腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤簡(jiǎn)稱(chēng)為膠質(zhì)瘤 (Gliomas),是顱內(nèi)最常見(jiàn)的惡性腫瘤,總體發(fā)病率高,約為12/10萬(wàn),居顱內(nèi)腫瘤第一位,約占成人原發(fā)性顱內(nèi)腫瘤的60%[1],國(guó)內(nèi)報(bào)道總的發(fā)病率約占顱內(nèi)腫瘤的35.26%~60.96%,平均為44.69%[2]腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤可發(fā)生于任何年齡段,其生長(zhǎng)速度快,侵襲性和轉(zhuǎn)移性強(qiáng),預(yù)后差,其治療原則是手術(shù)切除,后雖輔以放、化療,但復(fù)發(fā)率仍高,常常在短期內(nèi)復(fù)發(fā),是神經(jīng)外科研究領(lǐng)域難點(diǎn)和醫(yī)學(xué)研究的重要課題之一。本研究應(yīng)用免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)正常腦組織和原發(fā)、復(fù)發(fā)膠質(zhì)瘤中HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67四種因子的表達(dá)情況,并探討其與膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)之間的關(guān)系。
1.1 一般資料 本組資料對(duì)照組為正常腦組織10例,取自顱腦外傷患者內(nèi)減壓或腦出血減壓術(shù)的非腫瘤患者,并將他們制備成蠟塊。實(shí)驗(yàn)組為2007年2月至2011年11月濰坊市人民醫(yī)院神經(jīng)外科收集的同一患者經(jīng)手術(shù)切除并經(jīng)病理科證實(shí)的原發(fā)、復(fù)發(fā)腦膠質(zhì)瘤30例,其中男19例,女11例,平均年齡47.9歲。取每一位患者2次術(shù)后石蠟病理蠟塊共計(jì)60塊。并按照2000年WHO制定神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)確定60塊病理蠟塊的分類(lèi)和分級(jí):I級(jí)5塊,Ⅱ級(jí)19塊,Ⅲ級(jí)21例,Ⅳ級(jí)15例。為方便統(tǒng)計(jì),將I級(jí)和Ⅱ級(jí)歸為低度惡性組,將Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)歸為高度惡性組。
1.2 實(shí)驗(yàn)材料 鼠抗人 HIF-1α單克隆抗體,兔抗人VEGF多克隆抗體,兔抗人MMP-9多克隆抗體,兔抗人Ki-67單克隆抗體,通用型PV-6000二步法免疫組化試劑盒,S-P法免疫組織化學(xué)染色試劑盒和DAB顯色試劑盒,除HIF-1α購(gòu)自北京博奧森生物技術(shù)有限公司,其余試劑購(gòu)自北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司。
1.3 免疫組織化學(xué)染色 全部10例對(duì)照組標(biāo)本和全部60塊標(biāo)本經(jīng)甲醛固定和石蠟包埋后,進(jìn)行HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67因子的表達(dá)檢測(cè),所有蠟塊行連續(xù)切片6張,層厚4μm,其中1張行蘇木精-伊紅 (HE)染色確定病理診斷,1張備用,其余4張采用S-P免疫組織化學(xué)染色法檢測(cè)HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67的表達(dá)情況,嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)規(guī)范操作。
1.4 結(jié)果判定
1.4.1 定性判定方法 陰性對(duì)照:用PBS代替一抗作陰性對(duì)照,結(jié)果為陰性;陽(yáng)性對(duì)照:用北京博奧森生物技術(shù)有限公司和北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司提供的陽(yáng)性標(biāo)本作為陽(yáng)性對(duì)照。陽(yáng)性結(jié)果:陽(yáng)性結(jié)果鏡下為棕褐色或棕黃色,HIF-1α為細(xì)胞核和 (或)細(xì)胞漿著色,VEGF,MMP-9,Ki-67為細(xì)胞漿著色。
1.4.2 定量判定方法 染色結(jié)果判定:采取半定量計(jì)數(shù)法進(jìn)行評(píng)判,根據(jù)染色強(qiáng)度分為四個(gè)等級(jí):陰性為0分;弱陽(yáng)性 (淡黃色)為1分;陽(yáng)性 (黃色)為2分;強(qiáng)陽(yáng)性(棕黃色)為3分;根據(jù)陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)占總視野細(xì)胞數(shù)的百分比進(jìn)行分級(jí):<5%認(rèn)為0分,5% ~25%為1分,26% ~50%為2分,50%以上為3分。2個(gè)分值相加0分為 (-),1~2分者為弱陽(yáng)性 (+),3~4分者為陽(yáng)性 (++),5~6分者為強(qiáng)陽(yáng)性 (+++)。
