許立功吳 爽張景峰阮凌翔

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腫瘤血管生成擬態(tài)的影像學(xué)新進展

許立功1吳 爽2張景峰1阮凌翔1

【關(guān)鍵詞】腫瘤；新生血管化，病理性；超聲檢查；磁共振成像；光學(xué)；分子影像學(xué)；綜述

近年來腫瘤的發(fā)病率和死亡率逐年上升，已成為威脅人類健康的重要原因之一。新生血管一直被認為是腫瘤獲得血液供應(yīng)的唯一途徑，其與腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)。但以血管內(nèi)皮細胞為靶點的抗血管生成治療在部分高度惡性腫瘤中并未達到預(yù)期的效果。因此，研究者們對腫瘤新生血管之外是否存在另外的微循環(huán)模式進行了深入的研究。Maniotis等［1］通過研究高侵襲性的葡萄膜黑色素瘤發(fā)現(xiàn)其血供方式與經(jīng)典的腫瘤微血管結(jié)構(gòu)不同，是腫瘤細胞自身直接形成的具有微循環(huán)功能的類血管結(jié)構(gòu)，進而首次提出了血管生成擬態(tài)（vasculogenic mimicry，VM）的概念。VM的提出解釋了腫瘤抗血管生成治療效果不佳的原因，同時也兼顧了腫瘤血液供應(yīng)的多種方式。目前評價VM的“金標(biāo)準(zhǔn)”是血管擬態(tài)密度（vasculogenic mimicry density，VMD），但因其有創(chuàng)性、對準(zhǔn)確取材的依賴性等缺點一直未能廣泛用于臨床。影像學(xué)是一種非侵入性的、可重復(fù)性較高且方便快捷的可視化監(jiān)測方法，特別是分子影像學(xué)的逐步發(fā)展，為VM在活體內(nèi)定量檢測提供了技術(shù)支持。

1　VM的特點及發(fā)生機制

Maniotis等［1］通過研究人眼葡萄膜黑色素瘤及轉(zhuǎn)移性皮膚黑色素瘤的微循環(huán)，發(fā)現(xiàn)直徑＞1 cm的瘤體中心很少出現(xiàn)壞死、纖維組織及微血栓，而且普通病理切片上也很少見到由內(nèi)皮細胞構(gòu)成的新生血管，于是首次提出了VM的概念，即在無內(nèi)皮細胞的參與下，由某些具有內(nèi)皮細胞表型的腫瘤細胞直接形成具有微循環(huán)功能的類血管結(jié)構(gòu)。光鏡下可以觀察到這些類血管結(jié)構(gòu)形態(tài)多樣，且腫瘤細胞排列成管道結(jié)構(gòu)，管道內(nèi)襯一層過碘酸希夫（periodic acid Schiff，PAS）染色陽性的細胞基質(zhì)膜。但經(jīng)光鏡、電鏡及免疫組織化學(xué)檢查均未發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細胞的存在。VM的類型分兩種，即管型和圖案樣基質(zhì)型VM［2］。管型VM在形態(tài)上與新生血管相類似，但管道壁上并未發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細胞；圖案樣基質(zhì)型VM在形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)上均與新生血管不相類似，而是由層粘連蛋白、硫酸乙酰肝素、IV型及VI型膠原纖維等多種細胞外基質(zhì)形成。VM與新生血管相比有以下特征：VM管壁內(nèi)層無內(nèi)皮細胞，內(nèi)皮細胞特異標(biāo)志分子CD31和CD34染色呈陰性［3］，而是一層PAS染色陽性的基底膜樣結(jié)構(gòu)［4］；VM是由多種細胞外基質(zhì)蛋白組成且與腫瘤血管相吻合的微循環(huán)管道，其內(nèi)可見流動的紅細胞；存在VM的腫瘤很少發(fā)生中心性壞死，并且很少見到紅細胞漏出和微血栓形成；VM多見于高侵襲性腫瘤中，而很少見于低侵襲性及良性腫瘤中。理論上，VM是腫瘤微循環(huán)的一部分，且與新生血管相吻合交通，為生長迅速的高侵襲性腫瘤提供了豐富的營養(yǎng)支持；VM管壁由腫瘤細胞直接構(gòu)成，更有利于腫瘤細胞的遠處轉(zhuǎn)移。

