惡性腫瘤內(nèi)乏氧狀況的檢測方法(一)

1、惡性腫瘤內(nèi)乏氧狀況的檢測方法(一)1955年，Thomlinson和Gray發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤內(nèi)存在乏氧細(xì)胞；1979年，Brown等證實(shí)了腫瘤乏氧有急慢性之分。經(jīng)過多年的研究，臨床有許多證據(jù)表明，腫瘤乏氧細(xì)胞的存在不僅能使腫瘤對放化療的抗拒性增強(qiáng)，而且使腫瘤更具侵襲性，容易發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。盡管人們采取了許多克服腫瘤乏氧的措施，企圖提高腫瘤治療療效，但臨床結(jié)果均不令人滿意，其原因可能有以下三方面：臨床已應(yīng)用的措施無法有效的克服腫瘤乏氧；影響腫瘤治療療效的因素有很多，而乏氧細(xì)胞存在僅僅是影響因素之一，并且與腫瘤增殖等因素相比，它可能是次要因素；由于過去缺乏檢測腫瘤乏氧的可靠方法，而沒有能選擇到獲益的病人

2、。近年來，隨著影像學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)和計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，人們能夠比較可靠地檢測惡性腫瘤的乏氧狀況。目前，已建立的檢測方法有腫瘤血管分析、腫瘤代謝程度測定、腫瘤細(xì)胞的DNA損傷、乏氧相關(guān)蛋白(hypoxic stress proteins)分析、放療效應(yīng)評定、血氧合血紅蛋白飽和度測定、放射性/熒光染色標(biāo)記測定、腫瘤內(nèi)氧壓力測定等方法，而其中應(yīng)用臨床較廣泛的具體方法有以下四種：氧電極直接測定腫瘤內(nèi)氧的壓力；組織形態(tài)分析；DNA帶斷裂分析；乏氧標(biāo)志物的測定1。本文就上述幾種方法作一簡要的綜述。 1氧電極測定 氧電極測定(oxygen electrodes)是近年來臨床應(yīng)用最廣泛的方法之一，是唯

3、一能直接測定腫瘤乏氧的方法，其測定結(jié)果能直觀地反映腫瘤的含氧情況。極譜氧電極是最早應(yīng)用的技術(shù)，而后出現(xiàn)了極譜氧微電極技術(shù)，它現(xiàn)在被認(rèn)為是測定腫瘤乏氧狀況的“金標(biāo)準(zhǔn)”。利用此法測定腫瘤乏氧狀況的參數(shù)有：實(shí)測的腫瘤氧分壓的平均值或中位數(shù)，一般認(rèn)定10 mmHg為乏氧；腫瘤乏氧比例(hypoxic fraction)，即實(shí)測的腫瘤氧分壓的數(shù)據(jù)內(nèi)，氧分壓值2 mmHg或5 mmHg或10 mmHg所占的百分?jǐn)?shù)2；腫瘤乏氧容積(hypoxic subvolume,HSV),即腫瘤的容積乘腫瘤乏氧比例3。 目前，已有許多臨床資料表明，用氧電極測定腫瘤乏氧的方法比較可靠，其測定結(jié)果與腫瘤治療效應(yīng)相吻合。但是

4、，也存在不少局限性，主要有下列幾方面：由于腫瘤內(nèi)氧分布存在明顯異質(zhì)性，故需多道多點(diǎn)測定，工作量較大。Wang等4報(bào)告用Eppendorf氧微電極測定宮頸癌含氧情況時(shí)，宜用5個(gè)測試道，每道測2030個(gè)點(diǎn)。由于氧電極本身技術(shù)的局限，在測定時(shí)對信號(hào)反應(yīng)率低和電極穿過基質(zhì)和纖維組織時(shí)對電極末梢產(chǎn)生壓力，故測定數(shù)據(jù)有誤差，其結(jié)果較實(shí)際情況偏高5。測定時(shí)不能區(qū)分氧電極是插入腫瘤活組織抑或壞死區(qū)，并且不能區(qū)別是否為急性或慢性乏氧。由于測定時(shí)需要把氧電極插入腫瘤內(nèi)，故有可能增加腫瘤轉(zhuǎn)移的機(jī)會(huì)。 2組織形態(tài)分析 組織形態(tài)分析(histomorphometric analysis)是最早應(yīng)用于臨床的方法。由于腫瘤

5、的含氧狀況主要依賴于腫瘤的血供情況，故通過分析腫瘤組織內(nèi)毛細(xì)血管間距、血管密度、腫瘤壞死程度和周圍正常組織內(nèi)的血管與腫瘤相距最近的距離等指標(biāo)，間接估測腫瘤的乏氧狀況，應(yīng)用此方法檢測腫瘤乏氧相對較可靠。許多資料表明，一些腫瘤(如宮頸癌和鼻咽癌)的血管分布情況與共治療結(jié)果有明顯相關(guān)性6，7。而且與其他方法相比，結(jié)果也較一致，Lung等8對宮頸癌分別用氧微電極測定和對腫瘤壞死區(qū)和血管密度檢測，比較后發(fā)現(xiàn)兩者結(jié)果相吻合。 但是，應(yīng)用此方法檢測腫瘤乏氧也存在一些不利點(diǎn)，除分析時(shí)需要較大的腫瘤組織塊和專門的工作人員外，主要缺點(diǎn)是：由于此方法是利用腫瘤的供血情況間接反映腫瘤含氧量，所以在供應(yīng)腫瘤血管內(nèi)的血液

