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编号:10502829
大鼠脑C6胶质瘤组织的1H磁共振波谱
http://www.100md.com 《第四军医大学学报》 2000年第4期
     印弘 黄志兰 李丽云 刘满生 赵海涛

    摘 要:目的 采用高场强高分辨磁共振波谱仪在体观察正常大鼠脑组织及种植C6胶质瘤的代谢及生化改变,以评价高分辨1H磁共振波谱在大鼠脑肿瘤模型中的应用价值. 方法 将20只体质量200~250 g左右的Wister大鼠分为两组. 正常组:5只;肿瘤组15只,在右尾状核接种C6细胞. 肿瘤组动态观察MR平扫及动态增强扫描的改变,并于接种C6细胞后15~20 d采用点分辨波谱法(PRESS: point resolved spectroscopy)行1H磁共振波谱检测. 结果 正常组脑组织1H波谱可检出N-乙酰门冬氨酸(NAA),胆碱类化合物(Cho),肌酸和磷酸肌酸(Cr+PCr)、谷氨酸和谷胺酰胺(Glu+Gln),脂质(Lip),乳酸(Lac). C6胶质瘤NAA较正常组明显降低,NAA/Cho较正常组明显降低(P<0.01),NAA/Cr较正常组也明显下降(P<0.01),Cho/Cr明显升高(P<0.05),Lac升高. 结论 高场强磁共振波谱仪可以准确观察在体大鼠脑组织及C6胶质瘤的1H磁共振波谱. 高分辨1H磁共振波谱的改变早于MRI形态改变,能够对肿瘤的早期代谢及生化改变进行监测.
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    关键词:脑组织, C6胶质瘤;高分辨1H磁共振波谱

    0 引言

    近年来,动物脑肿瘤模型被广泛用于各种实验性治疗当中,其中以大鼠C6胶质瘤最多采用. 磁共振波谱(MRS)技术使我们能够无损伤观察肿瘤组织生化和代谢变化. 由于仪器的限制,目前国内对大鼠脑组织及C6胶质瘤模型高分辨1H磁共振波谱的研究尚未见报道,作者对5只正常及15只种植C6胶质瘤的Wister大鼠的高分辨1H磁共振波谱进行在体观察,以评价其在实验性动物模型代谢及生化改变监测中的应用价值.

    1 材料和方法

    1.1 材料 大鼠C6胶质瘤模型的建立:①C6细胞由中国医学科学院上海肿瘤研究所提供,培养方法参照文献[1]. ②20只雄性Wister大鼠,体质量200~250 g,由本校实验动物中心提供; ③取对数生长期单层细胞,2.50 g.L-1胰酶消化,用Hank's液洗涤2次,离心机转数1000 r.min-1,部分细胞倒置镜下计数,加入琼脂糖少量,制备成细胞悬液10 μL,含细胞1×106待接种; ④大鼠经20 g.L-1戊巴比妥钠ip麻醉(40 mg.kg-1),固定于WDT-V型立体定位仪(西北光学仪器厂)手术暴露骨性标志,矢状缝旁3 mm,冠状缝后0.1 mm,1 mm牙钻颅骨钻孔,直径1 mm,微量注射器穿入颅骨下4.5 mm,将细胞悬液以0.5~1.0 μL.min-1速度注入,除针前留针5 min. 拔针后生理盐水擦洗创口,骨蜡封闭,缝合皮肤.
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    1.2 方法 MR成像:①扫描前采用20 g.L-1戊巴比妥纳ip将大鼠麻醉,固定于扫描架上. 用SIEMENS 1.5T Magnetom SP4000及Bruker BIOSPEC 47/30 磁共振波谱仪,选用30 mm表面线图成像,行冠状位及矢状位T1WI,T2WI及增强扫描(尾静脉注射Gd-DTPA 0.2 mmol.kg-1); ②1H磁共振波谱采用Bruker BIOSPEC 47/30波谱仪,场强4.7T,定位像采用T2WI,TR:2000,TE:20 ms,层厚2 mm,层距2 mm,扫描野3 cm×3 cm. 1H磁共振波谱采用PRESS序列,TR:1000 ms,TE:135 ms,采集次数2048次,采集体积4 mm×4 mm×4 mm,水抑制采用Gauss 256,宽度10 ms. 对测量所得自由衰减信号(FID)进行傅利叶转换得到1H波谱,进行相位、基线校正. 观察N-乙酰门冬氨酸(NAA)、胆碱类化合物( Cho)、肌酸和磷酸肌酸( Cr+PCr)、脂质(Lip)及乳酸(Lac)等信号强度改变,以积分面积进行比较,计算NAA/Cho,NAA/Cr,Cho/Cr.
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    统计学处理:研究结果以均数±标准差(X±s)表示,采用t检验.