目前VM的生成機制尚不明確，可能的原因主要是：①腫瘤細胞自身方面：在VM形成過程中，腫瘤細胞由于基因型的改變而具有去分化能力，呈現(xiàn)出多潛能胚胎干細胞表型從而具有自身的可塑性，使其能夠模擬血管內(nèi)皮細胞形成VM。②腫瘤微環(huán)境方面：首先，細胞外基質(zhì)重塑在VM形成過程中起到了重要作用，而磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是參與細胞外基質(zhì)重塑的主要通路。其次，生長迅速的腫瘤會導(dǎo)致其微環(huán)境缺氧，缺氧可刺激缺氧誘導(dǎo)因子的過量表達，進而上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子A的表達和血管內(nèi)皮生長因子的轉(zhuǎn)錄，進而誘導(dǎo)VM的形成［5-6］。此外，腫瘤組織液體間質(zhì)壓力、pH值、氧分壓等諸多微環(huán)境因素也會誘導(dǎo)VM的形成。③腫瘤干細胞方面：腫瘤干細胞是一類特殊干細胞，具備高度的自我更新能力和多向分化潛能，既可以維持祖細胞數(shù)量穩(wěn)定，又可以不斷地分化成多種子代細胞來維持瘤體增長。近年越來越多的研究證明腫瘤干細胞參與了VM的形成。在三維培養(yǎng)下能形成VM結(jié)構(gòu)的人眼黑色素瘤可表達腫瘤干細胞表型標(biāo)志物CD271，未形成VM結(jié)構(gòu)的人眼黑色素瘤卻不表達CD271［7］。Yao等［8］認為腫瘤干細胞的相互作用改變了瘤體內(nèi)的微環(huán)境，而微環(huán)境的改變又決定了腫瘤干細胞的分化方向，進而影響血管發(fā)生和血管擬態(tài)的形成。

2　VM的臨床意義

VM存在于多種腫瘤中，提示腫瘤組織中VM的存在可能具有潛在的普遍意義，且存在VM的腫瘤預(yù)后較差。Sun等［9［10］中發(fā)現(xiàn)，過表達基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-2會導(dǎo)致VM的形成，且與臨床分期、病理分級及遠處轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。

長期以來，臨床上抗腫瘤治療以血管生成靶向治療為主，但遠期療效不佳。Xu等［11］的研究表明，抗腫瘤血管生成抑制劑對VM無明顯影響，反而藥物誘導(dǎo)了VM結(jié)構(gòu)的形成來促進腫瘤的轉(zhuǎn)移。因此，抗腫瘤血管生成治療也應(yīng)考慮VM的存在。目前，已有學(xué)者致力于抗VM藥物的研發(fā)?；|(zhì)金屬蛋白酶MMP-2和MMP-9是腫瘤中影響VM形成的重要因素［9］，沙利度胺可通過抑制MMP-2和MMP-9的表達來抑制VM形成的信號通路，進而改變腫瘤的營養(yǎng)供應(yīng)方式［12］。Luan等［13］發(fā)現(xiàn)葡萄籽原花青素可以抑制三陰性乳腺癌中VM的形成。Guo等［14］的研究表明，人參皂苷Rg3可以通過下調(diào)血管內(nèi)皮鈣黏蛋白、上皮細胞激酶、MMP-2和MMP-9等信號通路蛋白來抑制胰腺癌VM的形成，進而改善患者預(yù)后。以上研究結(jié)果為腫瘤VM的靶向治療提供了新的支持，但仍需要進一步的探究來明確其機制及療效。

3　VM與影像學(xué)的關(guān)系

VM是腫瘤高侵襲性的獨立預(yù)測因素之一，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)，因此對VM的明確診斷及分析具有十分重要的臨床意義。分子影像學(xué)是將特異性的分子探針導(dǎo)入體內(nèi)，借助于多種模式的影像學(xué)方法來顯示組織、細胞和亞細胞水平的特定分子，反映活體狀態(tài)下分子水平的動態(tài)變化，進而定量、定性分析其生物學(xué)行為。由于VM是功能性管道，且與腫瘤的微循環(huán)相吻合交通，對比劑能夠進入其中，這給各種影像學(xué)技術(shù)尤其是分子影像技術(shù)對其進行檢測帶來了希望。

