循环肿瘤细胞形态诊断参数测量方法的研究进展

2023-11-07王伟浩

山东第一医科大学(山东省医学科学院)学报 2023年8期

王伟浩马莹李胜，

1. 山东第一医科大学第二附属医院普外科，山东泰安 271016；2. 山东省药物研究院研发部，山东济南 250014

循环肿瘤细胞（circuiting tumor cells， CTCs）具有细胞及细胞核体积大、细胞核深染、核膜增厚、核偏位等恶性细胞形态特征，其形态与正常血细胞有所差异。在肿瘤早期，通过细胞化学染色，光镜下依据细胞病理学原理对异常形态细胞进行判读是目前主要鉴定CTCs的方法之一。

光镜下判别CTCs 细胞病理学鉴定标准主要包含以下几点：细胞或细胞核直径，核质比，细胞核性状与染色情况，核仁、核膜性状等，其中细胞直径、细胞核直径、核质比定量结果是各诊断标准中的关键指标。目前，CTCs 尚无统一形态诊断标准，各诊断标准均未对CTCs 形态诊断参数测量方法进行介绍，因此，形态诊断参数测量方法的不统一可能是导致CTCs形态诊断标准差异的原因之一。

本研究从细胞学、组织病理学中细胞形态参数测量的方法角度，对目前CTCs 形态诊断参数测量方法进行评价，提出CTCs 形态诊断参数测量方法建议。

1 CTCs核质比测量方法现状

核质比是细胞核体积与细胞质的体积比（细胞核体积/细胞体积-细胞核体积）［1］，用于表示细胞核的相对大小。在CTCs 形态诊断标准中，核质比是重要诊断参数。

1.1 细胞学中细胞核质比测量方法

在涂片细胞学中，细胞核质比测量方法有细胞核体积/细胞质体积，细胞核面积/细胞质面积2种方法。由于镜下观察涂片细胞为二维平面，因此准确测量细胞/细胞核体积有一定困难。目前，常用的细胞体积测量方法有体视学测量法和公式计算法。体视学是由二维信息推导出三维结构信息的一个新兴学科，可采用体视学参数构建对象三维形态。2011 年，胡纳等［2］采用体视学点计数方法对肿瘤细胞B16/F10、B16/Vector 及B16GPR4 各20 组的共聚焦显微镜图像进行测量，定量分析了其三维形态参数的差异，成功得到细胞核体积。

公式计算法是通过镜下测量细胞面积，通过等面积圆直径方法计算细胞体积或测量细胞长径、短径，以椭球体积公式计算体积［3-5］，2种方法根据细胞形态不同进行选择。

目前，采用荧光染色和共聚焦显微镜二维测量贴壁细胞细胞核与细胞质的面积比是目前测量核质比的常用方法［6-8］。此外，细胞核直径/细胞直径也是计算核质比方法之一［9］，但文献报道较少，其准确性差。

1.2 组织病理学中细胞核质比测量方法

同涂片细胞学，组织细胞学中核质比测量方法也分为细胞核体积/细胞质体积、细胞核面积/细胞质面积2 种方法。在组织细胞学中，细胞体积可通过连续切片可以获取细胞厚度，再基于体视学原理的转矩测量法［10］、点取截距法［11］、核距法［12-16］进行测量。其中，核距法是基于体视学原理的细胞体积测量方法中最为常用的测量方法。此外，细胞核面积/细胞质面积因其简便性，在组织学细胞学核质比测量方法中也有较多应用［8，17］。

1.3 CTCs核质比测量方法

既往文献报道的CTC 核质比测量方法有2 种：细胞核面积/细胞质面积和细胞核面积/细胞面积。2014年，Park等［18］采用细胞核面积/细胞质面积作为核质比测量方法测量523个去势抵抗性前列腺癌患者CTC，其测量结果发现，核质比中位数为1.43；课题组既往采用细胞核面积/细胞面积方法计算61个肾癌CTC 核质比，其核质比为0.711 ± 0.104。因此，目前CTCs 核质比测量方法均不符合标准核质比测量方法，应采用细胞核体积/细胞质体积测量CTCs核质比。

