MR扩散加权成像和分子成像在卵巢肿瘤微环境中的应用研究进展

殷 兵 李文华

MR扩散加权成像和分子成像在卵巢肿瘤微环境中的应用研究进展

殷 兵 李文华*

卵巢癌是女性生殖系统的常见恶性肿瘤之一，其早期发现困难，确诊时多为中晚期，常有腹膜转移，手术难以完全切除，复发率高。这与由肿瘤细胞、肿瘤基质成分、炎性细胞和间质细胞构筑的肿瘤微环境中启动肿瘤细胞生长、开启肿瘤血管生成、促进肿瘤细胞迁徙和浸润、肿瘤细胞免疫逃逸等决定病人预后的一系列发生机制不明有很大关系。采用结构成像、功能成像和分子成像相结合的医学成像方法，进行实时动态、多元精准和在体无创研究及评估卵巢癌微环境，对监测卵巢癌的生物学行为和疗效以及预后判断具有重要意义。

卵巢肿瘤微环境；扩散加权成像；分子成像；细胞密度；微血管密度；肿瘤相关巨噬细胞；叶酸受体

Int J Med Radiol，2015，38（3）：242-245

卵巢癌是女性生殖系统最常见的恶性肿瘤之一，由于病人症状出现晚、就诊晚，确诊时往往已经中晚期，导致手术难以完全切除，并且术后复发率高、5年生存率低。随着影像技术的发展，对卵巢癌的研究已从过去的单一结构成像发展为结构成像、功能成像与分子成像相结合的多元精准模式，从而实现从卵巢癌的宏观结构到微观环境的肿瘤功能机制的追踪研究。

1 常规MRI用于卵巢癌诊断的价值

常规MRI具有多参数、多方位、多序列成像的特点，软组织分辨力高，可以清楚显示正常盆腔结构，显示肿瘤的形态、大小、边界、与周围组织的关系、肿瘤的周围浸润及远处转移等情况，对肿瘤分期及良恶性判断具有十分重要的意义。曾有研究者[1]认为，通过以下常规MRI表现可以预测恶性肿瘤：肿瘤大小（＞6 cm），囊壁和分隔的厚度（＞3 mm），出现乳头状突起、壁结节、不同程度的实性成分、坏死、出血以及注射对比剂后的显著强化等，然而研究证实这些并非卵巢恶性肿瘤所特有，部分良性卵巢肿瘤也可有上述表现。还有研究者[2]提出将淋巴结直径＞1 cm作为肿瘤淋巴结转移的诊断标准，但亦有多项研究[3-4]显示，转移与非转移淋巴结的直径在很大程度上存在重叠，因此常规MR成像在卵巢肿瘤的诊断中虽有重要价值，但仍存在一定的不足。

2 扩散加权成像在肿瘤微环境中的应用

MR扩散加权成像 （diffusion weighted imaging，DWI）作为一种功能成像方法，可以从分子水平反映病变组织的病理生理等情况，可以为诊断疾病提供传统解剖成像不能提供的微观信息，从而有助于对良恶性卵巢肿瘤进行鉴别诊断。Li等[1]的一项研究显示，常规MRI对诊断卵巢上皮源性肿瘤的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值和准确度分别为91．8%、78．3%、88．6%、83．7%和87．0%，而在常规MRI的基础上同时应用DWI，以上预测指标分别提高到96．5%、89．1%、94．3%、93．2%和93．1%，证实了DWI在诊断卵巢肿瘤中的价值。

