DCE-MRI血流動力學參數在高、低級別膠質瘤鑒別中的應用及其與分子生物學標記物水平的相關性

李建麗,張曉瑞,李瑩

(邯鄲市中心醫院CT/MR室,河北 邯鄲 056001)

膠質瘤約占顱內腫瘤的40%,為顱內最常見原發腫瘤[1]。根據膠質瘤惡性程度和生物學表現,WHO將膠質瘤分為Ⅰ～Ⅳ級,結合臨床又將Ⅰ、Ⅱ級歸為低級別膠質瘤,Ⅲ、Ⅳ級歸為高級別,相較于低級別膠質瘤,高級別惡性程度高,并呈現出向鄰近組織浸襲的發展趨勢,不同級別的膠質瘤對應不同的治療方案和預后狀態[2]。因此,術前膠質瘤鑒別診斷對臨床治療方案制定、預后評估具有重要價值。常規CT、MRI等在腦膠質瘤的定性診斷是常用的影像學方法,通過觀察病灶位置、密度、信號強度以及周圍腦組織的關系進行初步評估。然而,常規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,動態增強磁共振成像(dynamic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI)成為一種能夠詳細評估腫瘤功能和血管結構的影像學技術。DCE-MRI利用注射造影劑后連續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變化,可以反映腫瘤的血管超微結構和功能[4]。此外,由于腦膠質瘤的發生、發展、預后與多種基因和分子水平變化關系密切,多項分子生物學指標對腦膠質瘤的預后評估及臨床治療指導具有重要參考價值?；诖?本研究欲分析DCE-MRI血流動力學參數在高、低級別膠質瘤鑒別中的應用價值,并探討其與分子生物學標記物水平的關系。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年1月至2022年12月于邯鄲市中心醫院收治的86例腦膠質瘤患者為研究對象,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?。骸? cm者11例,3～5 cm者41例,>5 cm者33例;按WHO分類標準分為低級別、高級別膠質瘤,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)。納入標準：(1)經手術及病理證實為腦膠質瘤;(2)接受術前常規MRI及DCE-MRI檢查;(3)影像學檢查前未接受過放化療或其它抗腫瘤治療;(4)圖像質量較佳;(5)臨床資料完整。排除標準：(1)既往有腦外傷或腦部手術史;(2)合并顱內占位或血管畸形等情況;(3)膠質瘤復發;(4)存在嚴重顱內壓增高;(5)合并免疫或血液疾病。本研究經醫院倫理委員會審核批準。

1.2 方法

1.2.1 DCE-MRI檢查 采用美國GE公司Discovery MR 750 3.0T超導型磁共振掃描儀,16通道頭顱相控陣列線圈。對所有患者進行常規MRI檢查和DCE-MRI掃描,常規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加權動態增強的軸位掃描序列,掃描范圍涵蓋腫瘤及其周圍水腫區域,連續進行50個時相的掃描,第1～5個為蒙片,從第6個開始,經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 影像學后處理 將多個翻轉角T1 Mapping數據、DCE-MRI數據傳輸至工作站,通過Ommi Kinetics Tool軟件,3D非剛性自動三維配準,矢狀竇作為靶血管,個性化血管輸入函數提取,得到時間-濃度曲線。標記感興趣區(region of interest,ROI),面積約20～60 mm2,包含實質區和周圍水腫區,注意盡可能避開囊變、壞死、血管區域,軟件生成定量參數彩圖,獲得參數值：容積轉移常數(volumetransfer constant,Ktrans)、速率常數(rate constant,Kep)、血管外細胞外間隙容量分數(extravascular extracellular volume fraction,Ve)、血漿容積分數(capillary plasma volume,Vp),各參數重復測量3次取均值。閱片由兩名經驗豐富的放射科醫師雙盲法閱片,結果不一致則經協商達成一致。

1.2.3 分子生物學標記物水平檢測 取液氮保存下的患者組織標本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,逆轉錄聚合酶鏈反應檢測癌組織分子生物學標志物血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)mRNA、細胞增殖核相關抗原(nuclear-associated antigen,Ki-67)mRNA表達水平。利用 Prime Script TMRT 反轉錄試劑盒將總RNA反轉錄為cDNA,SYBR.Premix Ex Taq qRT-PCR試劑盒擴增定量,引物設計：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反應條件：92 ℃ 10 min,92 ℃ 15 s,62 ℃ 1 min,50個循環。擴增產物電泳,掃描得到VEGF mRNA、Ki67 mRNA、β-actin光密度,以β-actin為內參,得到VEGF mRNA、Ki67 mRNA變化值(△Ct),VEGF mRNA、Ki67 mRNA相對表達量為2-△△Ct。