    2 结果

    2.1 正常大鼠脑1H波谱 可见到NAA,2.02 μg.L-1, Cr+PCr μg.L -1, 3.0 μg.g-1,Cho, 3.2 μg.g-1, Glu+Gln, 2.3 μg.g-1 , Lac位于1.3 μg.g-1基线下, Lip位于1.2 μg.g-1(Fig 1). 本组5只 正常大鼠均测到Lac,而正常人脑组织中测不到Lac.t43401.gif (1836 字节)
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    图 1 正常大鼠脑1H磁共振波谱

    Fig 1 1H NMR spectroscopy of normal rat brain

    NAA: N-acetyl-asparate; Cho:choline-containing compounds; Cr:creatin; Lac:lactate; Lip:lipin; Glu+Gln:glutamine and glutamate.

    2.2 大鼠C6胶质瘤的MRI表现 肿瘤组织呈长T1长T2信号,瘤体周围脑组织水肿,两者之间可见水肿带(Fig 2),部分还可见脑室转移(Fig 3). 脑室扩大受压移位,肿瘤组织有明显的增强效应,2例大鼠可见头皮下生长. C6胶质瘤的1H波谱中NAA下降,Lac信号升高,NAA/Cho,NAA/Cr比降低(Tab 1,P<0.01),Cho/Cr比升高(Fig4,P<0.05). 肿瘤坏死因子(TNF-a)治疗后可见NAA信号升高,Lac信号强度降低(Fig 5).t43402.gif (6526 字节)
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    图 2 大鼠C6胶质瘤的T2WI

    Fig 2 T2WI of C6 glioma of rat

    Tumor tissue was high signal intensity in T2-weighted MR image, low signal intensity in the center of tumor was necrosis, circle high signal band around tumor was edema, lateral ventricle was enlarged.t43403.gif (6849 字节)

    图 3 大鼠C6胶质瘤的脑室转移
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    Fig 3 Metastasis in ventricle of rat C6 glioma

    Enlargement of lateral ventricle on both sides with nodular metastasis in it.

    表 1 大鼠脑C6胶质瘤组织化合物相对浓度比值

    Tab 1 Chemical compound ratio in rat brain C6 glioma (X±s)

    Group

    n

    NAA/Cho

    Cho/Cr
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    NAA/Cr

    Normal

    5

    1.18±0.15

    0.97±0.05

    1.20±0.16

    C6 glioma

    15

    0.71±0.26a

    2.03±0.97b

    0.68± 0.24a
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    aP<0.01,bP<0.05 vs normal. t43501.gif (1712 字节)

    图 4 大鼠C6胶质瘤1H磁共振波谱

    Fig 4 1H NMR spectroscopy of rat C6 glioma

    A reduction in NAA and an elevation in Lac mass fraction.t43502.gif (1778 字节)
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    图 5 TNF-a治疗后C6胶质瘤1H磁共振波谱

    Fig 5 1H NMR spectroscopy of C6 glioma after treatment with TNF-a

    An elevation in NAA and a reduction in Lac mass fraction.