1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)由SPSS13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析,根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料,應(yīng)用配對(duì)資料的符號(hào)秩和檢驗(yàn)對(duì)膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)前后的病理級(jí)別進(jìn)行比較;應(yīng)用配對(duì)t檢驗(yàn),對(duì)原發(fā)和復(fù)發(fā)膠質(zhì)瘤中 HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67的表達(dá)情況分別進(jìn)行比較;應(yīng)用Fisher's確切概率法對(duì)正常腦組織和膠質(zhì)瘤之間的HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67的表達(dá)進(jìn)行比較;應(yīng)用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)所有膠質(zhì)瘤各個(gè)級(jí)別膠質(zhì)瘤之間HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67的表達(dá)進(jìn)行比較;應(yīng)用spearman等級(jí)相關(guān)分析驗(yàn)證HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67之間的相關(guān)性;應(yīng)用spearman等級(jí)相關(guān)分析驗(yàn)證膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)時(shí)間和原發(fā)膠質(zhì)瘤病理級(jí)別、HIF-1α表達(dá)強(qiáng)度、VEGF表達(dá)強(qiáng)度,MMP-9表達(dá)強(qiáng)度,Ki-67表達(dá)強(qiáng)度之間的相關(guān)性;以P<0.05認(rèn)為結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
在10例正常腦組織中均未見(jiàn) HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67的表達(dá),60例膠質(zhì)瘤中HIF-1α表達(dá)41例,表達(dá)率68.33%;VEGF表達(dá)39例,表達(dá)率65.00%;MMP-9表達(dá)47例,表達(dá)率78.33%;Ki-67表達(dá)45例,表達(dá)率75.00%,HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67在膠質(zhì)瘤中的表達(dá)強(qiáng)度與正常腦組織之間以及低度惡性組和高度惡性組之間均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異P<0.05。膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)后有21例病人病理級(jí)別增強(qiáng),6例不變,3例下降,經(jīng)配對(duì)資料的符號(hào)秩和檢驗(yàn)P<0.05,認(rèn)為膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)后病理級(jí)別增加。經(jīng)配對(duì)t檢驗(yàn)說(shuō)明HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67在膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)組中的表達(dá)高于原發(fā)組,且兩組之間有差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P<0.05),說(shuō)明復(fù)發(fā)后侵襲性得到增強(qiáng)。經(jīng)spearman等級(jí)相關(guān)分析HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67四者之間兩兩相關(guān) (P<0.05),但膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)時(shí)間跟原發(fā)膠質(zhì)瘤病理級(jí)別、HIF-1α表達(dá)強(qiáng)度、VEGF表達(dá)強(qiáng)度,MMP-9表達(dá)強(qiáng)度,Ki-67表達(dá)強(qiáng)度之間均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
