腦轉移瘤瘤周水腫相關分子生物學因素研究進展*

高 佳 劉彥慧 閻 玲 陳小岑 綜述 趙路軍 審校

·綜 述·

腦轉移瘤瘤周水腫相關分子生物學因素研究進展*

高 佳①劉彥慧①閻 玲②陳小岑③綜述 趙路軍③審校

腦轉移瘤瘤周水腫指腦轉移腫瘤周圍腦實質內水分的異常增多，是影響患者生活質量和治療療效的關鍵因素之一，其發生機制復雜，影響因素眾多?？赡芘c血管內皮生長因子及其受體、水通道蛋白-4、金屬基質蛋白酶-9、白細胞介素-6、乏氧誘導因子及其他分子生物學因素有關，上述分子生物學因素的深入研究可以為瘤周水腫的防治、監測、治療及預后提供依據。瘤周水腫的治療除傳統的脫水治療外，相關分子生物學因素的運用可以為其提供新的途徑和方向，其中水通道蛋白-4激動劑或拮抗劑，血管內皮生長因子受體拮抗劑已逐步在臨床中得到初步應用。本文就腦轉移瘤瘤周水腫相關分子生物學因素進行綜述。

腦轉移瘤 瘤周水腫 分子生物學 研究進展

1Department of Nursing,Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300193;2Department of Nursing,3Depart

ment of Radiation Oncology,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital,National Clinical Research Center of Can

cer,Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy,Tianjin,Tianjin 300060,China

This work was supported by a grant from the Tianjin Key Problem-Tackling Project for Cancer Therapy(No.12ZCDZSY15900)

腦部是惡性腫瘤遠處轉移的高發部位，約25%的腫瘤患者出現腦轉移，成人顱內腫瘤中約40%為轉移瘤。腦轉移瘤極大降低了患者的生活質量和生存時間，究其原因除了惡性腫瘤細胞本身的不斷增殖和侵襲性生長外，其伴隨的瘤周水腫（peritumoral brain edema，PTBE）也是影響患者生存質量和療效的關鍵因素［1］。目前PTBE的治療仍局限在激素和脫水治療上，針對性地治療尚無相對完善的方案［2-4］。因此，探究PTBE的發生機制及分子生物學影響因素，可以為早期腦轉移瘤PTBE的篩查和預測提供理論依據，為臨床制定針對性治療方案提供客觀證據，以有效改善患者預后、提高生命質量、延長生存期。目前腦轉移瘤PTBE影響因素的相關研究并不成熟，且其發生機制尚不明確。但近幾年來，有關PTBE的研究不斷得到國內外學者的關注，臨床因素以及生物學分子血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、水通道蛋白-4（aquaporin-4，AQP-4）、金屬基質蛋白-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）等參與PTBE形成的觀點逐步得到諸多學者的證實?，F就PTBE相關分子生物學因素進行綜述，為后續臨床研究工作提供理論依據。

1 腦轉移瘤PTBE的臨床表現

腦轉移瘤PTBE是指中樞神經系統轉移瘤所伴發的腫瘤周圍神經組織內水含量增多，其臨床表現是在腦轉移病灶癥狀的基礎上繼發產生的。輕微的瘤周水腫一般不會加重腦轉移病灶的占位效應，程度較重者則會進一步惡化腦轉移病灶的臨床癥狀，逐步出現顱壓增高及神經功能損害?；颊咭灶^暈頭痛癥狀首發，逐漸發展為視神經乳頭水腫、嘔吐、焦躁、嗜睡等癥狀，隨后進展為癲癇、肢體功能受限、癱瘓等癥狀，若水腫波及額葉、顳葉，也有可能產生一定的精神癥狀［5］，更甚者會波及語言運動中樞引起失語。同時，PTBE的發生為腫瘤細胞的生長創造了良好條件，進一步促進其沿水腫區域的浸潤生長，降低了全切除腦轉移病灶手術的成功率，增加了術后高復發風險［6］。因此，腦轉移瘤PTBE的臨床表現需要綜合考慮腦轉移病灶臨床特征及PTBE程度。

