血脑屏障紧密连接在脑转移癌和胶质细胞瘤中的变化和意义

陈 红 宋文广 王瑞林 王海波 肖 颖 房 芳 刘华群

(唐山市工人医院肿瘤科，河北 唐山 063000)

中枢神经系统最常见的恶性肿瘤是胶质瘤和脑转移癌〔1〕。中枢神经系统中转移癌的发病率是原发恶性肿瘤的10倍〔2〕，而这些肿瘤常伴有脑周水肿，加重病情。Fidler等〔3〕证实转移的癌组织常常伴有大量血管内皮细胞生长因子(VEGF)表达，从而促进新生血管组织的形成。这些新生血管组织由于缺乏血脑屏障(BBB)的正常血管组织解剖结构而导致血浆成分渗漏。本研究通过对胶质细胞瘤和脑转移癌组织中BBB紧密连接结构的特异性标记物并对其超微结构进行观察，进一步探讨其临床意义。

1 材料和方法

1.1研究对象 我院2006～2012年收治的脑转移癌患者16例，病理组织学已经证实为肺癌和乳腺癌并伴脑转移癌。其中14例原发病为肺癌，腺癌4例，鳞癌2例，小细胞癌7例，腺鳞癌1例；1例来源于肝细胞癌，1例为乳腺浸润性导管癌。随机调取同时期脑胶质瘤术后标本16例作对照，病理分级：Ⅰ～Ⅱ级4例，Ⅱ～Ⅲ级10例，多形性胶质母细胞瘤(Ⅳ级)2例。所有组织切片来源于二乙三胺五乙酸钆双葡甲胺(Gd-DTPA)增强和非增强的组织区域。组织切除后，石蜡包埋后行病理切片进行免疫组化检测。

1.2方法

1.2.1免疫组化方法 检测因子S-100和胶质纤维酸性蛋白(GFAP)。用链霉素抗生素蛋白过氧化物酶(S-P)法分别将石蜡切片染色，二氨基联苯胺(DAB)显色，苏木素对比染色。以PBS代替一抗作阴性对照组，以迈新公司提供的阳性对照片作阳性对照。

1.2.2电镜观察 手术切除的新鲜标本置3%戊二醛固定液密封贮存于4℃冰箱备用。1%四氧化锇后固定1.5 h，50%～100%酒精逐级脱水，环氧树脂包埋，超薄切片(50～70 nm)，铀铅染色，用JEM-100电镜观察。

1.2.3磁共振成像方法〔4〕使用GE Signa 1.5T超导型磁共振扫描仪，常规MRI包括横轴位、矢状位及冠状位，SE T1WI(TR 440 ms，TE 8 ms)；FSE T2WI(TR 4 000 ms，TE 99 ms)，矩阵256×192。液体衰减反转恢复序列(FLAIR)(TR 10 000 ms，TE 140 ms，TI 2 200 ms)；全部病例均行横、矢状位和冠位T1WI钆喷酸葡胺注射液(Gd-DTPA)增强扫描(0.1 mmol/kg)，以上检查采用相同层面，层厚6 mm，间隔1 mm。

1.3统计学方法 采用SPSS16.0软件采用确切概率法进行分析。

2 结 果

2.1免疫组化结果 在正常脑组织中，血管内皮细胞上可见GFAP和S-100呈大量的阳性表达，高分化的胶质细胞瘤中GFAP和S-100表达略降低；脑转移癌和低分化的胶质瘤中无GFAP和S-100阳性表达。见图1。

脑转移癌

脑转移癌

2.2电镜扫描结果 脑转移癌毛细血管密度较胶质瘤中略少，但内皮细胞多有空泡变性，部分区域间隙扩大，基底膜薄且不均一，不连续，纤细疏松，窗孔是高通透性血管的特征。毛细血管外周未见胶质细胞终足。低分化的胶质瘤有明显的小血管增生，内皮细胞肥大，部分有变性局部有虫蚀空洞形成，偶见窗孔样结构，血管壁增厚，内皮细胞下基底膜样物质增多。高分化的脑胶质瘤血管周隙可见胶质细胞终足包绕，未见明显窗孔样结构。血管周隙可见胶质细胞终足包绕。见图2。

脑转移癌

低分化的胶质癌

2.3强化磁共振影像研究结果 脑转移癌的MRI表现：肿瘤在T1加权像为低或等信号，T2加权像为高信号；瘤周水肿范围广泛，占位效应明显；增强扫描，肿瘤绝大多数有明显强化。高分化脑胶质瘤MRI表现：T1加权像多为低信号，T2加权像呈不规则片状稍高信号，瘤周水肿不明显；Gd-DTPA增强扫描，肿瘤多强化不明显或仅有轻度强化。低分化脑胶质瘤MRI表现：平扫T1加权像病变呈不均匀的低信号和等信号的混杂表现，T2加权像为不均匀高信号，肿瘤形态不规则，边界较清楚，灶周水肿及占位效应较明显。