膠質(zhì)瘤作為一種惡性腫瘤,它有三種主要的生理特性過(guò)程;增生/增殖、血管新生、侵襲[3]。膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)的定義為原發(fā)性膠質(zhì)瘤術(shù)后以及其它治療后腫瘤再次生長(zhǎng),且復(fù)發(fā)膠質(zhì)瘤的部位比較局限,國(guó)外學(xué)者認(rèn)為80%以上的復(fù)發(fā)性膠質(zhì)瘤出現(xiàn)在原發(fā)灶周?chē)? cm范圍,這可能與膠質(zhì)瘤的生物學(xué)特征有關(guān)[4]。盡管絕大多數(shù)膠質(zhì)瘤都可以選擇手術(shù)治療,盡量完全切除瘤體,但腫瘤呈侵潤(rùn)性生長(zhǎng),可侵入到正常腦組織,無(wú)論在肉眼和顯微鏡下腫瘤都難以徹底切除,說(shuō)明手術(shù)完全切除是不可能的,術(shù)后雖結(jié)合放化療,雖然很少轉(zhuǎn)移至其他器官,但多數(shù)患者仍復(fù)發(fā)或進(jìn)展,侵潤(rùn)到周邊鄰近組織的殘留腫瘤細(xì)胞成為復(fù)發(fā)根源,腫瘤復(fù)發(fā)成為一種常見(jiàn)。由于膠質(zhì)瘤這種特性,臨床上治療這類(lèi)疾病目前還無(wú)法根治,目前仍主要依賴(lài)手術(shù)聯(lián)合放、化療,采取綜合治療,但預(yù)后不佳,易復(fù)發(fā),但膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)時(shí)間的長(zhǎng)短不一,主要認(rèn)為膠質(zhì)瘤細(xì)胞自身的生物學(xué)特性是腫瘤復(fù)發(fā)的關(guān)鍵,而腫瘤患者的年齡、性別、精神情緒、營(yíng)養(yǎng)狀況及膠質(zhì)瘤的部位和大小跟膠質(zhì)瘤的復(fù)發(fā)尚無(wú)明確定論。這一切生物學(xué)特性導(dǎo)致其成為神經(jīng)外科研究領(lǐng)域難點(diǎn)和醫(yī)學(xué)研究的重要課題之一。
近10余年來(lái)隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是腫瘤分子生物學(xué)平的快速提高,越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者再次開(kāi)始仔細(xì)研究膠質(zhì)瘤細(xì)胞發(fā)生、發(fā)展以及復(fù)發(fā)的分子生物學(xué)特性和機(jī)制,特別是膠質(zhì)瘤細(xì)胞的缺氧環(huán)境適應(yīng)、缺氧狀態(tài)應(yīng)激和調(diào)節(jié),細(xì)胞凋亡 (apoptosis)、增殖失控、原癌基因和抑癌基因的激活與失活以及細(xì)胞外基質(zhì) (Extracellular matrix)的降解都參與了膠質(zhì)瘤的發(fā)生和發(fā)展和復(fù)發(fā),也逐漸認(rèn)識(shí)到膠質(zhì)瘤的發(fā)生和復(fù)發(fā)在分子和基因水平的研究是一個(gè)多因素、多基因參與的多步驟的復(fù)雜過(guò)程,并重新成為膠質(zhì)瘤研究重點(diǎn),并有望成為膠質(zhì)瘤治療和預(yù)防或延緩膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)的新靶點(diǎn)。目前認(rèn)為膠質(zhì)瘤的侵襲和復(fù)發(fā)受多種基因、蛋白以及細(xì)胞因子的調(diào)控,其中以缺氧壞死因子(HIF-1α)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 (VEGF)、基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)、核增殖抗原表達(dá)基因 (Ki-67)為典型。
缺氧誘導(dǎo)因子 (Hypoxia inducible factor-1 HIF-1α)是 Semenza GL,Agani F,Booth G[5]等學(xué)者在 1992 年首次在缺氧誘導(dǎo)細(xì)胞的提取物中發(fā)現(xiàn)的一種在缺氧條件下與促紅細(xì)胞生成素 (erythropoietin,EPO)基因3'增強(qiáng)子特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)。HIF-1由HIF-1α和HIF-1β2個(gè)亞基組成,2種亞基具有缺氧誘導(dǎo)因子的許多共同特征,但HIF-1α比HIF-1β更起關(guān)鍵作用,是主要的調(diào)節(jié)亞基和功能亞基單位,它決定著HIF-1的活性。在人類(lèi)多種惡性腫瘤細(xì)胞中高表達(dá),對(duì)腫瘤的增殖、血管的生成、能量代謝、紅細(xì)胞生成、細(xì)胞凋亡和預(yù)后皆有重要作用。惡性腫瘤細(xì)胞的快速生長(zhǎng),使其處于缺氧和營(yíng)養(yǎng)缺乏環(huán)境中,而腫瘤長(zhǎng)期處于缺氧狀態(tài),可誘導(dǎo)HIF-1α因子的釋放,從而在腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)。HIF-1在原發(fā)性膠質(zhì)瘤中的表達(dá)隨病理級(jí)別的增高而增高[6],但對(duì)于復(fù)發(fā)膠質(zhì)瘤還沒(méi)有深入研究,僅有學(xué)者有提出HIF-1有激發(fā)膠質(zhì)瘤發(fā)展及復(fù)發(fā)的作用。