磁共振扩散峰度成像与脑星形细胞瘤GFAP 表达的相关性研究

雷 颖,张 辉,王效春,谭 艳,秦江波,张锁旺,张 磊,王 乐,吴晓峰

磁共振扩散峰度成像与脑星形细胞瘤GFAP 表达的相关性研究

雷 颖1,张 辉2,王效春2,谭 艳2,秦江波2,张锁旺2,张 磊2,王 乐2,吴晓峰2

目的应用磁共振扩散峰度成像(DKI)初步探讨脑星形细胞瘤的DKI参数值与术后病理GFAP表达的相关性。方法收集经手术病理证实的脑星形细胞瘤66例,其中高级别(WHOⅢ级～Ⅳ级)34例,低级别(WHOⅠ级～Ⅱ级)32例,术前行常规磁共振平扫增强及DKI扫描,通过工作站对图像进行后处理,测定肿瘤实质区部分各向异性分数(FA)值及平均扩散峰度(MK)值,采用两样本t检验比较两组间DKI各参数值及GFAP表达水平差异,采用Spearman秩相关分析DKI各参数值与GFAP表达的相关性。结果高级别组脑星形细胞瘤实质区MK值明显高于低级别组(P<0.05);高级别组脑星形细胞瘤实质区FA值与低级别组差异无统计学意义(P=0.331);高级别组脑星形细胞瘤实质区GFAP表达显著低于低级别组(P<0.05);MK值与GFAP表达呈显著负相关(r=-0.836;P=0.03);FA值与GFAP(r=-0.562;P=0.05)表达无相关性。结论DKI参数MK值与脑星形细胞瘤GFAP表达显著相关。应用DKI在一定程度上可以补充常规磁共振,间接评估肿瘤细胞的分化程度、恶性程度、浸润转移等生物学行为,有助于脑星形细胞瘤的个体诊断及治疗。

脑星形细胞瘤;磁共振扩散峰度成像;胶质纤维酸性蛋白

脑星形细胞瘤是成人最常见的原发神经上皮肿瘤。近年来发现星形细胞所特异表达的胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)有助于脑星形细胞瘤临床诊断和预后判断[1,2]。磁共振成像(MRI)作为临床常用的无创检查,广泛应用于脑星形细胞瘤的诊断和治疗当中。MRI新技术扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)可以提供肿瘤病理生理学信息,是常规MRI的重要补充[3]。分析DKI与相应患者GFAP基因表达间的关系,则可利用影像学检查间接评估肿瘤细胞的生物学行为,为实现科学合理的脑星形细胞瘤个体化诊疗策略、方案提供新的依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2012年3月—2014年9月于山西医科大学第一医院66例脑星形细胞瘤患者,男22例,女44例,年龄22岁～71岁,平均42岁,均在术前行颅脑常规MRI和DKI检查,并在3周内行手术治疗。所有病理标本由资深神经病理专家按照2007年世界卫生组织(WHO)中枢神经系统肿瘤分类标准诊断,高级别脑星形细胞瘤组(高级别组,Ⅲ级～Ⅳ级)34例,低级别脑星形细胞瘤组(低级别组,Ⅰ级～Ⅱ级)32例。该研究通过医院医学伦理委员会批准并签署知情同意书。

1.2 影像学检查方法

1.2.1 磁共振检查方法 使用GE 3.0T超导型磁共振成像仪,采用八通道头颈联合拓扑相控阵线圈进行磁共振扫描。先进行常规扫描,包括T1WI轴位和矢状位、T2WI轴位、FLAIR轴位以及DWI(b值=1 000 s/mm2)轴位扫描,排除颅脑其他器质性病变,然后进行横轴位DKI序列扫描。T1WI FLAIR序列参数:TR 1 676 ms,TE24 ms,FOV 24.8 cm,层厚6.0 mm; T2WI序列参数:TR 6 800 ms,TE 107 ms,FOV 24 cm,层厚6.0 mm;T2WI FLAIR序列参数:TR 8 002 ms,TE 127.8 ms,FOV 24 cm,层厚:6.0 mm;DWI序列扫描参数:TR 6 500 ms,TE 115 ms,FOV 24 cm,层厚6.0 mm。扩散峰度扫描序列:DKI序列采用平面回波(EPI)序列,扫描参数:TR 6 500 ms,TE 115 ms, FOV 24 cm,层厚6.0 mm,30个扩散敏感梯度场,b值分别为0、1 000 s/mm2、2 000 s/mm2。