    3 讨论

    1H磁共振波谱是一种新兴的无创性观测脑组织及肿瘤组织生化特性及代谢改变的方法,能够在体观察肿瘤的发生、发展及对治疗的反应,因此日益受到重视[2]. 大鼠是较常采用的实验动物,大鼠C6胶质瘤模型是目前国内外较多采用的胶质瘤模型,其生物特性与人的恶性胶质瘤相近[3],具有瘤周水肿,病灶中央可出现坏死,肿瘤向周围脑组织浸润生长,因此常被用于各种胶质瘤的实验性治疗. 目前对其高分辨1H磁共振波谱的研究国内尚少见报道. 1H磁共振波谱的空间分辨率与磁场强度呈正比[4],高场强波谱分析仪空间分辨率高,可以准确定位,而低场强磁共振机由于空间分辨率较低,不能对大鼠的肿瘤组织准确定位采集,因而不能对C6胶质瘤的生化及代谢改变准确评价. 目前常用的序列有ISIS,STEAM,PRESS,PRESS序列适用与长TE,对运动不敏感[5]. 我们采用4.7T高场强波谱仪,采集条件:TR=1000 ms,TE=135 ms,正常大鼠脑的1H波谱可明确显示Cho,Cr,NAA,Lac,Lip,Glu+Gln,GABA各峰,尤其是Lac与Lip频率相近,Lac为负峰,Lip为正峰,与部分作者所得结果不同[6],而与部分[7]作者结果相近,考虑为波谱仪的分辨率不同所致,大鼠的丘脑区NAA/Cho及Cr/Cho的相对值较正常人的相对应丘脑区为低[6],考虑为种属间的差异. 正常人脑组织测不到Lac,而本次正常大鼠均测到Lac,考虑为麻醉后脑组织代谢降低,无氧酵解增加,造成Lac升高.
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    C6胶质瘤从病理上与人脑Ⅱ级星型细胞瘤接近[2]. 肿瘤细胞起源于胶质细胞,与人的胶质瘤相似,C6脑胶质瘤的MRS表现为NAA/Cho及NAA/Cr值下降,Cho/Cr比值升高[6]. NAA为神经元内标物,存在于神经元内,其含量下降提示正常神经元被肿瘤侵犯及神经元功能受损[8]. Ross等[9]对C6胶质瘤的31P磁共振波谱检测,发现PCr下降, 考虑与细胞能量消耗增多,磷酸肌酸分解为肌酸释放ATP,以补充细胞的能量需要有关. Cho升高与脑恶性肿瘤的缺血坏死有关,有可能作为恶性肿瘤进展的指标[10].

    肿瘤以无氧醇解为主要供能方式,其代谢终产物Lac含量增多[11]. 有报道Lac含量与肿瘤恶性程度有关[12],也有作者报道Lac与肿瘤的病理分级无明显相关性[13]. 乳酸的含量与组织的酵解及转运功能有关,在转运功能正常的情况下,Lac则可被运送到肿瘤周围细胞外,而Lac含量不增强. Lac升高则预后较差[14]. 本次实验对部分大鼠C6胶质瘤进行了TNF-a腹腔给药,观察到Lac信号强度降低,NAA信号强度升高,而MRI无明显改变,提示MRS改变早于MRI形态改变,以上研究表明,高场强磁共振波谱仪具有空间分辨力高,显示各组织信号清晰的特点,适用于对大鼠脑肿瘤模型的生长代谢及生化改变进行观察.
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    作者简介:印弘(1964-),男(汉族),辽宁省辽阳市人. 博士(导师黄志兰),发 表论文6篇. Tel.(029)3375418 Email.xjfsxk@fmmu.edu.cn.

    印弘(第四军医大学西京医院放射诊断科, 陕西 西安 710033)

    黄志兰(第四军医大学西京医院放射诊断科, 陕西 西安 710033)

    刘满生 (第四军医大学西京医院放射诊断科, 陕西 西安 710033)

    赵海涛(第四军医大学西京医院放射诊断科, 陕西 西安 710033)

    李丽云(中国科学院物理与数学研究所)

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