本研究結(jié)果表明在10例正常腦組織中HIF-1α因子中無(wú)陽(yáng)性表達(dá),HIF-1α因子在腦膠質(zhì)瘤中呈陽(yáng)性表達(dá),并且隨著腫瘤惡性程度的增加,陽(yáng)性表達(dá)率升高,在高度惡性組與低度惡性組中表達(dá)有顯著差異,同時(shí)本研究說(shuō)明HIF-1α因子在復(fù)發(fā)膠質(zhì)瘤組中的陽(yáng)性表達(dá)高于原發(fā)組。這提示在高度惡性的腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞相比低度惡性的缺氧更加明顯,復(fù)發(fā)后膠質(zhì)瘤細(xì)胞缺氧比原發(fā)組更加顯著。這都充分說(shuō)明缺氧是引起HIF-1α表達(dá)增強(qiáng)的重要機(jī)制[7],膠質(zhì)瘤的快速?gòu)?fù)發(fā)同樣說(shuō)明復(fù)發(fā)時(shí)腫瘤細(xì)胞快速增值,缺氧更加明顯。同時(shí)說(shuō)明抑制HIF-1α的表達(dá),可以抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的侵襲和延緩復(fù)發(fā)能力,目前HIF-1α在腫瘤中的高表達(dá)已使其成為抗腫瘤藥物研究中新的研究靶點(diǎn),這種與膠質(zhì)瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)的生物學(xué)特征可作為膠質(zhì)瘤基因治療的新途徑,可以通過(guò)抑制HIF-1作為治療膠質(zhì)瘤和阻止復(fù)發(fā)的靶點(diǎn),并可作為膠質(zhì)瘤放療的敏感指標(biāo)[8]。
另外膠質(zhì)瘤的血管形成在腫瘤的生長(zhǎng)和浸潤(rùn)中也起著重要作用,膠質(zhì)瘤的侵襲性生長(zhǎng)是一個(gè)多因素、多步驟的復(fù)雜過(guò)程,這其中包括被大家熟知的血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子 (Vascular endothelial growth factor,VEGF)家族,VEGF是由Ferrara等學(xué)者在1989年首先純化分離出來(lái)的一種肝素結(jié)合因子。VEGF是一種二聚體糖蛋白,分子量為45 KD,基因位于6p21.3上,基因組長(zhǎng)14 kb,其中包含8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子。VEGF是新生血管形成的中心調(diào)控因子,其主要功能包括 (1)由于腫瘤細(xì)胞在快速生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)氧和營(yíng)養(yǎng)的需求量過(guò)大,而缺氧恰為VEGF最強(qiáng)烈的誘導(dǎo)劑,因而導(dǎo)致VEGF大量分泌,加速血管內(nèi)皮細(xì)胞的增生和分化,促使新生血管生成;(2)VEGF可激活血管內(nèi)皮細(xì)胞基因,增強(qiáng)尿激酶型纖溶酶原激活物 (uPA)和組織型纖溶酶原激活物 (tP-A),并減弱纖溶酶原激活劑抑制物(PAI-1)的表達(dá),進(jìn)而誘導(dǎo)蛋白水解酶、間質(zhì)膠原酶和組織因子的產(chǎn)生來(lái)促進(jìn)血管的形成[9];(3)VEGF促使血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生MMP-9,使凝血酶原轉(zhuǎn)化為凝血酶,激活明膠酶原A降解原來(lái)的基膜,促使血管形成[10];(4)VEGF可通過(guò)細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)蛋白及磷酸肌醉途徑增強(qiáng)NO合酶(NOS)表達(dá),導(dǎo)致NO生成增多,進(jìn)而促進(jìn)新生血管網(wǎng)建立和管腔的形成。所有這些都提示VEGF與膠質(zhì)瘤的發(fā)展、轉(zhuǎn)移、診斷、復(fù)發(fā)及預(yù)后有的密切的關(guān)系。
基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)是基質(zhì)金屬蛋白酶家族中較為重要的一種,而一種130千道爾頓的MMP-9被認(rèn)為是可以合成其它形式的蛋白酶,MMP-9不僅在膠質(zhì)瘤的侵襲性中有重要貢獻(xiàn),在血管生成中也參與其中,同時(shí)也參與退化血腦屏障和神經(jīng)細(xì)胞[11]。MMP-9在膠質(zhì)瘤的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用,且隨著膠質(zhì)瘤惡性程度的增加,其病理級(jí)別也隨之增加,在MMP-9的表達(dá)中,MMP-9的表達(dá)強(qiáng)度與膠質(zhì)瘤惡性程度正相關(guān),即膠質(zhì)瘤的惡性程度越高其MMP-9的表達(dá)強(qiáng)度越強(qiáng)[12]。