1.2.2 磁共振数据处理 通过GE Adavantage Workstation 4.4工作站Functool处理软件进行后处理,得到平均峰度(mean kurtosis,MK)图、部分各向异性分数(fractional anisotropy,FA)图,分别对感兴趣区(region of interest,ROI)肿瘤实质(强化区)测定FA值及MK值,每个ROI重复测量3次,取平均值。

1.3 GFAP免疫组化及结果分析 选取肿瘤实质区所对应的石蜡切块,常规脱蜡至水。采用ABC方法,试剂包括GFAP单抗(Dako公司),ABC试剂盒及DAB显色剂(Sigma公司)。阴性对照用PBS代替一抗,阳性对照用已知阳性染色脑组织。在200倍视野下采用Scan Scope数字病例扫描系统图像分析软件Cytoplamic V2测定该处细胞胞质平均光密度值,测定3个视野的平均光密度值,取其平均值代表胞质内的GFAP的平均相对含量。

1.4 统计学处理 所有数据均采用SPSS 16.0统计软件处理,计量资料用均数±标准差(±s)表示,应用t检验比较组间DKI各参数值、GFAP表达水平差异,Spearman相关分析DKI各参数值与GFAP的相关性。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 GFAP表达 GFAP阳性染色位于细胞浆和细胞突起,呈棕黄色颗粒。低级别脑星形细胞瘤组GFAP呈阳性或强阳性表达,细胞染色接近正常脑组织星形细胞,细胞棕染颗粒密度高,着色深,平均光密度值高;高级别脑星形细胞组GFAP呈弱阳性或无表达,细胞棕染颗粒密度低,着色浅,分布不均,平均光密度值低。两组之间胞质GFAP表达差异有统计学意义(P<0.05)。详见表1。

表1 两组GFAP表达平均光密度值比较(±s)

表1 两组GFAP表达平均光密度值比较(±s)

_______________________________________________________组别nGFAP 表达______低级别组320.19±0.03 _______高级别组_________________________________________________ 340.10±0.03 _____________________________________________________ ________P0.001_________

2.2 DKI参数值 高级别组肿瘤实质区FA值与低级别组比较差异无统计学意义(P=0.331);高级别组肿瘤实质区MK值明显高于低级别组差异有统计学意义(P<0.0 5)。详见表2。

表2 两组DKI参数值比较(±s)

表2 两组DKI参数值比较(±s)

____________________________________组别nMK_________________________ FA低级别组320.48±0.090.23±0.09 ___高级别组________34__________________________________________ 0.68±0.160.15±0.06 ______P_______________________________________________________ ______________________0.0050.331

