DCE-MRI评价结肠癌裸鼠药物治疗的实验研究

古丽巴哈·耐买提丁 爽王云玲王 红马景旭贾文霄

作者单位：1新疆医科大学第二附属医院影像中心　2新疆医科大学第一附属医院影像中心



DCE-MRI评价结肠癌裸鼠药物治疗的实验研究

古丽巴哈·耐买提1丁 爽2王云玲1王 红1马景旭1贾文霄1

作者单位：1新疆医科大学第二附属医院影像中心2新疆医科大学第一附属医院影像中心

【摘要】目的 在通过建立结肠癌裸鼠皮下移植瘤，探讨动态增强检查（DCE-MRI）反映抗肿瘤药物治疗后肿瘤血管生成关闭的应用价值。方法：48只结肠癌裸鼠移植瘤随机分两组，对照组：24只、抗肿瘤药物组：24只，对照组注射等量的0.9%氯化钠溶液、灌胃稀释小艾飞蜜膏，分别在治疗前与治疗后2天、7天、14天以及21天进行常规MRI检查和动态增强检查，治疗后每个时间段各处死6只老鼠行免疫组化染色，与动态增强检查各参数与免疫组化结果行相关性分析。结果：在DCE - MRI各参数，实验组Ktrans值及Kep值与对照组差异有统计学意义（P＜0.05），其余不存在统计学意义，治疗后14天和21天，同时间点Ktrans值及同时段的Kep值实验组与对照组比较均有统计学意义（P均＜0.05），参数值Ve不存在统计学意义。结论：DCE-MRI中定量参数Ktrans值及Kep值可以作为影像标记物无创性的评价抗肿瘤药物治疗后肿瘤血流灌注及血管通透性方面有较大的应用价值。

【关键词】结肠癌移植瘤；动态增强；Ktrans；Kep

中国医学计算机成像杂志，2016，22：182-186

Chin Comput Med Imag，2016，22：182-186

1Department of Radiology， The Second Affiliated Hospital，Xinjiang Medical University

2Department of Radiology， The Frist Affiliated Hospital，Xinjiang Medical University

Address： 38 Nanhu East Rd， Urumqi 830063，P.R.C

Address Corresponding to：JIA Wen-xiao （Email：jwzxj@ sina.com）

Foundation item：Natural Science Foundation of China（No.81360214）

恶性肿瘤是危害人类健康的严重疾病之一，当前治疗恶性肿瘤的手段非常有限。除了外科手术外，抗肿瘤血管药物治疗也成为了重要手段。但在药物的研发过程中需要建立有效、便捷的生物标志物来监测肿瘤的血流动力学变化、细胞代谢等以评价药物的疗效、指导临床用药。MRI动态增强检查技术在评价肿瘤药物疗效等方面有很大的优势。本文就主要分析动态增强扫描（DCE-MRI）结合药代动力学模型获得的定量指标来明确动态增强扫描技术是否可以作为影像生物标记物来评价肿瘤药物治疗后肿瘤血管生成关闭的应用价值。

方 法

1.实验对象及实验设计

购买人型结肠癌HT-29细胞株，严格试验室操作进行扩增，配制成瘤细胞浓度为1x106个/ml的悬液0.1～0.2 ml，接种于BALB/c-nu，鼠龄6～8周的裸鼠左下肢皮下，建立结肠癌裸鼠皮下移植瘤模型。模型建立成功的标准为皮下移植瘤体积测量达200mm3。

建模成功的48只结肠癌裸鼠皮下移植瘤模型随机分为两组：对照组（n=24）按20mg/kg腹腔注射9%生理盐水，维吾尔药（n=24）稀释后按0.02ml/kg灌胃，随后每组均治疗前和治疗后2天、7天、14天21天行常规MRI检查与DCE-MRI检查并与治疗后每个时间段处死6只老鼠行病理免疫组化染色。

2. MR检查方法

治疗前与治疗后2天，7天，14天，21天

（1）常规扫描方式：采用PHILIPS 1.5T磁共振成像系统，采用25mm实验动物专用线圈。受检裸鼠麻醉后，放到线圈里固定，采用TFE序列进行定位，采用SE- T1WI、T2WI等扫描方法。分别观察裸鼠腹主动脉，肾脏及肿瘤体积，有无液化坏死等变化。