2 腦轉移瘤瘤周水腫的分子生物學因素

2.1 血管內皮生長因子及受體

血管內皮生長因子是一種內皮細胞有絲分裂原和血管通透性誘導因子，一方面能夠與實體瘤VEGF受體KDR（kinase insert domain-containing receptor）結合，刺激腫瘤細胞的增殖與侵襲。另一方面能夠以旁分泌的方式特異性作用于血管內皮細胞，與其受體結合，引發一系列信號轉導，促進新生血管的生成，破壞血腦屏障的正常生物功能，增加水、電解質、血漿蛋白等物質的滲出，形成水腫。同時，腫瘤瘤體水腫能夠分離瘤組織，減輕局部宿主結構的抵抗，促進腫瘤的惡性生長和PTBE的進一步蔓延。VEGF通過與其受體結合而發揮生物學效應［7］。在腦膜瘤［8］、膠質瘤［9］中，VEGF和VEGF受體的表達研究已得到驗證。Nassehi等［10］運用ELISA、RT-PCR等免疫組織化學的方法驗證了腦膜瘤瘤周水腫程度、組織學分級與VEGF-A、VEGFR-2的表達程度呈正相關，且證實VEGF-A高表達的腦膜瘤中存在相關mRNA的上調。Yao等［11］驗證了腦星形膠質細胞瘤中VEGF及其受體的表達隨腫瘤的惡性度的增高而增加，且VEGF的表達與腫瘤血管分布以及PTBE的發生呈正相關。

目前，VEGF及其受體參與腦轉移瘤PTBE的形成逐步得到證實。Struger等［12］通過免疫組織化學方法對22例接受腦轉移瘤切除術者的病理標本進行回顧性研究顯示，21例存在VEGF染色陽性且伴有不同程度PTBE，僅1例黑色素瘤存在VEGF染色陰性且未發生PTBE。結果提示VEGF的表達與瘤周水腫程度呈正相關。Kusters等［13］對小鼠黑色素瘤腦轉移模型的血管形成機制開展進一步研究顯示，腦轉移瘤組織中的新生微血管VEGF-A表達較正常腦組織內皮細胞表達升高，表現為血管通透性增加，統計學分析證實VEGF高表達與PTBE程度、腫瘤侵襲性呈正相關，提示腦轉移瘤組織VEGF-A的表達水平可有效預測轉移病灶惡性程度、侵襲性和PTBE嚴重程度。

2.2 水通道蛋白

水通道蛋白（aquaporin，AQP）是一類負責轉運水分子的高度選擇性膜通道蛋白家族，其中AQP-4是腦內含量最豐富的水通道蛋白之一，參與水和離子的轉運，主要表達在毛細血管周星形細胞足突、神經膠質界膜及室管膜細胞上。研究證實，AQP-4與膠質瘤、腦膜瘤相關腦水腫的形成有關。Warth等［14］認為AQP-4在腦星形膠質細胞瘤中表達上調和重新分布的現象與PTBE的形成和膠質瘤組織學惡性程度有密切的關系。Wang等［15］運用蛋白質印記和雙標記免疫熒光組織化學染色對59例幕上腦膜瘤進行研究，證實了AQP-4參與瘤周水腫的形成，且進一步確定AQP-4表達與VEGF表達存在較強的相關性。Rite等［16］研究表明，甘露醇誘導的高滲環境能夠增加小鼠大腦皮層AQP-4的表達，向腦內注入VEGF能夠誘導AQP-4的表達。由此推測，AQP-4與VEGF在PTBE的形成中具有協同作用。

在腦轉移瘤的研究中，國內學者劉軍等［17］對5例肺腺癌腦轉移病例經手術切除的腫瘤組織提取總RNA，并進一步行RT-PCR反轉錄擴增，研究結果發現，AQP-4在腦轉移瘤周圍腦組織高表達，而在轉移瘤組織內未見表達。由此推測，AQP-4在腦轉移瘤周圍區域表達上調，并以緊貼腦轉移瘤的區域為著，這可能與腦轉移瘤瘤周腦水腫的形成有關。

2.3 金屬基質蛋白酶-9

腫瘤細胞的侵襲生長能力不僅依靠于新生血管的形成，細胞外基質（extracellular matrix，ECM）對細胞的侵襲生長和分化也同樣起著重要作用。ECM具有維持組織正常結構與功能的作用，由細胞基底膜和細胞間質成分組成。惡性腫瘤開始侵襲性生長的標志是基底膜完整性被破壞。金屬基質蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）是一組Zn離子依賴性內肽酶，幾乎能降解ECM的所有成分。其中MMP-9即Ⅳ型膠原酶，可有效降解Ⅳ型膠原蛋白，有助于腫瘤細胞突破基底膜屏障，發生遠處浸潤轉移。MMP-9的表達與PTBE形成具有一定的相關性，且MMP-9能夠上調VEGF的表達。Iwado等［18］分析了60例良性腦膜瘤中MMP-9、VEGF蛋白的表達，結果顯示，MMP-9、VEGF的表達能有效預測PTBE的形成，MMP-9與VEGF兩種蛋白同時表達組較MMP-9、VEGF蛋白表達組的PTBE的程度明顯。