1.3 統計學分析

2 結果

2.1 高、低級別腦膠質瘤DCE-MRI血流動力學參數比較

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

表1 高、低級別腦膠質瘤DCE-MRI血流動力學參數比較

2.2 DCE-MRI血流動力學參數對高、低級別腦膠質瘤的鑒別價值分析

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

表2 DCE-MRI血流動力學參數對高、低級別腦膠質瘤的鑒別價值分析

2.3 高、低級別腦膠質瘤分子生物學標記物水平比較

高級別組腦膠質瘤分子生物學標記物VEGF mRNA、Ki-67 mRNA表達水平高于低級別組(P<0.05)。見表3。

表3 高、低級別腦膠質瘤分子生物學標記物水平比較

2.4 DCE-MRI血流動力學參數與分子生物學標記物水平的相關性分析

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

表4 DCE-MRI血流動力學參數與分子生物學標記物水平的相關性分析

3 討論

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

腦膠質瘤具有微血管增生的組織學特點,微血管增生在不同的病理分級患者中表現不同,其通透性可評估病理分級,通常情況下,高級別的膠質瘤會出現較高水平的血管內皮生長因子表達,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]。多項研究[3]發現,DCE-MRI可為腦膠質瘤微循環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瘤分級明確相關。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值與腫瘤細胞壁面積及通透性、血流量等密切相關[8]。Ve值的計算基于血管外細胞外間隙的體積,其值的升高可能提示局部血管通透性增加;Vp為血管內空間容積分數,上述血流動力學參數可以反映腫瘤微血管的滲透性。

Hou等[9]研究通過腦膠質瘤老鼠模型證實,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、低級別腦膠質瘤在Ktrans、Kep、Ve值等方面有差異。對于高級別腦膠質瘤,細胞增殖速度快,代謝活躍,血管內皮生長因子表達水平高,從而導致更多新生血管的形成以滿足腫瘤的營養需求。這種情況促使血管內皮細胞增生,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,高級別膠質瘤的Ktrans值通常比低級別膠質瘤更高。另外,Kep值可以反映血腦屏障的破壞程度,如高級別膠質瘤的血腦屏障破壞更為嚴重。同時,Kep值也反映了腫瘤組織中血管外細胞壓力的影響,高度惡性的腫瘤會進一步增加此類壓力,導致Kep水平升高;血腦屏障可阻止對比劑滲透至血管外,高級別膠質瘤血腦屏障破壞更加嚴重,對比劑進入組織間隙更多,Ve值高于低級別膠質瘤[10]。

本研究中,高級別與低級別膠質瘤Vp值比較無明顯差異,與Liang等[11]的研究高級別膠質瘤Vp值高于低級別膠質瘤的結論不同,這可能與病理組織學類型、MRI設備、序列參數、ROI勾畫方法差異有關。Ktrans、Kep、Ve在鑒別高、低級別膠質瘤AUC分別為0.822、0.803、0.785,當其最佳閾值分別為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%,結果提示,Ktrans、Kep、Ve對評價試驗準確性具有較好的表現。通過Logistic二元回歸建立Ktrans、Kep、Ve多參數聯合診斷模型。結果顯示,三項指標聯合AUC達到0.927,高于各項指標單獨檢測,敏感度、特異度分別為91.11%、80.49%,表明Ktrans、Kep、Ve三者聯合在高、低級別膠質瘤鑒別方面應用價值較高。

分子生物學指標在一定程度上反映了腦膠質瘤生物學行為,而分子生物學行為又在一定程度上決定了膠質瘤形態學改變,影響其影像學表現,因此腦膠質瘤DCE-MRI表現與分子生物學指標可能存在著一定的聯系[12]?；诖?本研究對比了高級別與低級別膠質瘤VEGF、Ki-67水平差異,并分析了其與DCE-MRI血流動力學參數的相關性。目前已知,VEGF可促進新生血管生長、增殖、遷移,與此同時VEGF可誘導內皮細胞纖溶酶原激活物等生成,增加微血管通透性。有學者[13]指出,VEGF高表達可能是MRI強化的基礎之一。本研究中,腦膠質瘤VEGF mRNA表達水平隨腫瘤級別增高而升高,且與Ktrans、Kep、Ve值正相關。DCE-MRI檢測過程中,病灶強化主要取決于病變組織血管密度、血管壁的滲透、腫瘤間質內壓力等因素,VEGF的高表達在早期的灌注過程中起著關鍵作用,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,是目前腫瘤細胞增殖活性評估最重要的指標之一。本研究中,高級別膠質瘤Ki-67 mRNA水平高于低級別膠質瘤,隨著腫瘤級別的增高,腫瘤內血管變得不成熟,通透性增加,腫瘤增殖活性增加,Ki-67參與血管新生調控、血管內皮細胞增殖,誘導VEGF、bFGF、PDGF高表達,以自分泌、旁分泌的方式豐富膠質瘤增生區域血管分布,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血流動力學參數Ktrans、Kep、Ve值升高,故Ki-67 mRNA表達水平與Ktrans、Kep、Ve值正相關。

綜上,高級別腦膠質瘤DCE-MRI血流動力學參數Ktrans、Kep、Ve水平高于低級別膠質瘤,且與癌組織分子生物學標記物VEGF、Ki-67水平正相關,可用于臨床高、低級別腦膠質瘤鑒別。