而在膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)中,MMP-9同樣起著重要作用,在膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)后MMP-9表達(dá)得到進(jìn)一步增強(qiáng)[13]在體外試驗(yàn)研究中,也表明在惡性神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤復(fù)發(fā)過(guò)程中,MMP-9起著非常重要的作用,MMP-9在復(fù)發(fā)膠質(zhì)瘤患者的腦脊液檢測(cè)中,其水平可明顯升高,且用強(qiáng)力霉素這種特異性的MMPs抑制劑可阻斷MMMPs中MMP-2和 MMP-9的活性[14],此外這預(yù)示MMP-9可以預(yù)示膠質(zhì)瘤的早期進(jìn)展,它可以作為膠質(zhì)瘤進(jìn)展的一個(gè)標(biāo)記。Ki-67是一種存在于增殖細(xì)胞核的非組蛋白性核蛋白,由345kd和395kd兩條多肽鏈組成,其半衰期短,Ki-67表達(dá)同細(xì)胞周期密切相關(guān),更能反映腫瘤的增殖活性,在正常腦組織中幾乎不表達(dá),而在膠質(zhì)瘤中表達(dá),且是目前增殖活動(dòng)研究中非??煽康卦鲋硺?biāo)志,也是目前應(yīng)用最廣泛的增殖細(xì)胞標(biāo)志之一[15]。其中MMP-9和Ki-67在腫瘤細(xì)胞的增殖和分化中起著重要作用,是表達(dá)腫瘤侵襲性和侵潤(rùn)性的良好指標(biāo),其表達(dá)也一起與腫瘤的復(fù)發(fā)有關(guān)。
本課題研究的30例患者平均復(fù)發(fā)時(shí)間為17.7個(gè)月,最短復(fù)發(fā)時(shí)間為2.0個(gè)月,最長(zhǎng)復(fù)發(fā)時(shí)間為39.7個(gè)月,將復(fù)發(fā)時(shí)間數(shù)據(jù)跟原發(fā)膠質(zhì)瘤病理級(jí)別、HIF-1α表達(dá)強(qiáng)度、VEGF表達(dá)強(qiáng)度,MMP-9表達(dá)強(qiáng)度,Ki-67表達(dá)強(qiáng)度之間經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,得出復(fù)發(fā)時(shí)間跟五者之間均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但本實(shí)驗(yàn)HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-6四種細(xì)胞因子經(jīng)spearman等級(jí)相關(guān)分析,表明兩兩之間存在相關(guān)性,四種因子在復(fù)發(fā)膠質(zhì)瘤中的表達(dá)明顯比原發(fā)膠質(zhì)瘤中的表達(dá)強(qiáng)度增加,且統(tǒng)計(jì)學(xué)有意義;說(shuō)明四者在膠質(zhì)瘤的發(fā)生、發(fā)展、增值和復(fù)發(fā)過(guò)程中起著重要作用,其中MMP-9啟動(dòng)子的活性是由HIF-1α調(diào)控[16],HIF-1α是在缺氧條件下穩(wěn)定和刺激MMP-9的表達(dá),更能誘導(dǎo)MMP-9基因在腫瘤中侵襲,從而影響腫瘤的侵潤(rùn),進(jìn)來(lái)研究中HIF-1α作用機(jī)制中已明確其能增加MMPs如MMP-2和MMP-9的表達(dá)[17],酶譜分析表明,MMP-9在有氧條件下比缺氧條件下更能刺激明膠酶的活性,并得出HIF-1α通過(guò)MMP-9的依賴(lài)機(jī)制能促進(jìn)細(xì)胞的侵襲,未來(lái)的抗腫瘤細(xì)胞藥物可直接作用于目標(biāo)HIF-1α和MMP-9。另外,VEGF促使血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生MMP-9,使凝血酶原轉(zhuǎn)化為凝血酶,激活明膠酶原A降解原來(lái)的基膜,促使血管形成[10]780-786。因此HIF-1α因子在膠質(zhì)瘤的增值、侵潤(rùn)、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)中都有極其重要的作用,是腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移、侵潤(rùn)的啟動(dòng)子,如果能有效的阻滯HIF-1α因子的啟動(dòng),將更加有效的控制腫瘤的侵潤(rùn)乃至控制復(fù)發(fā)。
綜上所述,HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67四種因子之間相互影響、相互調(diào)控,為以后的靶向治療和臨床預(yù)后評(píng)價(jià)提供新的思路和見(jiàn)解,HIF-1α,VEGF,MMP-9,Ki-67四者聯(lián)合檢測(cè)可以評(píng)定腦膠質(zhì)瘤的生物學(xué)行為,也可以作為評(píng)價(jià)膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)的生物學(xué)指標(biāo)。
(此文圖1-4見(jiàn)附頁(yè)4)
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