2.1 ADC值用于反映卵巢肿瘤细胞密度 影响肿瘤实质部分ADC值的因素很多，但在高b值的情况下，细胞外水分子扩散是影响ADC值的主要因素。细胞外水分子扩散与实性组织的致密性密切相关，组织的细胞密度（cell density，CD）越高，水的扩散运动越受限，ADC值越低。因此，ADC值可以在一定程度上定量反映肿瘤细胞密度，为术前无创性评估肿瘤细胞密度带来可能。关于肿瘤CD和ADC值关系的研究现已在多系统肿瘤中展开，并取得了一定的成果。一些研究者[5-6]的研究表明，ADC值与CD呈负相关，且其结果具有统计学意义，但也有少数研究结果表明，ADC值和CD之间不相关，甚至呈正相关[7-8]。出现这种结果可能是因为CD并非是影响ADC值的唯一因素，其他如细胞大小、肿瘤间质的纤维及胶原成分、微循环灌注及一些细胞内因素（如细胞核分化程度、核浆比、胞浆黏滞性）等也会对ADC值产生影响。除此之外，在ADC图上获得ADC值的兴趣区（ROI）和病理切片上计算CD的区域不完全吻合等诸多因素也可能是出现这种分歧的原因。Zhao等[9]在对33个交界性卵巢肿瘤和51个恶性卵巢肿瘤的ADC值与肿瘤CD关系的研究中发现，两者之间呈显著负相关 （r=-0．609，P=0．000 0）。Kyriazi等[10]在对3次化疗后8个卵巢癌进行研究时发现，8个卵巢癌ADC值和CD之间存在明显负相关（r=-0．79，P=0．02），这一结果与Zhao等的研究结论相似，进一步证实了ADC值对肿瘤CD的预测价值。

2.2 ADC值用于预测卵巢血供或微血管密度 一般而言，伴随着肿瘤恶性程度的增加，肿瘤内的血供或微血管密度（micro vessel density，MVD）也相应增加。对肿瘤的血供或MVD进行评估，可以作为预测肿瘤恶性程度和预后的重要参考指标。如何能在术前利用无创的方法获得肿瘤的血供情况或血管生成状态更加重要。采用MR对比增强成像和灌注成像能对肿瘤的血供进行评估，但需要注射对比剂，对于部分特殊人群（如孕妇、肾功能不全者、对比剂过敏者等）不能实施。因此，寻找一种新的影像方法评估肿瘤血供或MVD就显得十分重要。近年来，一些研究者尝试寻找能反映微循环的ADC相关指标，并已取得了重要的成果。Morita等[11]对53例病人的92个卵巢肿块进行了研究，他们通过一系列的研究和计算，将扩散加权的灌注分数（perfusion fraction，PF）和注射对比剂30 s和180 s得到的强化率（ER30和ER180）进行Pearson相关分析，认为PF和ER30及ER180之间存在正相关。其研究结果表明，DWI在评估卵巢肿瘤血供方面具有重要的价值。而Liu等[12]对 56例宫颈癌进行研究，认为肿瘤最大ADCdifference值与肿瘤微血管密度之间呈正相关 （P＜0．001）。 他们研究的 ADCdifference值是从 ADCdifference图中获得的，而ADCdifference图则是通过将b值取0和100s/mm2时获得的ADC图和b值取0和3 000 s/mm2时获得的ADC图进行减影获得。Morita和Liu的研究虽然采用了不同的方法，但都证实了ADC值在评估肿瘤血供或MVD方面的价值。目前，与Liu等相似的研究在卵巢肿瘤中还未见报道。总之，对ADC值与卵巢肿瘤血供或MVD的关系的研究还有待深入。

3 分子成像在评估卵巢肿瘤微环境中的应用

近些年来，疾病的研究已深入到分子水平，分子成像技术的发展日新月异。分子成像利用医学成像方法进行细胞、亚细胞及分子水平的定量和定性研究，可以在活体内直接观察疾病起因、发生、发展等一系列的病理生理变化和特征，还可以评估疾病的预后及监测恶性肿瘤的复发等。目前，分子成像在肿瘤微环境的研究中已取得了一定的成果。