6、攜氧不足時(shí)，并不能真實(shí)反映腫瘤的含氧情況。腫瘤血管內(nèi)的血液攜氧不足可能是動(dòng)靜脈吻合支形成或血管內(nèi)血液停流，也可能是血液內(nèi)非氧合血紅蛋白含量高。對于后者，可利用冷分光光度測定法(cryospectrophotometry)測定腫瘤微循環(huán)內(nèi)血紅蛋白的氧負(fù)荷，結(jié)合腫瘤內(nèi)血管的分析，更可靠地反映腫瘤乏氧情況2。 3乏氧標(biāo)志物測定 乏氧標(biāo)志物測定(hypoxia markers)是利用還原硝基有選擇性結(jié)合乏氧細(xì)胞的能力而形成的一種從細(xì)胞水平測定腫瘤乏 氧的技術(shù)，其原理是：腫瘤乏氧細(xì)胞還原能力強(qiáng)，當(dāng)具有電子親合力的硝基咪唑主動(dòng)擴(kuò)散透過細(xì)胞脂膜，在細(xì)胞內(nèi)硝基還原酶作用下，硝基被還原，還原產(chǎn)物與大分子物質(zhì)不可

7、逆結(jié)合，滯留在組織內(nèi)。而正常含氧細(xì)胞親電子硝基咪唑還原產(chǎn)物立即被氧化，從而用硝基咪唑類化合物在腫瘤內(nèi)的代謝程度來反映腫瘤的乏氧。 目前，測定硝基咪唑類化合物代謝程度的方法有兩種：用放射性核素標(biāo)記硝基咪唑類化合物，利用MRS、PET、SPECT和自顯像等設(shè)備測定。常用的乏氧顯像劑有82Br-MISO、18F-MISO、123I-IAZA、123I-IAZR和BATO(99TC標(biāo)記)等9。用硝基咪唑類化合物特異性抗體，利用免疫組織化學(xué)，酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)和流式細(xì)胞儀技術(shù)分析。近年來，人們開發(fā)了一種新型的乏氧細(xì)胞標(biāo)志物Pimonidazole，用免疫組織化學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)能可靠地反映腫瘤組織的乏氧狀況10

8、。Raleigh等11報(bào)告利用此法測定與氧電極測定的結(jié)果有明顯相關(guān)性。 但是，應(yīng)用乏氧標(biāo)志物測定腫瘤乏氧時(shí)也有不利之處：需要專門的設(shè)備和試劑；一些解剖部位非特異高放射性濃聚產(chǎn)生高的背景信號(hào)影響分析；乏氧標(biāo)志物在體內(nèi)非特異性殘留或結(jié)合到正常組織而產(chǎn)生誤差。 4DNA帶斷裂分析 DNA帶斷裂分析(DNA strand breaks)是利用腫瘤細(xì)胞對放療產(chǎn)生不同效應(yīng)的原理而間接測定腫瘤的乏氧狀況，因?yàn)槟[瘤受照射后乏氧細(xì)胞較富氧細(xì)胞可能表現(xiàn)出較少的DNA損傷?，F(xiàn)在臨床應(yīng)用最廣泛的方法是Comet assay，其測定結(jié)果比較可靠。Olive等12用Comet assay測定C3H鼠乳腺癌細(xì)胞的乏氧狀況后

9、表明此方法可靠易行，并且測定了7例腺癌病人的腫瘤后發(fā)現(xiàn)6例病人的腫瘤存在乏氧13。 與氧電極測定技術(shù)相比，DNA帶斷裂分析能區(qū)分腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞，直接反映腫瘤的放射生物性乏氧的優(yōu)點(diǎn)。但是，在實(shí)際的應(yīng)用中，也存在一些局限性：分析前照射的單次劑量要求比較大，因?yàn)閱未瘟刻?，不易表現(xiàn)出顯著DNA損傷的差別?，F(xiàn)在認(rèn)為單次量至少3.5 Gy；由于需用較大腫瘤組織塊分析，故有明顯的創(chuàng)傷性；腫瘤受照射后需立即切取腫瘤組織冰凍，因?yàn)槭苷蘸箝g隔時(shí)間太長，則腫瘤細(xì)胞的DNA損傷能修復(fù)而引起信號(hào)的丟失，一般要求間隔時(shí)間在3 min之內(nèi)。 雖然目前檢測腫瘤乏氧狀況的方法有許多，但是，除了氧電極測定技術(shù)能夠直接測定腫

10、瘤含氧狀況外，其他方法均通過間接的手段來反映腫瘤的乏氧狀況。現(xiàn)在，人們認(rèn)為最有前途的方法是氧電極測定技術(shù)和乏氧標(biāo)志物測定，許多臨床資料顯示其測定結(jié)果與腫瘤的治療療效有明顯相關(guān)性，同時(shí)也存在一些缺陷，如由于氧電極本身的原因引起的測定誤差和乏氧顯像不滿意等。所以，在將來的研究中，應(yīng)該進(jìn)一步提高原有方法的測定可靠性，包括氧電極程度技術(shù)的改進(jìn)和新乏氧顯像劑的開發(fā)。并且，需探討新的測定腫瘤乏氧的技術(shù)，現(xiàn)已有人報(bào)道采用31P-MRS測定腫瘤代謝程度來間接反映腫瘤的乏氧狀況，但是其可靠性還需進(jìn)一步研究。 參考文獻(xiàn)： 1Horsman MR.Measurement of tumor oxygenationJ.

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