值通常比低級別膠質(zhì)瘤更高。另外,Kep值可以反映血腦屏障的破壞程度,如高級別膠質(zhì)瘤的血腦屏障破壞更為嚴(yán)重。同時,Kep值也反映了腫瘤組織中血管外細(xì)胞壓力的影響,高度惡性的腫瘤會進(jìn)一步增加此類壓力,導(dǎo)致Kep水平升高;血腦屏障可阻止對比劑滲透至血管外,高級別膠質(zhì)瘤血腦屏障破壞更加嚴(yán)重,對比劑進(jìn)入組織間隙更多,Ve值高于低級別膠質(zhì)瘤[10]。

本研究中,高級別與低級別膠質(zhì)瘤Vp值比較無明顯差異,與Liang等[11]的研究高級別膠質(zhì)瘤Vp值高于低級別膠質(zhì)瘤的結(jié)論不同,這可能與病理組織學(xué)類型、MRI設(shè)備、序列參數(shù)、ROI勾畫方法差異有關(guān)。Ktrans、Kep、Ve在鑒別高、低級別膠質(zhì)瘤AUC分別為0.822、0.803、0.785,當(dāng)其最佳閾值分別為0.135 0 min-1、0.726 4 min-1、0.189 4%時,其敏感度分別為73.33%、71.11%、68.89%,特異度分別為85.37%、82.93%、82.93%,結(jié)果提示,Ktrans、Kep、Ve對評價試驗(yàn)準(zhǔn)確性具有較好的表現(xiàn)。通過Logistic二元回歸建立Ktrans、Kep、Ve多參數(shù)聯(lián)合診斷模型。結(jié)果顯示,三項(xiàng)指標(biāo)聯(lián)合AUC達(dá)到0.927,高于各項(xiàng)指標(biāo)單獨(dú)檢測,敏感度、特異度分別為91.11%、80.49%,表明Ktrans、Kep、Ve三者聯(lián)合在高、低級別膠質(zhì)瘤鑒別方面應(yīng)用價值較高。

分子生物學(xué)指標(biāo)在一定程度上反映了腦膠質(zhì)瘤生物學(xué)行為,而分子生物學(xué)行為又在一定程度上決定了膠質(zhì)瘤形態(tài)學(xué)改變,影響其影像學(xué)表現(xiàn),因此腦膠質(zhì)瘤DCE-MRI表現(xiàn)與分子生物學(xué)指標(biāo)可能存在著一定的聯(lián)系[12]?；诖?本研究對比了高級別與低級別膠質(zhì)瘤VEGF、Ki-67水平差異,并分析了其與DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性。目前已知,VEGF可促進(jìn)新生血管生長、增殖、遷移,與此同時VEGF可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞纖溶酶原激活物等生成,增加微血管通透性。有學(xué)者[13]指出,VEGF高表達(dá)可能是MRI強(qiáng)化的基礎(chǔ)之一。本研究中,腦膠質(zhì)瘤VEGF mRNA表達(dá)水平隨腫瘤級別增高而升高,且與Ktrans、Kep、Ve值正相關(guān)。DCE-MRI檢測過程中,病灶強(qiáng)化主要取決于病變組織血管密度、血管壁的滲透、腫瘤間質(zhì)內(nèi)壓力等因素,VEGF的高表達(dá)在早期的灌注過程中起著關(guān)鍵作用,其促使腫瘤血管的通透性增加,使得對比劑更容易進(jìn)入腫瘤組織,加快對比劑的攝取速度,從而影響Ktrans、Kep、Ve值的水平。Ki-67抗原由MK167基因編碼,是目前腫瘤細(xì)胞增殖活性評估最重要的指標(biāo)之一。本研究中,高級別膠質(zhì)瘤Ki-67 mRNA水平高于低級別膠質(zhì)瘤,隨著腫瘤級別的增高,腫瘤內(nèi)血管變得不成熟,通透性增加,腫瘤增殖活性增加,Ki-67參與血管新生調(diào)控、血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)VEGF、bFGF、PDGF高表達(dá),以自分泌、旁分泌的方式豐富膠質(zhì)瘤增生區(qū)域血管分布,血管壁通透性、微血管密度增加,腫瘤新生微血管增生活躍,腫瘤組織中對比劑灌注量增加,對比劑交換速率加快,DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)Ktrans、Kep、Ve值升高,故Ki-67 mRNA表達(dá)水平與Ktrans、Kep、Ve值正相關(guān)。

綜上,高級別腦膠質(zhì)瘤DCE-MRI血流動力學(xué)參數(shù)Ktrans、Kep、Ve水平高于低級別膠質(zhì)瘤,且與癌組織分子生物學(xué)標(biāo)記物VEGF、Ki-67水平正相關(guān),可用于臨床高、低級別腦膠質(zhì)瘤鑒別。