鼻咽癌3.0T MRI动态增强参数与乏氧诱导因子-1α表达的相关性分析

彭德新 陈志萍 刘志良 刘 岚 徐仁根

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma，NPC)是头颈部最常见的恶性肿瘤之一，以放化疗为中心的综合治疗是NPC的标准治疗方案。统计数据表明，超过60%的首诊NPC病例是进展期肿瘤，预后不理想，5年生存率低，给患者、家庭、社会带来了巨大的心理和经济压力。NPC内存在乏氧细胞，研究表明，乏氧是促进肿瘤侵袭、转移及放化疗抵抗的重要原因[1]本研究通过MRI动态增强(dynamic contrast enhancement MRI，DCE-MRI)相关参数值与乏氧诱导因子-1α(Hypoxia induciable facor-1α)表达的相关性，旨在探索无创、准确的评估NPC乏氧状态的方法，为临床制定治疗方案提供有价值的信息。

1 资料与方法

1.1 一般资料

17例病例均来自江西省肿瘤医院头颈部肿瘤放疗二病区，2018年4月至2019年4月，男性10例，女性7例，年龄27～76岁，中位年龄56岁。

1.2 MRI扫描

1.3 HIF-1α检测及结果判定

采用Envsion二步法，鼻咽镜活检组织标本石蜡包埋、切片、脱水，3%过氧化氢室温孵育10 min，蒸馏水冲洗3次共9 min，高压锅抗原修复，滴加一抗HIF-1α多克隆抗体(Immunoway，美国)37 ℃孵育4 h，pBS冲洗，滴加二抗工作液(福州迈新)，37 ℃孵育30 min，pBS冲洗，DBA染色15 min，冲洗，复染，脱水，透明，封片，镜下观察。对照组采用pBS代替HIF-1α多克隆抗体，其余操作流程一致。

高倍镜(×400)下选取5个视野，以阳性表达细胞率与染色强度计分的乘积为最终结果。阳性细胞表达率判定：阳性细胞<10%记0分，10%～40%记1分，40%～70%记2分，70%～100%记3分。染色强度判定：无染色记0分，淡黄色记1分，棕黄色记2分，棕褐色记3分。阳性细胞表达率与染色强度乘积<2为阴性，>2为阳性。

1.4 统计学分析

应用SPSS 17.0统计软件，对DCE参数值与HIF-1α表达水平进行相关性分析，采用非参数Spearman相关性检验，检验水准α=0.05。

2 结果

17例NPC患者MRI图像质量满足诊断需求，动态增强参数RE、MRE、ME、TTP、AUC值分别为(132.51±12.23)%、(149.89±17.81)%、(1199.49±383.53)、(134.26±61.18)s、(298820.54±112728)。HIF-1α积分最小值2分，最大值9分，中位值4分。非参数Spearman相关性检验结果显示RE、MRE、ME与HIF-1α呈正相关(γ=0.71、0.84、0.61，P<0.05)，AUC与HIF-1α呈负相关(γ=-0.62，P<0.05)，TTP与HIF-1α无相关性(P>0.05)，见表1。

表1 17例NPC 3.0T DCE-MRI参数值与HIF-1α表达相关性分析

3 讨论

乏氧状态是实体肿瘤普遍存在的1种现象，乏氧细胞通过某些内源性基因表达的变化以适应缺氧微环境[2]。研究表明，HIF-1α是乏氧细胞启动一系列适应及保护机制的关键细胞因子，在整个过程中起到重要的枢纽作用，促进肿瘤周围侵犯、远处转移及放化疗抵抗，严重影响预后[3]。NPC是以放化疗为主要治疗方法的肿瘤，特别随着精准放疗的应用，合理准确的勾画靶区及相应部位的放射剂量，直接关系到疗效及预后情况。NPC乏氧细胞对放射线的耐受剂量是非乏氧肿瘤细胞的3倍以上[4]。孟云等[5]研究表明，HIF-1α阳性组无瘤生存率、总生存率、局控率低于阴性组，远处转移发生率明显高于阴性组。因此准确评估NPC的乏氧状态对制定个体化的放疗方案、实施精准放疗有重要意义。

3.1 HIF-1α的生物学特性

HIF-α亚基和HIF-1β亚基构成HIF-1异二聚体，HIF-α是HIF-1的主要功能亚基，HIF-1α亚基的表达水平及活性决定了HIF-1的功能状态。研究表明，HIF-α对氧敏感度高，乏氧微环境能够激发转录及蛋白水平的调节。HIF-α正常氧分压条件下快速降解，而在乏氧状态下蛋白表达增多、降解减少、稳定性增高，启动一系列基因表达过程，包括上调血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)表达及无氧代谢相关因子的表达等，参与肿瘤的生长代谢、浸润转移等过程[6]。