标准核质比的计算需要获取细胞核及细胞体积，但体积的测量在镜下难以获取，体视学是一种基于数学几何原理的、快速的、无偏的、非侵入性的定量测量方法，但其测量过程复杂，甚至需依托特殊设备，所以其测量效率低，不易实现。相较于体视学，通过球体体积公式估算细胞/细胞核体积是一种易于操作的方法。1997 年，夏潮涌等［16］使用TIGER细胞图像分析仪采用5种测量和计算体积的方法，比较它们对初级精母细胞组织切片上细胞核体积测量结果的可靠性和影响。结果发现，核距法与等面积圆直径所计算出细胞核体积无明显差异，其余（随机Feret直径、等周长圆直径、最小外截圆直径）方法计算的细胞核体积值明显大于等面积圆直径和核距计算的体积值。由于CTCs 镜下一般呈椭圆形，采用等面积圆直径估算CTCs 体积可能存在误差。高泽霞等［3］、张澜澜等［4］、江振华等［5］将细胞短径作为细胞厚度成功测量了鲶鱼细胞体积。因此将细胞短径作为细胞厚度，通过椭球体积公式计算可能是CTCs体积有效且便于操作的测量方法。

2 CTCs细胞及核长径测量方法现状

目前尚无文献单独报道CTCs 细胞长径、细胞核长径测量方法。课题组既往通过图像处理软件ImageJ 中直线工具人工判读长径位置，测量直线长度的方法测量细胞及核长径。由于此方法需要人工判读，因此结果存在一定主观因素。在调研长径测量方法过程中发现有文献将Feret 直径作为描述细胞直径大小的参数，因此对测量Feret 直径作为CTCs细胞及细胞核长径测量方法可行性进行分析。

2.1 Feret直径定义

Feret 直径是一个几何参数，也称为卡尺直径，是物体轮廓任意选定角度相对两侧的两条平行切线之间的距离，一般用于光学显微镜测量不规则形状颗粒的大小［19-20］，是显微镜法测量几何学粒径的常用方法［21］。与广义上的直径不同，Feret直径指的是一组直径，包括最大、最小Feret直径，即给定方向上测量的2 个最远或最近点之间的距离。Feret 直径也可以是多个方向的平均值，故可以称为平行于某个固定方向的物体相对两侧的两条切线之间的平均距离［22］。

Feret直径是基于物体的二维图像，与其他测量方法相比，使用Feret直径的主要优势在于与物体的真实物理直径相对应［22］。大多数图像分析软件如ImageJ、Image pro plus 等都含有测量Feret 直径的功能，可以通过快速、准确自动测得其数值。但需要注意的是，2个具有相同Feret 直径的物体可能具有非常不同的形状［23］。

2.2 Feret直径在细胞学中的应用

在细胞学中，Feret直径常用于量化细胞及显微结构的尺寸，如描述肿瘤细胞［21-23］、线粒体［24-26］、血细胞［27-30］、神经细胞［31-33］、骨细胞［33-37］的大小。

2.3 Feret直径在组织病理学中的应用

在组织病理学中，Feret直径广泛应用于描述肌纤维横截面尺寸［38-48］，且最小Feret’s直径（肌纤维相对边界处平行切线的最小距离）作为肌纤维横截面测量参数，证明了最小Feret直径能够最大程度地降低切片角度带来的误差［48］。此外，在影像组学中Feret直径也常用于描述病灶大小［49-58］。

2.4 Feret直径在CTCs形态诊断中的应用

截止到2022 年12 月，以Feret 直径、CTCs 为关键词全文检索Pubmed、CNKI数据库，未检索到相关文献。由于在光镜下观察同一个细胞，其最大Feret直径是固定且唯一的，用其判断细胞直径更为客观，可以有效避免不同观察者间的差异，因此考虑通过测量最大Feret 直径是客观、准确测量CTCs 细胞及细胞核直径的方法。