（2）动态增强检察技术：检查前，在裸鼠尾静脉接针，固定裸鼠在线圈内，冠状位扫描。DCEMRI扫描参数为：连续无中断的扫描100个动态图像，共1200幅原始图像，TR=2.56 ，TE=0.77 ，层厚3 mm，层间距3.0 mm，层数64层，FOV=350，采集次数（NSA）1次，矩阵70×128。注射对比剂前6个动态时相为增强前的基础扫描，磁共振对比剂为钆贝葡胺注射液，原浓度0.3ml造影剂稀释在4.7ml生理盐水中，配制成对比剂，按照0.1/10g的剂量注射，注射部位为裸鼠尾静脉，由同一个人按相同的速率人工推注。

3.图像处理与分析

将DCE-MRI图像输入Biomap软件进行后处理，在腹主动脉划取感兴趣区R1（ROI），通过Biomap软件获得老鼠的动脉输入功能函数（arterial input function，AIF），在载瘤裸鼠移植瘤划取感应趣区R2，在AIF基础上Biomap软件自动计算出移植瘤中反映有关微血管通透性的各定量参数，即转运常数（Ktrans），血管外细胞外间隙体积百分数（Ve），速率常数（Kep）

4.组织病理学检查

裸鼠移植瘤肿瘤组织以10%中性甲醛溶液固定，常规包埋及切片进行HE染色及微血管密度测定（MVD）

5.统计学分析

采用SPSS17.0统计学软件进行统计分析，不同治疗组间，同一组治疗不同时期的动态增强扫描检查获得的各项参数进行重复的方差分析。各观察指标与病理结果进行相关性分析，检查水准取α=0.05

结 果

1.影像学实验结果

所有结肠癌裸鼠皮下移植瘤在T1WI上呈低信号，T2WI上呈高信号，增强后明显强化。有部分未见明显强化区为液化坏死区见图1 ，实验组治疗后的增强曲线见图2，病理见图3。

2.治疗前后时间段的各参数比较结果

对照组及实验组各24只，每组治疗后处死6只。以下为对照组与实验组各参数值变化：

两组结肠癌裸鼠皮下移植瘤对照组及药物组不同时间段的得的Ktrans值见表1，治疗前两组比较无统计学意义。治疗后2天及7天均无统计学意义。治疗后14对照组Ktrans值仍上升，药物组下降。Ktrans值小于对照组，两组比较有统计学意义（P＜0.05），治疗后21天测得药物组Ktrans值均低于对照组，两组比较有统计学意义（P＜0.05）

两组结肠癌裸鼠皮下移植瘤对照组及药物组不同时间段测得的Kep见表2。治疗前两组比较无统计学意义。治疗后2天及7天两组比较均无统计学意义。治疗后14天两组比较测得Kep值药物组低于对照组，有统计学意义（P＜0.05），治疗后21天得Kep值药物组均低于对照组，有统计学意义（P＜0.05）。

（3）两组结肠癌裸鼠皮下移植瘤对照组及药物组不同时间段测得的Ve值见表3。治疗后Ve数值不稳定，不存在明显在统计学意义。

3.与病理实验结果相关性

实验组与对照组治疗后的病理图片，实验组血管较对照组稀疏，动态增强参数Ktrans值及Kep值与病理结果MVD做spearman相关分析结果见表4。

分析结果Ktrans值在治疗后14天及21天与MVD计数具有良好的相关性，相关系数较高，分别为0.774 0.831均存在统计学意义。参数Kep同样与MVD计数呈正相关，相关系数分别为：0.761 0.829均有统计学意义（P＜0.05），Ve值与MVD未观察到线性相关。