3.1 研究肿瘤相关巨噬细胞 卵巢肿瘤组织在演化的过程中，卵巢癌细胞会分泌单核细胞趋化蛋白1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）和巨噬细胞集落刺激因子1（macrophage colony stimulating factor-1，M-CSF或CSF-1），将单核细胞招募到肿瘤组织中，进一步分化成肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophage，TAM），成为卵巢肿瘤微环境的重要组成部分[13]。巨噬细胞在不同的微环境下可以极化为不同的亚群，包括经典活化途径的巨噬细胞（M1巨噬细胞）和替代活化途径的巨噬细胞（M2巨噬细胞）。M1型巨噬细胞可以分泌促进炎症和免疫的细胞因子，还可直接吞噬杀伤病原体和肿瘤细胞，也可以发挥其抗原提呈作用参与免疫应答，在肿瘤免疫中起着重要作用；M2型巨噬细胞则具有免疫抑制作用，有促进血管形成和组织修复等倾向。有研究[13]发现，TAM的分子表型和生物功能更类似于M2巨噬细胞，并已证实TAM通过分泌相应的生物活性物质可参与肿瘤的形成，促进肿瘤的生长、侵袭和转移，其作用机制非常复杂。此外，不同研究者对不同部位肿瘤的研究表明，TAM的密度越高，肿瘤的恶性程度越高，预后越差[14-16]。Kawamura等[17]和万等[18]在对上皮源性卵巢癌的研究也证实了这一点。如前所述，MCP-1和CSF-1是单核细胞被募集并分化成TAM的重要因素。Chambers等[19]的研究表明，CSF-1的高水平表达是卵巢癌的不良预后因素之一。针对TAM的靶向治疗有多种方法，其中包括基于CSF-1或其受体的基因、免疫和药物阻滞导致的TAM密度的减低及相关的肿瘤血管消退、肿瘤生长速度减缓和肺转移率降低[20-24]。目前，关于针对CSF-1的靶向治疗的研究已取得重要成果。因此，如何应用分子成像技术在体无创地研究TAM对肿瘤恶性程度的评估、治疗方法的选择、肿瘤的预后、治疗后疗效评价及复发监测均具有十分重要的价值。目前，在这方面应用较多的阴性对比剂是超顺磁性物质（SPIO和USPIO等）及其与一些靶向标记肿瘤物质的结合物。这些顺磁性物质可以被巨噬细胞吞噬，并具有缩短T2值的特点，从而造成巨噬细胞密集的组织T2信号降低，相关研究已经在一些疾病中相继开展。Daldrup-Link等[25]在对乳腺癌的动物实验研究发现，注射纳米氧化铁 （一种USPIO）后的延迟期（注射对比剂后24 h）的T2信号减低是由于TAM在肿瘤组织中的浸润所致，而同时注射了抗CSF-1单抗的小鼠，由于抗CSF-1单抗带来的TAM密度的降低，其延迟期（注射对比剂后24 h）T2弛豫率变化（ΔR2）较对照组显著减小，该结果表明，基于顺磁性物质的MR分子成像在肿瘤的评估和治疗中较常规MRI具有明显的优势。然而，类似的研究在卵巢癌中尚未开展，但其为卵巢肿瘤的分子成像研究提供了新的方向。