2.4 白細胞介素-6

白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）是一種炎性細胞因子，可由多種細胞分泌，其表達不僅與炎癥反應相關，也與水腫的產生有著一定聯系。Park等［19］分析了36例腦膜瘤IL-6蛋白及其mRNA的表達，其中16例發生了瘤周水腫（44%），PTBE組IL-6蛋白表達的陽性率達75%，而非水腫組陽性率僅為30%，PTBE組IL-6 mRNA的表達水平是非水腫組的7.72倍。由此證明，腦膜瘤PTBE的嚴重程度與IL-6的表達呈正相關。另外，有學者證實［20］IL-6能刺激VEGF及MMP-9的分泌，參與VEGF特異性作用于血管內皮細胞及MMP-9降解細胞外基質和腦毛細血管基底膜的過程，從而加重血腦屏障的破壞和水腫液的滲出。據此認為IL-6與VEGF、MMP-9共同參與PTBE的形成。

2.5 乏氧誘導因子-1a

乏氧誘導因子-1a（hypoxia inducible factor-1a，HIF-1a）是生物在缺氧狀態下維持存活而表達的一種核轉錄因子。惡性腫瘤組織增生過快必然會造成局部組織嚴重缺氧和代謝紊亂，HIF-1a的羥基化被抑制從而被激活，相應乏氧反應基因開始轉錄和表達，對腫瘤在缺氧狀態下存活和演進發揮著重要作用。研究發現，HIF-1a的表達與瘤周水腫的形成呈正相關。Jensen等［21］分析了263例顱內腫瘤患者HIF-1a、CA-IX（carbonic anhydrase-IX）、Glut-1（glucose transporter-1）、VEGF的表達及PTBE的程度。結果發現HIF-1a、VEGF、CA-IX和Glut-1與PTBE、腫瘤惡性程度、腫瘤大小和微血管密度呈正相關。對該人群為期75個月的隨訪發現，患者生存時間與腫瘤惡性程度及HIF-1a表達水平呈負相關。

VEGF是HIF-1a下游靶向基因之一。研究證實［22］，胰腺癌組織中癌細胞生長速度急劇增長產生低氧環境，胰腺癌細胞系在乏氧狀態下VEGF高表達，而HIF-1a是乏氧狀態的標志性生物學因子。為了進一步驗證二者間關系，敲除HIF-1a基因或阻斷HIF-1a轉錄，胰腺癌細胞系VEGF不表達。由此表明HIF-1a作為VEGF上游的調控因子，對VEGF的表達起到關鍵性作用，共同參與PTBE的形成。

2.6 其他生物學因素

近些年，腦轉移瘤PTBE的相關分子生物學因素逐步得到關注，除了以上因子外，有關腦血管形成抑制劑-1（brain-specific angiogenesis inhibitor-1，BAI-1）、類胰蛋白酶（tryptase）、Ki-67抗原標記指數（Ki-67 antigen labeling index）、金屬基質蛋白酶-2（MMP-2）等與PTBE關系的研究也見于文獻報道，但尚未得到一致結論。Wang等［9］對90例腦星形細胞瘤和11例正常腦組織進行分析，結果發現BAI-1在正常腦組織中高表達，而在腦星形細胞瘤中，隨著PTBE程度的加重其表達受到抑制，且發現BAI-1的表達與VEGF、成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）呈負相關。Reszec等［23］研究表明，腦腫瘤PTBE的發生與類胰蛋白酶和HIF-1a的表達呈正相關。Kim等［24］對86例術后腦膜瘤的臨床資料進行回顧性分析發現Ki-67與PTBE的形成具有相關性。