表1 两组结肠癌裸鼠皮下移植瘤治疗后不同时间段Ktrans值的测量结果（Ktrans×10-1）（/s）

表2 两组结肠癌裸鼠皮下移植瘤治疗后不同时间段Kep值的测量结果（Kep×10-1）（/s）

表3 两组结肠癌裸鼠皮下移植瘤治疗后不同时间段Ve值的测量结果

表4 实验组结肠癌裸鼠皮下移植瘤治疗后DCE-MRI各参数与免疫组化（MVD计数）相关性分析

图1 增强后的结肠癌裸鼠，箭头指的部分的肿瘤组织。

图2 治疗前后，Biomap软件做出来的强化曲线及各参数值。

图3 病理图片。

讨 论

当前肿瘤药物的研发是治疗恶性肿瘤除外科手术外最关键的治疗手段，但在评估药物的疗效时缺乏早期、快速、便捷与无创性地监测手段、以及确定合适的药物剂量、选择合适的给药时间及临床药物疗效观察时间。近几年来的大量研究结果表明，新生血管在肿瘤生长和转移过程中起非常关键作用［2］，所以，现在研究肿瘤新生血管生成的过程与机制，对肿瘤预防与治治疗具有重要意义［1］以往对于肿瘤血供丰富程度的判断主要是通过测定肿瘤组织的微血管密度（MVD）。微血管密度（MVD）作为肿瘤血管生成的标志物，反映血管生成的程度，因此肿瘤组织尤其恶性肿瘤组织微血管密度的测定对于判断肿瘤病人的预后、指导临床治疗和判断疗效等均具有重要作用［4］，但测定时创伤性大，无法在患者身上重复测定而检测抗肿瘤药物的疗效，所以我们需要找更合适的方法来检测肿瘤药物治疗的疗效。

这几年来，探讨肿瘤分子生物学因素与影像之间的关系的研究逐渐成为影像学研究的重要方向［7］。影像技术的快速发展，尤其是MRI技术在临床上广泛应用，动态增强技术功能成像在发现疾病、治疗后的预后方面有了很大的优势。MRI动态增强扫描作为作为一种非创伤性的评价肿瘤微血管的生成技术，病理生理基础是肿瘤的血流动力学，其强化的程度及时间主要取决于肿瘤的血管化程度，血管对比剂的通透性以及肿瘤间质的压力，可以从细胞分子水平获取多个反映肿瘤血流动力学，细胞代谢障碍等的影像标记物［7］。我们选择的动态增强参数转运常数（Ktrans）值代表为单位时间内每单位体积组织中从血液进入血管外细胞外间隙的对比剂量。血管外细胞外间隙体积常数（Ve）值代表为单位体积组织内血管血管外细胞外间隙的体积，Kep代表由单位时间内由血管外细胞外间隙进入血管的对比剂量。Ktrans值和Kep值反映血管渗透性和组织灌注，同时可以反映肿瘤内新生血管形成程度［7-8］。

在本实验中对照组在每个时间段里所观察的各参数都有增大的趋势，原因分析，随着观察时间的延长，肿瘤血流的灌注增加，微血管通透性增加，肿瘤新生血管数目增多，从而MVD增加。实验组药物治疗后与对照组对比后结果显示，治疗14天与21天后，药物抑制肿瘤新生血管形成，肿瘤血管有明显稀疏，MVD计数有减少，相应的肿瘤血流灌注减少，微血管通透性减少，进入血管的造影剂减少，对应的Ktrans值与Kep值有下降。而治疗后2天及7天未见各参数值的变化，原因分析，因我们选用的药物为维吾尔药，虽然在临床上应用广泛，但因长效药物，所以结果比较不稳定。免疫组化结果表示MVD与动态增强检查参数Ktrans值及Kep值良好的正相关性。所观察的Ve值与病理结果不存在相关性，是否还可以作为影像生物标记物来检测药物疗效，应进一步研究。所以实验结果可以表明Ktrans值与Kep值能够较好地反映用抗肿瘤药物干预后肿瘤血流灌注与细胞增殖活性的变化。

总而言之，通过观察抗肿瘤药治疗结肠癌裸鼠移植瘤后的动态增强相关参数与免疫组化结果对照，在结果表明动态增强MRI在作为影像生物标记物评价抗肿瘤药物治疗后肿瘤血管生成关闭有很好的应用价值，从而为开发快速，无创性，有效地评价药物干预后肿瘤血管变化情况的技术有着很重要的价值，为抗肿瘤药的临床应用提供实验依据。动态增强扫描具有较高的空间分辨率，且能定量分析血流灌注及血管通透性，其中我们选用的参数Ktrans值与Kep值最有很好的应用价值。