3.2 标记叶酸受体 叶酸（folate，FA）是一种水溶性的B族维生素（维生素B9），在体内作为一碳单位的传递体，参与嘌呤和胸腺嘧啶的合成，进一步合成DNA和RNA。叶酸通过两种方式进入细胞，一种是通过还原型叶酸载体 （reduced folate carrier，RFC），另一种是通过叶酸受体（folate receptor，FR）。FR有3种亚型，即FRα、FRβ和FRγ。已有研究[26]证实，接近80%的卵巢上皮源性恶性肿瘤高表达FRα，而FRα的高表达与肿瘤的生物侵袭性及分化不良有关。目前，针对FR的靶向治疗有两种方式，一是抗FR抗体；二是基于化疗药物与叶酸的偶联剂。如果能用影像方法对卵巢癌细胞表面的FRα进行靶向标记，就可以提高卵巢癌诊断的敏感性和准确性，并可以评价包括FRα靶向治疗在内的治疗效果及监测卵巢癌的复发。目前的研究集中在将叶酸或FRα靶向药物与MR对比剂结合，从而使得对比剂在卵巢癌组织中聚集，提高对卵巢恶性肿瘤诊断和生物学评估的准确性。Wang等[27]对负荷有FRα阳性卵巢癌（IGROV-1）的大鼠分别注射FRα靶向的对比剂（P866）和非FRα靶向的对比剂，结果显示，前者的纵向弛豫率变化（ΔR1）较后者显著，从而证实前者在卵巢肿瘤中的聚集较后者多。该研究表明，将FRα的受体靶向特异性与MR的组织高分辨相结合，对卵巢癌的诊断和治疗很有意义。Wang等[28]对经叶酸偶联的Fe3O4@SiO2纳米氧化铁处理的卵巢癌细胞、巨噬细胞和纤维母细胞进行研究表明，经叶酸偶联的对比剂处理的卵巢癌细胞和巨噬细胞的MRI信号在同等细胞密度下存在差异，并随着细胞密度的增加差异越来越显著，而经非叶酸偶联的对比剂处理的这两种细胞在同等细胞密度下未显示出信号差异；并且证实卵巢癌细胞对叶酸偶联对比剂的吸收分别是巨噬细胞和纤维母细胞的4倍和7倍。这项研究进一步证实了FRα靶向MR对比剂在卵巢癌应用中的重要价值。随着研究的进一步深入，提高卵巢癌诊断敏感性与准确性、对卵巢癌的靶向治疗及治疗后疗效评价和复发监测将成为可能。

3.3 应用于其他靶向分子 目前，用于MR分子探针标记的靶位有很多，除了以上介绍的两种，还有整合素αvβ3、血管内皮生长因子（VEGF）、血管因子-1、血管因子-2、血管细胞黏附分子、转铁蛋白受体（TfR）、CD13等，MR分子成像对这些靶位的研究在一些恶性肿瘤（如乳腺癌、肝癌）中已经取得进展，但在卵巢肿瘤中还没有广泛展开。

4 小结

近年来，随着功能成像在盆腔疾病中的应用增多，卵巢肿瘤诊断的敏感性和特异性有了很大的提高，为临床早期治疗取得了宝贵的时间。卵巢恶性肿瘤的预后也有所改善，但卵巢恶性肿瘤的致死率仍居妇科肿瘤之首。目前，DWI是唯一在卵巢病变中应用广泛的功能成像技术，对其进行深入到肿瘤微环境水平的研究就显得十分重要。分子成像技术在卵巢疾病的诊断和评估中显示出越来越大的价值，MR分子成像在卵巢肿瘤中的研究也取得了一些成果。相信随着研究的不断深入，MR功能成像和分子成像在卵巢肿瘤的研究中将会发挥更重要的作用。MR常规成像、功能成像和分子成像的结合，必然会使卵巢肿瘤的诊断和评估更加准确，从而大大改善卵巢恶性肿瘤的预后。

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（收稿2014－10－20）

Research progresses of diffusion weighted and molecular MR imaging in microenvironment of ovarian tumors

YIN Bing,LI Wenhua.Department of Radiology,Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine,Shanghai 200092,China

Ovarian cancers,as common malignant tumors in female reproductive system,are difficult to be detected in early phase and are diagnosed in mid-late stage in most cases,often accompanied with peritoneal metastasis,which results in a difficulty of complete resection and a high recurrence rate.These conditions are closely linked to the unclearness of a series of mechanisms that trigger tumor growth,initiate tumor angiogenesis,promote tumor migration and invasion and facilitate immune evasion in the tumor microenvironment composed by tumor cells,tumor matrix,inflammatory cells and stromal cells.Studying and estimating ovarian tumor microenvironment in a dynamic,multivariant and noninvasive way with structural,functional and molecular imaging methods together is of great importance to monitor biological behavior and therapeutic effect of ovarian tumors and to judge tumor prognosis.

Ovarian tumor microenvironment;Diffusion weighted imaging;Molecular imaging;Cell density; Microvessel density;Tumor associated macrophage;Folate receptor

10.3874/j.issn.1674-1897.2015.03.Z0307

上海交通大学医学院附属新华医院放射科，上海200092

李文华；E-mail：wenhualimyj@sohu.com

*审校者