3.2 DCE-MRI在NPC中的应用

DCE-MRI是1种无创、快速、直接反映组织血流动力学状态的功能影像技术，能够生成时间信号曲线(time-intensity curve，TIC)及量化的参数值，已经广泛应用于临床诊断，以实体肿瘤领域应用最广泛且具代表性，能够提供反映肿瘤血管生成、渗透性、氧合状态的量化生物学指标，广泛用于肿瘤的定性诊断、预后评估、疗效评价等方面，已广泛成熟应用于NPC诊断、疗效评估、放疗后纤维化与复发鉴别等[7]。DCE参数值与肿瘤组织灌注和细胞密度切关系。DCE早期强化主要反映微循环灌注情况，强化程度与单位体积内血管数量密切相关，后期增强主要取决于肿瘤血管对造影剂的通透性及血管外细胞外间隙的大小。研究证实，NPC早期强化程度与微血管密度(microvescular density，MVD)呈明显正相关性[8]。早期肿瘤体积较小，肿瘤细胞主要依赖周围组织的营养扩散来汲取养分以维持缓慢生长，随着肿瘤细胞不断分裂增殖、体积增大，逐渐形成不成熟的新生血管及毛细血管网，血管基底膜不完整，内皮细胞间隙大，血管渗透性高，对基质形成破坏作用导致基质疏松，容易发生邻近侵犯及远处转移。此外，DCE后期强化还与肿瘤组织的氧合状态有关，乏氧状态组织强化程度低于常氧状态[9]。

NPC是1种具有侵袭性的恶性肿瘤，发展过程伴随肿瘤血管生成，DCE-MRI能够反映肿瘤血管生成及血流动力学信息。由于NPC位置深在且固定，坏死囊变少见，有利于开展DCE-MRI扫描及ROI的勾画，早期应用方面主要用于影像和病理对照研究、TNM分期研究，后来应用于放化疗效的评价、淋巴结及远处转移、生存期等的相关性研究。近年来，随着研究的逐渐深入，DCE-MRI与相关细胞因子、蛋白表达水平的相关性研究已见报道，包括MVD、VEGF、HIF-1α等[10]，结果证实DCE参数值与后者之间存在相关性，可用于指导临床治疗、预后评估等。

3.3 DCE-MRI参数值与HIF-1α的相关性

DCE-MRI参数值反映肿瘤血流灌注和对比剂在血管外细胞外聚积、廓清的情况，乏氧状态下的肿瘤组织在血管生成、间质成分、氧合状态等方面发生改变，对DCE参数值产生影响[11]。RE、MRE、ME是反映肿瘤组织的强化程度的量化指标，分别对应与动态扫描第一期蒙片的强化增量，RE是强化程度平均值百分比，MRE是最大强化程度百分比，ME是最大强化值及强化峰值，故MRE值一定大于RE，同一ROI的MRE和ME在动态扫描的同一期相出现，两者具有很好的一致性。由于肿瘤早期强化主要反映血流灌注，后期强化反映血管通透性及血管外细胞外间隙大小。本组病例中，12例(70.6%)强化峰值出现在早期(动态扫描第3-6期)，后期强化均匀减退，HIF-1α呈相对低表达(积分为2、3、4分)，反映肿瘤强化峰值期相主要与血流灌注有关，因为肿瘤组织内部存在丰富的毛细血管网，瘤体较小内部乏氧状态不显著，对比剂能够比较均匀的渗透和廓清，与HIF-1α积分较低表现比较一致。另5例(29.4%)出现在后期(动态扫描第8～10期)，内部出现相对低强化区，HIF-1α呈相对高表达(积分为6、9分)，反映肿瘤异质性显著，内部出现明显乏氧区，影响对比剂的渗透和廓清，乏氧区也因氧合不足、微循环血供较差而呈现较弱强化，与既往报道相符合[12]。TTP也是反映血流灌注的指标，指达到强化峰值所需要的时间，反映单位体积内血管的数量与完整性，TTP越长反映出组织血管含量少、完整性交好，HIF-1α高表达，放化疗抵抗作用强。但本组病例结果TTP与HIF-1α表达无统计学差异，考虑到可能与样本量偏少、偏倚有关，今后需要加大样本继续研究。AUC是反映组织的对比剂总摄取量的指标，不包括毛细血管床的对比剂含量，因此与血管通透性、血管网细胞外间隙的水平、对比剂廓清有关系。本组病例中，AUC与HIF-1α表达呈负相关且有统计学差异，反映出乏氧状态下，毛细血管渗透性减低、血管外细胞外间隙较小、对比剂廓清较慢。研究证实，DCE-MRI定量关注参数血管外细胞外间隙百分比Ktrans、Ve与HIF-1α表达呈负相关性[13]，进一步证实本研究结论的可靠性。

本研究初步证实DCE-MRI参数值与HIF-1α表达存在一定程度的相关性，但尚存在一些不足之处，如受工作条件限制只能获得半定量参数而不是定量参数，样本量偏少，可能对结果存在一定影响，需在今后的研究中不断深入研究分析，以期获得更加稳定客观的结果。