参 考 文 献

［1］丁 爽，贾文霄，徐永华，等. DCE-MRI联合DWI评价肿瘤血管生成的实验研究 .中国医学计算机成像杂志，2012，18:542-547

［2］张 帆，常双会，卢光明.动态增强磁共振成像与肿瘤新生血管.医学研究生学报，2010，23：977-980

［3］杨 斌，程 鑫，张仕状，等.动态增强MRI评价内皮抑素对小鼠结肠癌肿瘤血管生成的研究. 实用放射学杂志，2011，27：620-623

［4］王夕富 .肿瘤微血管密度及其与医学影像学的相关研究. 国外医学临床放射学分册， 2004，27:337-340

［5］米仁沙· 牙库甫，买买提依力· 努尔买提 ，热娜· 卡斯木，等.复方小艾飞蜜膏的提取工艺研究. 西北药学杂志，2014，29:222-225

［6］阿依别克.热合木都拉，阿里木江.阿布地热里木，阿不来提.阿布都卡德尔 维吾尔药发展的新思路 世界中医药， 2014，29:805-807

［7］宋 媛，丁 爽，贾文霄. DCE-MRI评价肿瘤血管生成的实验研究.放射学实践， 2014， 29:640-643

［8］Wang H，Marchal G，Ni Y.Multiparametric MRI biomarkers for measuring vascular disrupting effect on cancer .World J Radiol，2011，3:1-16

［9］邹 煜，张敏鸣，王丽君，等. 肺癌MRI动态增强模式与肿瘤血管生成的相关性研究. 中华放射学杂志，2003，37:1130-1155

［10］金 松，辛小燕，沙慧子，等.多时间点动态增强MRI评价裸鼠皮下移植瘤的实验研究，浙江临床医学，2014，316:1368-1370

［11］Takagi K，Takada T，Amano H.A high peripheral microvessel density count correlates with a poor prognosis in pancreatic cancer. J Gastroenterol ，2005，40:402-408

［12］Cha D， Kim C K， Park S Y， et al. Evaluation of suspectcel soft tissue lesion in the prostate bed after radical prostateetomy using 3.0T mutiparametric magnetic resonance imaging.Magnetic Resonance Imaging，2015，33:407-412

［13］陈 晶，卢 娜，郭青龙，等.肿瘤血管生成机制及抗血管生成药物的研究进展.药学服务与研究，2007，7:49-52.

Experimental Study of Evaluation of Anti-tumor Therapeutic Effect of Nude Mouse with Colon Cancer by DCE-MRI

GULIBAHA.Naimaiti DING Shuang，WANG Yun-ling，WANG Hong，MA Jing-xv，JIA Wen-xiao

【Abstract】Purpose：To establish colon cancer nude mouse tumor model by tumor grafted subcutaneously， and to assess the application value of DCE-MRI in anti-tumor therapeutic effect evaluation. Methods: Forty-eight nude mice with colon cancer were randomly divided into 2 groups. There were 24 nude mice in control group and 24 nude mice in Uyghur anti-tumor medicine group. The mice in anti-tumor medicine group were intra-gastric administration of dilution Uyghur medicine Majuni Affiy Kiqik； and the mice in control group were injected with equal amount of 0.9% sodium chloride solution. Conventional MRI and DCE-MRI were respectively conducted on 2 days， 7 days， 14 days and 21 days before and after therapy. In each time point， 6 mice were killed and immunohistochemical staining was conducted， and correlation of the parameters of DCE-MRI and immunohistochemistry results was analyzed. Results: The transplanted tumor was significantly enhanced on DCE-MRI. There were statistically significant differences of Ktransand Kep values between the experimental group and control group （p＜0.05）， while the other parameters were not with statistically significant differences between them. On 21 days and 14 days after therapy， the differences of the Ktransvalue， the Kep value between the experimental group and the control group were with statistical significant （＜0.05）. There was no statistical significance difference of the values of Ve （P＞0.05）. Conclusion: The quantitative parameter Ktransvalue and Kep value in DCE-MRI can be used as the noninvasive imaging markers for the tumor blood flow perfusion and vascular permeability after therapy， which is of quite significant application value.

【Key words】Colon cancer xenograft；DCE-MRI；Ktrans；Kep

收稿时间：（2015.10.22；修回时间：2015.11.20）

基金项目：国家自然科学基金 （81360214）

通信地址：新疆乌鲁木齐市南湖东路北二巷38号 ，乌鲁木齐 830063通信作者：贾文霄 （电子邮箱：jwxxj@sina.com）

中图分类号：R445.2

文献标志码：B

文章编号：1006-5741（2016）-02-0182-05