超聲分子影像學(xué)是在體積小于紅細胞的超聲造影劑的表面結(jié)合特異性的親和組件（如配體或抗體），通過配體-受體相互作用（或抗體-抗原相互作用）原理，在活體組織中與需要顯像的靶組織特異性結(jié)合，以提高超聲成像的敏感度和特異度。Liu等［15］認為聚乳酸是一種可以在表面連接乳腺癌特異性抗體抗Her2抗體（如赫賽?。┑募{米造影劑，它與過度表達Her2受體的乳腺癌細胞特異性結(jié)合。經(jīng)流式細胞儀和共聚焦成像驗證得出，Her2陽性細胞在與納米顆粒孵育后大量著色，說明聚乳酸與乳腺癌細胞可以特異性地結(jié)合。高分辨率超聲造影顯示其強化程度與病理切片的VM結(jié)果一致。以上結(jié)果提示可以將放射性藥物標(biāo)記在赫賽汀上，讓其與乳腺癌細胞特異性結(jié)合，達到靶向治療的目的。因此超聲分子影像學(xué)能通過靶向藥物的濃聚情況來顯示VM的特點，進而判斷腫瘤的惡性程度及預(yù)測靶向治療的效果。

近年來MRI的臨床應(yīng)用已從病理解剖學(xué)水平逐步過渡到功能代謝以及分子生物學(xué)水平，是分子影像學(xué)的重要分支。MRI分子成像采用多參數(shù)、多序列、多方位成像技術(shù)對特定分子進行成像，可反映活體組織的功能信息及病變導(dǎo)致的功能變化，能夠早期、準(zhǔn)確地診斷疾病。與傳統(tǒng)MRI的最大區(qū)別在于，其在傳統(tǒng)MRI技術(shù)基礎(chǔ)上，以特殊分子或細胞作為成像對象（靶結(jié)構(gòu)），把非特異性物理成像轉(zhuǎn)變?yōu)樘禺愋苑肿映上?。由于大分子MRI對比劑無法漏過血管壁，以前認為無法用血管造影術(shù)證實腫瘤中心的新生血管與VM之間存在著聯(lián)接通路。隨著大分子對比劑的研發(fā)及MRI技術(shù)的高速發(fā)展，使利用MR動態(tài)微血管造影顯示腫瘤中心的血管和VM成為可能。Shirakawa等［16］將WIBC-9 及MC-5腫瘤細胞接種于BALB/c裸鼠上，成功建立乳腺癌模型，并采用大分子MRI對比劑G6D-（1B4M-Gd）256對其行三維動態(tài)微MRI檢查。G6D-（1B4M-Gd）256不能漏出血管壁，但是可以在微循環(huán)中持續(xù)30 min。多個時間點的動態(tài)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)對比劑到達WIBC-9瘤內(nèi)的速度以及濃聚速度快于MC-5腫瘤，而且WIBC-9瘤內(nèi)信號強度高于MC-5腫瘤，且與病理切片的VM形態(tài)一致。電鏡及免疫組化發(fā)現(xiàn)，WIBC-9瘤內(nèi)存在VM-新生血管通路。除動物實驗外，Yamamoto等［17］利用MRI的FLAIR序列在隨訪1例患者中發(fā)現(xiàn)其右側(cè)額葉有輕微強化的高信號區(qū)，且與病理切片上VM的結(jié)果一致（圖1A～F），提示VM的發(fā)現(xiàn)及顯像對臨床治療具有一定的指導(dǎo)意義。