3 腦轉移PTBE的治療

目前臨床上對腦轉移瘤PTBE的治療仍較有限，主要以激素治療和脫水治療為主。在現有藥物中，糖皮質激素仍是治療瘤周水腫的首選藥物［3］。其可有效降低顱壓，改善神經癥狀，一般在用藥12～18 h即可得到療效，在3～4 d后效果最為顯著。Audersen等［25］利用MRI分析血瘤屏障（BTB）改變，發現地塞米松（0.23～0.64 mg/kg）治療7 d后，轉移瘤和腦膠質瘤引起的PTBE得到明顯吸收（分別為57%和67%），癥狀得到顯著改善。甘露醇為臨床上常用的脫水藥物，通過滲透性脫水，減少腦組織的含水量，從而改善水腫的壓迫癥狀。但長期的脫水治療會使患者出現低鈉血癥、血壓下降和腎損害癥狀，目前臨床通過與甘油果糖交替使用來避免其發生。

瘤周水腫分子機制和相關分子生物學因素研究的深入，為腦轉移瘤PTBE的治療開辟了新的途徑。臨床研究證實，AQP-4抑制劑和激動劑的應用能夠有效抑制瘤周水腫的發展，在水腫早期應用AQP-4抑制劑能有效抑制細胞毒性腦水腫，在水腫中后期應用AQP-4激動劑能有效抑制血管源性水腫。VEGF及其受體的靶向治療能有效減少腫瘤血管的形成，從而抑制腫瘤細胞的增殖和減輕水腫［3］。重組人抗VEGF單克隆抗體-貝伐單抗（bevacizumab）的應用有效減輕了腦水腫程度，并明顯降低了全腦照射治療過程中所產生的占位效應。動物實驗模型證實，新生血管生成拮抗藥物的應用能減少新生血管的生成，保護血腦屏障結構的穩定，維持腫瘤血管的滲透性和間質液的壓力正常，從而減少PTBE的發生。

4 結語

目前，針對腦轉移瘤治療及預后的研究，已從單純臨床癥狀的控制逐步深入到從分子生物學層面剖析腦轉移瘤發生發展的機制。通過探究腦轉移瘤PTBE相關分子生物學因素，可以預測腦轉移瘤PTBE的形成，從而針對高危人群開展早期的預防和治療，進而改善其預后和提高生存質量?，F階段，腦轉移瘤PTBE分子機制研究尚處于初級階段，相關生物學分子的表達多在腦膜瘤和腦膠質瘤等顱內腫瘤中得以驗證，而在腦轉移瘤病灶中的表達需進一步證實和研究。PTBE的新型治療方式，如AQP-4抑制劑、重組人抗VEGF單克隆抗體-貝伐單抗、高壓氧等的臨床效果需在腦轉移瘤PTBE中得到進一步確定。

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（2013-12-13收稿）

（2014-02-28修回）

（本文編輯：張刡）

Research progress on peritumoral edema-related molecular biology factors of the metastasis tumor of brain

Jia GAO1,Yanhui LIU1,Ling YAN2,Xiaocen CHEN3,Lujun ZHAO3
Correspondence to:Yanhui LIU;E-mail:yh_liu888@163.com

Peritumoral edema(PTE)of the metastasis tumor of brain(MTB)refers to the abnormal increase of moisture in the surrounding cerebral parenchyma of the brain tumor.The mechanism of PTE occurrence of MTB is complicated,and the influencing factors are diverse.PTE is one of the key factors that affect patient survival and cure.Researchers from China and overseas believe that it may be related to the expression of the vascular endothelial growth factor(VEGF)or VEGF receptor,aquaporin-4(AQP-4),matrix metalloproteinase-9,interleukin-6,hypoxia inducible factor-1a,and other molecular biology factors.Studies of these molecular biological factors provide objective scientific evidence for the prevention,control,monitoring,treatment,and prognosis of PTE of metastasized brain tumor.In addition to the traditional dehydration therapy of PTE,the use of PTE-related molecular biological factors provides a new approach for the treatment.AQP-4 agonists or antagonists and VEGF receptor antagonists also have good therapeutic potentials.In this paper,the authors reviewed the PTE-related molecular biological factors of MTB.

metastasis tumor of brain,peritumoral edema,molecular biology,research progress

10.3969/j.issn.1000-8179.20132122

高佳 碩士研究生在讀。研究方向為肺癌腦轉移瘤。

①天津中醫藥大學護理學院（天津市300193）；②天津醫科大學腫瘤醫院護理部；③天津醫科大學腫瘤醫院放療科，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市腫瘤防治重點實驗室

*本文課題受天津市抗癌重大專項攻關計劃項目（編號：12ZCDZSY15900）資助

劉彥慧 yh_liu888@163.com

E-mail：celeste1225@163.com