惡性腫瘤內乏氧狀況的檢測方法(一)

1、惡性腫瘤內乏氧狀況的檢測方法(一)1955年，Thomlinson和Gray發(fā)現惡性腫瘤內存在乏氧細胞；1979年，Brown等證實了腫瘤乏氧有急慢性之分。經過多年的研究，臨床有許多證據表明，腫瘤乏氧細胞的存在不僅能使腫瘤對放化療的抗拒性增強，而且使腫瘤更具侵襲性，容易發(fā)生遠處轉移。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，但臨床結果均不令人滿意，其原因可能有以下三方面：臨床已應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、免疫學、分子生物學和計算機等技術的發(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、腫瘤細胞的DNA損傷、乏氧相關蛋白(hypoxic stress proteins)分析、放療效應評定、血氧合血紅蛋白飽和度測定、放射性/熒光染色標記測定、腫瘤內氧壓力測定等方法，而其中應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氧的壓力；組織形態(tài)分析；DNA帶斷裂分析；乏氧標志物的測定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，其測定結果能直觀地反映腫瘤的含氧情況。極譜氧電極是最早應用的技術，而后出現了極譜氧微電極技術，它現在被認為是測定腫瘤乏氧狀況的“金標準”。利用此法測定腫瘤乏氧狀況的參數有：實測的腫瘤氧分壓的平均值或中位數，一般認定10 mmHg為乏氧；腫瘤乏氧比例(hypoxic fraction)，即實測的腫瘤氧分壓的數據內，氧分壓值2 mmHg或5 mmHg或10 mmHg所占的百分數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，其測定結果與腫瘤治療效應相吻合。但是

4、，也存在不少局限性，主要有下列幾方面：由于腫瘤內氧分布存在明顯異質性，故需多道多點測定，工作量較大。Wang等4報告用Eppendorf氧微電極測定宮頸癌含氧情況時，宜用5個測試道，每道測2030個點。由于氧電極本身技術的局限，在測定時對信號反應率低和電極穿過基質和纖維組織時對電極末梢產生壓力，故測定數據有誤差，其結果較實際情況偏高5。測定時不能區(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。由于測定時需要把氧電極插入腫瘤內，故有可能增加腫瘤轉移的機會。 2組織形態(tài)分析 組織形態(tài)分析(histomorphometric analysis)是最早應用于臨床的方法。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毛細血管間距、血管密度、腫瘤壞死程度和周圍正常組織內的血管與腫瘤相距最近的距離等指標，間接估測腫瘤的乏氧狀況，應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果有明顯相關性6，7。而且與其他方法相比，結果也較一致，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)現兩者結果相吻合。 但是，應用此方法檢測腫瘤乏氧也存在一些不利點，除分析時需要較大的腫瘤組織塊和專門的工作人員外，主要缺點是：由于此方法是利用腫瘤的供血情況間接反映腫瘤含氧量，所以在供應腫瘤血管內的血液

6、攜氧不足時，并不能真實反映腫瘤的含氧情況。腫瘤血管內的血液攜氧不足可能是動靜脈吻合支形成或血管內血液停流，也可能是血液內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)內血紅蛋白的氧負荷，結合腫瘤內血管的分析，更可靠地反映腫瘤乏氧情況2。 3乏氧標志物測定 乏氧標志物測定(hypoxia markers)是利用還原硝基有選擇性結合乏氧細胞的能力而形成的一種從細胞水平測定腫瘤乏 氧的技術，其原理是：腫瘤乏氧細胞還原能力強，當具有電子親合力的硝基咪唑主動擴散透過細胞脂膜，在細胞內硝基還原酶作用下，硝基被還原，還原產物與大分子物質不可

7、逆結合，滯留在組織內。而正常含氧細胞親電子硝基咪唑還原產物立即被氧化，從而用硝基咪唑類化合物在腫瘤內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：用放射性核素標記硝基咪唑類化合物，利用MRS、PET、SPECT和自顯像等設備測定。常用的乏氧顯像劑有82Br-MISO、18F-MISO、123I-IAZA、123I-IAZR和BATO(99TC標記)等9。用硝基咪唑類化合物特異性抗體，利用免疫組織化學，酶聯(lián)免疫吸附試驗和流式細胞儀技術分析。近年來，人們開發(fā)了一種新型的乏氧細胞標志物Pimonidazole，用免疫組織化學分析后發(fā)現能可靠地反映腫瘤組織的乏氧狀況10

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

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6例病人的腫瘤存在乏氧13。 與氧電極測定技術相比，DNA帶斷裂分析能區(qū)分腫瘤細胞和正常細胞，直接反映腫瘤的放射生物性乏氧的優(yōu)點。但是，在實際的應用中，也存在一些局限性：分析前照射的單次劑量要求比較大，因為單次量太小，不易表現出顯著DNA損傷的差別?，F在認為單次量至少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，因為受照后間隔時間太長，則腫瘤細胞的DNA損傷能修復而引起信號的丟失，一般要求間隔時間在3 min之內。 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。現在，人們認為最有前途的方法是氧電極測定技術和乏氧標志物測定，許多臨床資料顯示其測定結果與腫瘤的治療療效有明顯相關性，同時也存在一些缺陷，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，應該進一步提高原有方法的測定可靠性，包括氧電極程度技術的改進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，現已有人報道采用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一步研究。 參考文獻： 1Horsman MR.Measurement of tumor oxygenationJ.

11、Int J Radiat Oncol Biol phys,1998,42:701704. 2Releigh JA,Dewhirst MW,Thrall DE.Measuring tumor hypoxiaJ.Seminars in Radiat Oncol,1996,6:3745. 3Stadler P,Becker A,Feldmann HJ,et al.Influence of the hypoxic subvolume on the survival of patients with head and neck cancerJ.Int J Radiat Oncol Biol Phys,1

12、999,44:749754. 4Wong PKW,Fyles A,Milosev M.Heterogeneity of polargraphic oxygen tension measurements in cervix cancer:an eva lation of within and between tumor variability,probe position and trace depthJ.Int J Radiat Oncol Biol phys,1997,39:405412. 5陸雪官，馮炎，胡超蘇.惡性腫瘤乏氧細胞研究現狀J.中華放射腫瘤學雜志，1999，8：5759. 6D

13、elides GS,Venizelos J,Revesz L.Vascularization and curability of stage and nasopharyngeal tumorsJ.J cancer Res Clin Oncol,1988,114:321323. 7Revesz L,Siracka E,Siracky J,et al.Variation of vascular density within and between tumors of the uterine cervix and its predictive value for radiotherapyJ.Int

14、J Radiat Oncol Biol phys,1989,11:97103. 8Lung H,Sundfor K,Rofstad EK.Oxygen tension in human tumors measured with polarographic needle electrodes and its relationship to vascular density necrosis and hypoxiaJ.Rediother Oncol,1997,44:163169. 9陳躍，莫廷樹，匡安仁.腫瘤乏氧組織顯像劑研究進展J.國外醫(yī)學放射醫(yī)學核醫(yī)學分冊，1999，23：257260. 10

15、Varia MA,Calkins ADP,Rinker LH,et al.Pimonidazole:A novel hypoxia marker for complementary study of tumor hypoxia and cell proliferation in cervical carcinomaJ.Gynecologic Oncol,1998,71:270277. 11Raleigh&n bsp;JA,Chou SC,Arteel GE,et al.Comparisons among pimonidazole binding,oxygen electrode measurements,and radiation response in C3H mouse tumorsJ.Radiat Res,1999,151:580589. 12Olive PL,Horsman MR,Grau C,et al.Detection of hypoxic