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胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤,由于其侵袭性生长的生物学特征,使其无法区分瘤组织与正常脑组织的明确边界,临床上可发现瘤组织周围多有不同程度的水肿带,CT、MRI扫描检查可显示瘤体周围的低密度或低信号区域。一般认为胶质瘤瘤周水肿带可能是胶质瘤的主要侵袭区,其水肿程度可用来反映肿瘤的恶性程度,在胶质瘤的诊断、治疗及预后方面具有重要意义。目前常规的影像学检查对肿瘤的实质及周围水肿的区分并不具有特征性,而磁共振灌注成像,作为一种MRI增强新技术能为临床治疗提供更多的信息,可在一定程度上弥补其不足。虽然瘤周水肿的形成机制尚未完全明确,但随着人们从细胞分子生物学的角度对瘤周水肿研究的深入,越来越多的证据提示,瘤周水肿的发生与血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)等相关。本文结合磁共振灌注成像技术及应用免疫组化法分别检测胶质瘤瘤体、瘤周水肿结构中微血管密度(microvessel density, MVD),及VEGF、MMP-9的表达水平,在光镜及透射电镜下分别观察瘤体及瘤周水肿区的超微病理结构特征,对胶质瘤的血管生成、瘤周水肿结构形成机制、生物学行为及临床意义进行初步探讨。目的探讨磁共振灌注成像(PWI)在判断肿瘤血管生成及瘤周水肿程度的临床应用价值；通过分别检测瘤体及瘤周水肿组织中微血管密度(MVD)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)及基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的表达,同时结合电镜下观察瘤周水肿组织超微结构的特征,探讨VEGF、MMP-9的表达与血管生成和瘤周脑水肿(PTBE)及肿瘤恶性程度的相关性。方法根据常规CT、MRI影像将其分为瘤周水肿组和无瘤周水肿组,其中瘤周水肿组23例,非瘤周水肿亚组7例。对照组,共6例,为术中需要内减压的重型颅脑损伤病人,取内减压切除的非功能区脑组织作为对照研究标本。所有胶质瘤患者术前均行MR平扫或增强扫描,根据常规T1加权扫描(T1WI)、T2加权扫描(T2WI)和T1WI增强扫描测量星形细胞瘤的瘤体体积和瘤周脑水肿体积,算出水肿指数(EI),以估测脑水肿程度。同时行MR灌注成像(PWI)检查,通过获取脑血容积(cerebral blood volume, CBV)的伪彩图像准确地勾画肿瘤的边界,并计算瘤体及瘤周水肿区平均相对局部脑血容量值(rCBV),分析上述参数与胶质瘤分级和血管生成的关系,及其在瘤周水肿诊断的意义。结合常规CT、MRI检查及磁共振灌注图像辅助肉眼下判断瘤体及瘤周水肿部位,每个肿瘤组病人在术中切除肿瘤后,切除少部分瘤周水肿组织,连同除常规病理送检外的肿瘤组织,分成2份,其中一份标本组织用10%中性福尔马林液固定,石蜡包埋组织切片,以行HE染色及采用免疫组化方法(SABC法)分别检测瘤体和瘤周水肿区VEGF、MMP-9表达；用CD34抗体来标记血管内皮细胞,计数微血管密度(MVD),评估血管生成情况。另一份标本用3%戊二醛液固定,SPURR低粘度包埋剂包埋,使用透射电镜观察瘤体及瘤周水肿区超微病理结构变化。结果1、瘤周水肿指数(EI)的检测：本研究组中瘤周水肿的发生率为76.7%。经单因素方差分析(LSD法),P<0.01,可认为不同级别胶质瘤的EI值不完全相同。Ⅱ级胶质瘤与Ⅰ、Ⅳ级胶质瘤在水肿程度上存在显著性差异(P<0.05),而与Ⅲ级胶质瘤在水肿程度上无显著性差异(P>0.05)。2、MR灌注成像：CBV伪彩图上所显示的异常灌注范围较常规磁共振上显示的肿瘤范围大。低级别胶质瘤组：脑血容量伪彩图显示,与对侧正常脑白质比较,瘤体内呈较低灌注、等灌注或略高灌注改变。信号强度一时间曲线分布类似于正常脑组织：负性增强曲线两侧基本对称,首过期负性增强持续期延长不明显,增强后基线水平较前基线水平略有下降。高级别胶质瘤组：脑血容量伪彩图示信号不均,瘤体内为中或高灌注信号区,瘤周水肿区呈低或等灌注。信号强度一时间曲线呈负性增强曲线上升支与下降支不对称,对比剂首过增强后的基线水平较前降低,但仍可见缓慢上抬至增强前基线水平,此现象提示有对比剂漏出,有血一脑屏障破坏存在可能。负性增强曲线下所包含的面积明显大于低级别胶质瘤组,提示肿瘤血管生成明显增加。