3 讨 论

Fidler等〔3〕一项最新的研究发现肿瘤细胞丛集生长、形成的大肿瘤团块一般不具有完整的BBB，而在小的脑部转移癌和弥散生长的继发性肿瘤BBB是完整的。进行性生长的肿瘤组织伴随着VEGF的表达增加，预示着更多的新生血管的生成。由于新生的血管组织缺乏正常血管组织的解剖结构进而引起BBB通透性的增加。已经证实脑肿瘤的BBB功能的两个重要证据：胶质瘤微血管通透性的增加导致脑水肿和CT、MRI成像中照影剂在静脉内积聚〔5〕。同时随着肿瘤的发展，BBB的独立微环境为大脑提供了防御，BBB严格限制了物质从血液进入正常的脑组织，这一功能的维持主要依赖于毛细血管的内皮细胞的紧密连接功能。

本实验通过电镜观察进一步说明脑转移癌和低分化的胶质细胞瘤BBB的紧密连接结构发生破坏。

已经有研究表明，脑微血管内皮细胞的紧密连接主要是由跨膜蛋白、胞质附属蛋白和细胞骨架三种成分组成〔6〕。在构成内皮细胞紧密连接的多种细胞成分中，细胞骨架蛋白起着重要作用，其主要成分的缺失会使得BBB紧密连接结构的功能受到破坏，进而使得其通透性增加〔7〕。胶质纤维酸性蛋白(GFAP)是分子量为50～52 kD的酸性蛋白，是构成主要的细胞骨架蛋白，S-100也是细胞骨架蛋白成分。BBB主要结构星型胶质细胞标志蛋白。一些研究已经证明，缺血缺氧引起的BBB的紧密连接GFAP和S-100表达下降与血脑屏障血管通透性增加有着密切关系〔8〕。急性脑梗死患者血清中GFAP和S-100表达增加也是BBB渗透性增加的结果〔9〕。本研究认为脑转移癌和低分化胶质细胞瘤GFAP和S-100表达下降是BBB紧密连接结构受到破坏进而导致严重脑水肿等并发症的原因。GFAP表达变化与BBB的通透性有关，这种改变有可能引起星形胶质细胞产生大量对BBB有害的因子，从而引起BBB的通透性增高，进而导致脑水肿的形成在微血管渗出过程中，许多具有生物活性的细胞因子都发挥着作用，而VEGF表达增多是最主要的因素。星形细胞瘤合成和分泌VEGF〔10〕，且微血管上的VEGF 受体亦随恶性度增高而增加。肿瘤细胞产生的VEGF 通过旁分泌方式与其受体特异地结合，作用于血管内皮细胞，诱导内皮细胞分裂增殖，促进肿瘤新生血管生成，并增加血管通透性，使BBB受损。

对于脑转移癌和低分化胶质细胞瘤形成过程中，BBB的紧密连接的变化也是一个复杂的病理生理过程。本研究中强化磁共振影像结果与上述免疫组化和电镜的结果相一致。进一步说明脑转移癌低分化的胶质细胞瘤的BBB的紧密连接已经破坏，这一结果可以解释脑转移癌和低分化胶质细胞癌瘤周水肿的原因。由于脑转移癌BBB的紧密连接结构已经破坏，可以使用分子靶向药物进行治疗，可以取得较好的疗效。

4 参考文献

1Lin NU，Bellon JR，Winer EP.CNS metastases in breast cancer〔J〕.J Clin Oncol，2004；22(17)：3608-17.

2Nathoo N，Chahlavi A，Barnett GH，etal.Pathobiology of brain metastases〔J〕.J Clin Pathol，2005;58(3)：237-42.

3Fidler IJ，Yano S，Zhang RD，etal.The seed and soil hypothesis：vascularization and brain metastases〔J〕.Lancet Oncol,2002;3(1)：53-7.

4Provenzale JM，Mcgraw P，Mhatre P，etal.Peritumoral brain regions in gliomas and meningiomas：investigation with isotropic diffusion-weighted MR imaging and diffusion-tensor MR imaging〔J〕.Radiology，2004;232(2)：451-60.

5王 新，黄如训，邢成名.急性脑梗死患者血清胶质纤维酸性蛋白含量的动态变化及其临床意义[J].临床神经病学杂志，2006;19(2)：90-2.

6Gonzalez-MariscalL，Tapia R,Chamorro D.Crosstalk of tight junction components with signaling pathways〔J〕.Biochim Biophys Acta，2008;1778(3)：729-56.

7卢建侃,陈旆招,柯以铨，等.血脑屏障紧密连接在人脑胶质瘤中的变化〔J〕.中华神经医学杂志,2010;9(5):451-5.

8Worthmann H，Tryc AB，Goldbecker A，etal.The temporal profile of inflammatory markers and mediators in blood after acute ischemic stroke differs depending on stroke outcome〔J〕.Cerebrovasc Dis，2010；30(1)：85-92.

9谭齐家,何理盛,林志雄,等.血管内皮生长因子与水孔蛋白 4在胶质瘤及脑转移瘤中的表达及意义〔J〕.中华神经医学杂志,2009;8(8):813-6.

10Machein MR，Kullmer J，Fiebich BL，etal.Vascular endothelial growth factor expression，vascular volume，and capillary permeability in human brain tumors〔J〕.Neurosurgery，1999；44(4)：732-40.