光學(xué)分子成像是在生物體內(nèi)引入合適的熒光探針，通過用特定波長的紅光激發(fā)熒光染料，使其發(fā)出熒光，或引入報告基因，其表達產(chǎn)物可自發(fā)熒光，進而通過光學(xué)設(shè)備檢測發(fā)射出的熒光并利用這些信息研究熒光分子的分布，從而記錄和顯示分子事件及動力學(xué)過程。Hillen等［18］利用轉(zhuǎn)基因Tie2-GFP無胸腺裸鼠建立尤文肉瘤模型后觀察到在瘤內(nèi)同時存在腫瘤新生血管及VM，VM的管腔直徑大于新生血管，且兩者的管腔內(nèi)均可觀察到血液流動。尾靜脈內(nèi)注射若丹明后，在以上2種結(jié)構(gòu)內(nèi)均可見標(biāo)記的白細胞。Liu等［19］利用生物發(fā)光發(fā)現(xiàn)異位表達抑制Hh信號通路蛋白可以阻礙VM的形成，而過表達抑制Hh信號通路蛋白可以使膠質(zhì)瘤對替莫唑胺和環(huán)巴胺的敏感度增加。Fang等［20］的研究表明，3D培養(yǎng)肝癌細胞HCCLM9后發(fā)現(xiàn)，該細胞先存在于基質(zhì)的表面，然后逐步遷移至基質(zhì)的深處并形成管狀、環(huán)形及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，均提示肝癌細胞可形成VM。3個時間點的量子點熒光探針成像結(jié)果提示肝癌細胞內(nèi)過表達膜型基質(zhì)金屬蛋白酶會導(dǎo)致樹突狀偽足向外生長，進而有助于VM的形成。將表達熒光素基因的腫瘤細胞移植到動物模型中，可以原位、動態(tài)地監(jiān)測腫瘤細胞的定植、遷移及增殖過程，但該方法目前只能用于動物模型，還不能用于臨床［21］。

血管擬態(tài)的發(fā)現(xiàn)改變了人們對腫瘤血供的傳統(tǒng)認識，為高侵襲性腫瘤的治療提供了新的指導(dǎo)信息，但是VM的研究尚處于探索階段，還有許多問題亟待解決，如惡性程度不同的腫瘤形成VM的能力不同及其機制、VM和腫瘤新生血管是否有共同靶點、VM怎樣與腫瘤新生血管相連接等。隨著研究的不斷深入，VM的調(diào)控機制、解剖及功能特點會逐步明確。分子影像學(xué)在VM的研究中遇到很多困難，最亟待解決的是缺乏特異性分子靶點將VM與腫瘤新生血管區(qū)分開，從而造成分子靶向?qū)Ρ葎┑难邪l(fā)困難，這可能是將來影像學(xué)研究發(fā)展的方向之一。

綜上所述，VM是由細胞外基質(zhì)界定的微循環(huán)管道，它是由腫瘤細胞圍繞形成，與腫瘤的轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后密切相關(guān)。由于VM是功能性管道，其與腫瘤的微循環(huán)相通，對比劑能夠進入其中，這給各種影像學(xué)技術(shù)對其進行檢測帶來了希望。影像學(xué)具有方便、快捷、無創(chuàng)和可重復(fù)性等特點，不僅能通過顯示瘤體內(nèi)微循環(huán)灌注及VM特點來初步判斷腫瘤的分級，還可初步預(yù)測放射靶向治療的療效，為不同的腫瘤提供治療指導(dǎo)方針及預(yù)后判斷。

圖1 女，42歲，腦腫瘤。冠狀位FLAIR圖像示右側(cè)額葉結(jié)節(jié)狀高信號影（白色框內(nèi)，A）；B～D為A白色框內(nèi)的放大圖像，分別為冠狀位的FLAIR圖像、增強的T1WI圖像、增強的FIESTA圖像箭頭所示為血管擬態(tài)，箭所示為海綿狀靜脈畸形；HE染色示VM區(qū)域與MRI及大體病理標(biāo)本一致（箭，E、F）

參考文獻

［1］ Maniotis AJ, Folberg R, Hess A, et al. Vascular channel formation by human melanoma cells in vivo and in vitro： vasculogenic mimicry. Am J Pathol, 1999, 155（3）： 739-752.

［2］ Chen YS, Chen ZP. Vasculogenic mimicry： a novel target for glioma therapy. Chin J Cancer, 2014, 33（2）： 74-79.

［3］ Sun W, Shen ZY, Zhang H, et al. Overexpression of HIF-1α in primary gallbladder carcinoma and its relation to vasculogenic mimicry and unfavourable prognosis. Oncol Rep, 2012, 27（6）：1990-2002.

［4］ Qi ST, Zhang H, Song Y, et al. Tumor cells forming sinusoid connected to vasculature are involved in hemorrhage of pinea choriocarcinoma. J Neurooncol, 2014, 119（1）： 159-167.

［5］ Darrington E, Zhong M, Vo BH, et al. Vascular endothelial growt factor A, secreted in response to transforming growth factor-β under hypoxic conditions, induces autocrine effects on migratio of prostate cancer cells. Asian J Androl, 2012, 14（5）： 745-751.