2.3 脑星形细胞瘤GFAP表达与DKI参数值的关系

Spearman相关分析表明MK值与GFAP表达呈负相关(r=-0.836,P=0.03),FA值与GFAP表达无线性相关性(r=0.362,P=0.05)。

3 讨 论

脑星形细胞瘤起源于星形胶质细胞,GFAP是一种由星形胶质细胞特异表达的中间丝细胞骨架蛋白,分子量为51 kDa,决定了星形胶质细胞的结构和功能[4]。GFAP表达的缺失可引起星形细胞骨架的改变,失去细胞间的重要相互作用,肿瘤细胞容易向周围浸润,引起脑组织结构完整性丧失和肿瘤间质细胞内外自由水分子增加[5]。Schmidt等[6]报道GFAP基因及其表达状态与脑星形细胞瘤细胞的分化程度、恶性程度、浸润转移等生物学表现和患者的预后密切相关。Pekny等[7]在敲除小鼠GFAP基因的研究中发现GFAP表达的增加可以促进脑星形细胞瘤细胞的分化,诱导肿瘤细胞凋亡,而GFAP表达的丧失能使细胞呈恶性浸润生长。本研究结果显示,高级别组脑星形细胞瘤较低级别组GFAP胞浆染色明显变浅,GFAP表达减低,核分裂相多见,细胞密度增大。证实GFAP对脑星形细胞瘤分级具有重要意义,GFAP的高表达标志着肿瘤病理级别低,细胞趋于成熟,分化良好,预后较好。DKI为四阶三维完全对称张量成像,可量化非高斯分布水分子扩散运动,DKI可提供FA、MK等参数,这些峰度参数可量化组织弥散程度和方向改变。FA值作为体素内一致性的测定指标,反映组织显微结构的完整性[8]。MK值为真实水分子扩散位移与理想的高斯分布扩散位移的偏离程度的平均值,其大小取决于组织结构复杂程度,结构越复杂,MK值也即越大[9]。脑星形细胞瘤细胞分化程度、恶性程度、浸润转移等生物学表现与组织结构的改变程度相关[5,10],肿瘤可以使脑组织结构完整性丧失和肿瘤间质内细胞外自由水分子增加[11,12]。本研究高级别组脑星形细胞瘤实质区FA值与低级别组比较差异无统计学意义,表明在高级别脑星形细胞瘤肿瘤实质区组织水分子弥散方向性与低级别脑星形细胞瘤肿瘤实质区差异不明显。而高级别组脑星形细胞瘤实质区MK值明显高于低级别组,提示高级别脑星形细胞瘤组织具有更复杂的细胞结构,不典型及多形性细胞核,含有更多坏死组织结构,水分子扩散受限程度更明显,偏离高斯分布扩散位移更大。

DKI可通过不同级别脑星形细胞瘤组织水分子的弥散程度变化评价肿瘤细胞的浸润深度、分化程度、恶性程度等生物学表现。而GFAP基因及其表达状态对脑星形细胞瘤细胞的分化程度、恶性程度、浸润转移等生物学表现及患者的预后密切相关。本研究显示脑星形细胞瘤GFAP表达与MK值相关,提示MK值可以反映脑星形细胞瘤GFAP表达的强弱。GFAP的高表达,提示肿瘤细胞分化较好,恶性程度低,肿瘤细胞不易浸润生长,组织结构复杂程度较低,水分子扩散屏障相对较少、受限程度较低,MK值也较小,肿瘤病理级别低,预后较好。而脑星形细胞瘤GFAP表达与FA值无相关性,可能由于GFAP表达减弱或缺失,引起脑星形细胞瘤细胞骨架改变,细胞间的相互作用减弱,肿瘤细胞容易浸润生长,正常白质纤维组织与肿瘤组织混杂存在,白质纤维结构呈不规则破坏,仅有部分水分子弥散失去正常神经纤维髓鞘约束,因此组间FA值差异不明显。可见DKI参数MK值是反映星形细胞瘤GFAP表达强弱的较好指标。

DKI参数MK值与脑星形细胞瘤GFAP及Topo-Ⅱα表达呈显著相关。提示利用DKI在一定程度上可以补充常规磁共振,间接评估肿瘤细胞的分化程度、恶性程度、浸润转移等生物学行为,有助于脑星形细胞瘤的个体诊断及治疗。

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R739.4 R269

B

10.3969/j.issn.1672-1349.2015.06.055

1672-1349(2015)06-0846-03

2015-02-19)

(本文编辑郭怀印)

项目:国家自然科学基金面上项目(No.81471652);山西医科大学第一医院青年创新基金(No.院2014-147-YC1416)

1.山西医科大学(太原030001);2.山西医科大学第一医院

张辉,E-mail:18234069735@163.com