高级别胶质瘤组瘤周水肿区的rCBV值显著高于对侧脑白质,瘤体区的rCBV值显著高于瘤周水肿区的rCBV值(P<0.01),近瘤周水肿区的rCBV值高于远离瘤周水肿区的rCBV值,高级别胶质瘤组瘤体及瘤周水肿区的平均rCBV值分别大于低级别胶质瘤组瘤体及瘤周水肿区的平均rCBV值,其差异具有统计学意义(P<0.05)。3、VEGF、MMP-9、MVD免疫组化染色：6例正常脑组织对照组(NB)中VEGF、MMP-9免疫组化染色均为阴性；MVD为光镜10×20倍下平均6-7个。瘤体组织VEGF染色阳性表达位于肿瘤细胞及内皮细胞胞浆呈棕黄色,瘤周水肿组织VEGF染色阳性表达位于内皮细胞及胶质细胞胞浆呈棕黄色；瘤体组织MMP-9染色阳性表达位于肿瘤细胞胞浆及血管基底膜上呈棕黄色,瘤周水肿组织MMP-9染色阳性表达位于胶质细胞胞浆及血管基底膜上呈棕黄色。①高级别胶质瘤组的瘤体组织中VEGF表达水平高于低级别组相应值,其差异有统计学意义(P<0.01)；而在瘤周组织中VEGF表达水平与低级别组相应值其差异无统计学意义(P>0.05)；瘤体的VEGF表达水平高于瘤周相应值,差异有统计学意义(P<0.05)。②但尚不能认为高级别胶质瘤组和低级别组中瘤体和瘤周组织MMP-9表达水平有显著性差异(P>0.05)。③低级别组瘤体MVD平均值为12.92±8.40,瘤周MVD平均值为12.25±7.40；高级别组瘤体MVD平均值为37.83±13.85,瘤周MVD平均值为30.93±16.32。MVD值可用来反映血管生成程度。瘤体MVD值高于瘤周相应值,其差异有统计学意义(P<0.05)。不同病理级别之间的MVD值存在显著性差异(P<0.05),且随着肿瘤级别增加MVD值有逐渐升高的趋势。4、相关性分析：①低级别组和高级别组胶质瘤的瘤体及瘤周水肿区组织的MVD值均与rCBV值呈显著正相关关系(P<0.01)；低级别组和高级别组胶质瘤瘤体及瘤周水肿区组织的VEGF值与rCBV值均呈显著正相关关系(P<0.05；P<0.01)；低级别组和高级别组胶质瘤瘤体及瘤周水肿区组织的MMP-9值也与rCBV值均呈显著正相关关系(P<0.01)。②低级别组和高级别组胶质瘤瘤体及瘤周水肿区组织的VEGF值与MMP-9值均呈显著正相关关系(P<0.01),提示VEGF与MMP-9可能在某种机制中存在着相互影响的作用。高级别组的VEGF、MMP-9表达与胶质瘤的血管生成均呈显著正相关关系(P<0.01)；瘤体和瘤周水肿区组织的MVD、VEGF、MMP-9都与EI显著正相关(P<0.01)。5、HE染色光镜下观察：低级别组瘤体内微血管密度少,瘤周血管反应轻,瘤周水肿程度不明显,瘤周浸润不严重；高级别组瘤体内微血管密度高,瘤体和瘤周水肿明显,常见大片出血坏死灶,瘤周和坏死血管反应明显,瘤周浸润严重,甚至可见瘤细胞呈巢状分布。瘤体和瘤周区光镜特征：①瘤体区毛细血管内皮细胞增生明显,多增厚呈数层排列,可见血管腔内淤血,血管结构尚完整,其周围多见瘤细胞呈巢状分布；常可找见大片出血坏死区,坏死区呈无细胞的均质红染色区,在高级别胶质瘤表现更为广泛。影像表现水肿明显者可见组织稀疏,多水肿空泡,少数可见血管外腔明显扩大,其周围组织稀疏、坏死；②瘤周区可见毛细血管内皮细胞增生肿胀,可见血管腔内淤血,多见血管外腔明显扩大,微血管周围可见较多渗出物,组织稀疏更为明显,胞质水肿空泡密布,常见出血周围的片状呈溶解性坏死的细胞,,胶质细胞肿胀,边界不清。6、超微结构：不同水肿程度的胶质瘤其瘤体区及瘤周水肿区的超微病理结构特征不同,可见水肿明显者瘤体及瘤周区的血脑屏障和瘤脑屏障破坏越严重,瘤细胞侵袭性生长越明显,微血管改变越明显。其中水肿明显者可见微血管内皮细胞胞浆内较多小泡囊状细胞器(vesicular vacuolar organelle,VVO,由许多小囊和空泡相互连接成葡萄样结构)和基底膜中较多虫蚀样空洞,并且分别与组织中VEGF含量和MMP-9含量相一致。这提示VEGF可能参与增加内皮细胞中的VVO结构,MMP-9可能参与破坏细胞基质及微血管基底膜的结构,即瘤周水肿的超微病理结构改变可能与二者有关。在上述变化中,基底膜虽可呈不均匀增厚、出现虫蚀样空洞,但基底膜尚完整,部分瘤细胞的胶质膜包绕血管壁,未见瘤细胞侵入基底膜或内皮细胞间隙。结论①胶质瘤的侵袭性及瘤周水肿的产生与微血管内皮细胞和胶质瘤细胞相互作用密切相关。VEGF、MMP-9可能参与胶质瘤血管生成和脑水肿发生机制,促进胶质瘤的恶性演进。②PWI瘤周脑水肿征象能间接反映胶质瘤的血管生成和预测胶质瘤的恶性程度。③结合瘤体和瘤周水肿区MVD、VEGF、MMP-9值及相对脑血容量(rCBV)可作为判断肿瘤恶性程度及预后的有效指标。