［6］ Sun B, Zhang D, Zhang S, et al. Hypoxia influences vasculogeni mimicry channel formation and tumor invasion-related protei expression in melanoma. Cancer Lett, 2007, 249（2）： 188-197.

［7］ Valyi-Nagy K, Kormos B, Ali M, et al. Stem cell marker CD271 i expressed by vasculogenic mimicry-forming uveal melanoma cell in three-dimensional cultures. Mol Vis, 2012, 18： 588-592.

［8］ Yao XH, Ping YF, Bian XW. Contribution of cancer stem cells t tumor vasculogenic mimicry. Protein Cell, 2011, 2（4）： 266-272.

［9］ Sun B, Qie S, Zhang S, et al. Role and mechanism of vasculogeni mimicry in gastrointestinal stromal tumors. Hum Pathol, 2008 39（3）： 444-451.

［10］ Lin H, Pan JC, Zhang FM, et al. Matrix metalloproteinase-9 i required for vasculogenic mimicry by clear cell renal carcinom cells. Urol Oncol, 2015, 33（4）： 168.e9-16.

［11］ Xu Y, Li Q, Li XY, et al. Short-term anti-vascular endothelia growth factor treatment elicits vasculogenic mimicry formation o tumors to accelerate metastasis. J Exp Clin Cancer Res, 2012, 31： 16.

［12］ Zhang S, Li M, Gu Y, et al. Thalidomide influences growth and vasculogenic mimicry channel formation in melanoma. J Exp Cli Cancer Res, 2008, 27： 60.

［13］ Luan YY, Liu ZM, Zhong JY, et al. Effect of grape see proanthocyanidins on tumor vasculogenic mimicry in human

triple-negative breast cancer cells. Asian Pac J Cancer Prev, 2015, 16（2）： 531-535.

［14］ Guo JQ, Zheng QH, Chen H, et al. Ginsenoside Rg3 inhibition of vasculogenic mimicry in pancreatic cancer through downregulation of VE-cadherin/EphA2/MMP9/MMP2 expression. Int J Oncol, 2014, 45（3）： 1065-1072.

［15］ Liu J, Li J, Rosol TJ, et al. Biodegradable nanoparticles for targeted ultrasound imaging of breast cancer cells in vitro. Phys Med Biol, 2007, 52（16）： 4739-4747.

［16］ Shirakawa K, Kobayashi H, Sobajima J, et al. Inflammatory breast cancer： vasculogenic mimicry and its hemodynamics of an inflammatory breast cancer xenograft model. Breast Cancer Res, 2003, 5（3）： 136-139.

［17］ Yamamoto J, Shimajiri S, Miyaoka R, et al. Pitfalls of conservative

treatments of multiple probable cerebral cavernous malformations （CCMs）： clinicopathological features of CCMs coexisting with vasculogenic mimicry in an anaplastic oligodendroglioma. Brai Tumor Pathol, 2014, 31（3）： 215-221.

［18］ Hillen F, Kaijzel EL, Castermans K, et al. A transgenic Tie2-GF athymic mouse model； a tool for vascular biology in xenograf tumors. Biochem Biophys Res Commun, 2008, 368（2）： 364-367.

［19］ Liu X, Wang X, Du W, et al. Suppressor of fused （Sufu） represses Gli transcription and nuclear accumulation, inhibits glioma cell proliferation invasion and vasculogenic mimicry, improving glioma chemo sensitivity and prognosis. Oncotarget, 2014, 5（22）： 11681-11694.

［20］ Fang M, Peng CW, Liu SP, et al. In vitro invasive pattern o hepatocellular carcinoma cell line HCCLM9 based on three dimensional cell culture and quantum dots molecular imaging. Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci, 2013, 33（4）： 520-524.

（本文編輯 馮婕

【中圖分類號】R445；R730.4

【基金項目】浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科學(xué)研究基金（2009A078）；浙江省教育廳科研計劃項目（Y200804834）；浙江省自然科學(xué)基金資助項目（LY12H18003）；浙江省共建重大科研計劃項目（wsk2014-2-009）。

【作者單位】1.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院放射科 浙江杭州310003；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院PET中心浙江杭州 310009

【通訊作者】阮凌翔 E-mail： 233693001@qq.com

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.03.021

【收稿日期】2015-07-08 【修回日期】2015-09-28