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甲状腺乳头状癌肿瘤微环境及超声诊断新技术展望
来源:医脉通   发布者:尹海华   日期:2017-09-08   今日/总浏览:7/1522

近年来,甲状腺癌的发病率逐年上升,2005-2009年中国甲状腺癌发病率增加了49.5%,2014年美国甲状腺癌新发病例6.3万,较2009年增长了近一倍。其中甲状腺乳头状癌(papillary thyroid carcinoma,PTC)约占80%~90%,PTC如能早期诊断并及时手术治疗,5年生存率高达90%,但晚期5%~20%可出现局部复发或远处转移。因此如何早期发现、早期诊断甲状腺乳头状癌,防止其复发和转移是当前的一大任务。近年来研究显示,肿瘤微环境构成了肿瘤细胞赖以生长的支架和屏障,促进血管生成和转移,干预免疫反应,对肿瘤的发生发展及转移复发起着重要作用。肿瘤微环境主要由肿瘤细胞本身、细胞外基质(extracellular matrix,ECM)及各种细胞因子等构成。

近年来,超声新技术不断涌现,对甲状腺癌的超声诊断提供了更多信息,本文就甲状腺癌肿瘤微环境以及超声新技术的研究进展做一综述。

一、甲状腺乳头状癌肿瘤微环境

1.细胞外基质

细胞外基质是存在于细胞与细胞之间的结缔组织,主要由三类成分组成:①结构蛋白,如胶原、弹性蛋白,它们赋予细胞外基质一定的强度和韧性;② 粘着蛋白,又称纤维连接蛋白,它们可以促使细胞同基质结合;③蛋白聚糖,它们能够形成水性的胶状物,在这种胶状物中包埋有许多其它的基质成分。ECM不仅仅包裹细胞,还是细胞完成若干生理功能必需依赖的物质。

(1)胶原蛋白:

胶原纤维广泛分布于人体各个脏器中,其主要含有胶原蛋白,它构成细胞的主要支架,从而维持细胞与组织的生物形态。其中Ⅳ型胶原蛋白是细胞基底膜的主要成分,最近的研究显示Ⅳ型胶原蛋白与肿瘤的侵袭和转移密切相关。当上皮细胞发生癌变时,胶原蛋白合成和降解的平衡遭到破坏,合成增多的胶原蛋白沉积在细胞外基质中,支持癌组织的生长。癌细胞也可以分泌各种蛋白酶类降解胶原蛋白,使细胞支架产生局部缺损,癌细胞通过缺损处到达其他组织继续生长、浸润和转移。研究表明Ⅳ型胶原在甲状腺癌中呈低表达,甲状腺癌组织中的Ⅳ型胶原蛋白酶的表达明显高于良性甲状腺肿瘤和正常甲状腺组织,而良性甲状腺肿瘤及正常甲状腺组织基底膜Ⅳ型胶原呈高表达。由此推断甲状腺癌的转移可能是通过Ⅳ型胶原蛋白酶破坏Ⅳ型胶原从而介导癌细胞的转移,因此Ⅳ型胶原和Ⅳ型胶原蛋白酶的活动可以反映甲状腺肿瘤细胞的增殖以及预测肿瘤细胞的侵袭与转移能力。也有学者发现恶性结节胶原蛋白的含量明显高于良性结节(0.371±0.125对0.208±0.057),并且有淋巴结转移的甲状腺乳头状癌中胶原蛋白的含量明显高于无淋巴结转移组(0.421±0.091对0.353±0.118),推测胶原蛋白含量是甲状腺乳头状癌淋巴结转移的危险因素。最近的研究发现由成纤维细胞介导的胶原蛋白参与细胞外基质的重塑并促进甲状腺癌的发展,在未来有望成为新的治疗靶点和生物学标志物。

基底膜完整性的破坏被认为是恶性肿瘤侵袭的一个标志,ECM和基底膜的降解主要受基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)的控制。MMP作为一组锌离子依赖性内肽酶,能够对ECM的多种组分进行水解,使肿瘤细胞突破基底膜和ECM构成的组织化学屏障,从而为肿瘤的侵袭与转移提供必要的条件。MMP在细胞外基质的合成和降解中起到非常关键的作用。研究显示MMP-2和ECM1基因在恶性组的表达显著高于良性组,ECM1表达评分诊断性能均优于FNAB,认为ECM1基因和MMP-2蛋白用于可疑甲状腺恶性结节的术前标记,可减少不必要的手术。资料显示甲状腺乳头状癌组织中MMP-9蛋白水平显著高于甲状腺良性肿瘤和甲状腺正常组织,并且其表达强度随着肿瘤浸润范围扩大而增加,与淋巴结转移密切相关。推测肿瘤可能通过MMP对胶原蛋白的分解,引起ECM的缺损,导致肿瘤细胞通过缺损进行转移。Kalhori等的研究显示MMP-2和MMP-9参与了由S1P诱发的滤泡型甲状腺癌细胞的侵袭过程。

(2)纤维粘连蛋白:

纤维粘连蛋白(fibronectin,FN)是ECM的一种,是由二聚体组成的糖蛋白,在细胞生长增殖分化转移及肿瘤浸润中起中介作用。在正常甲状腺组织中,FN可通过整合素激活两条细胞信号传导通路:Ras/Raf促分裂原活化蛋白激酶(MeK)通路和钙调节蛋白依赖性激酶-Ⅱ(CaMKⅡ),对维持正常甲状腺组织增殖有重要意义,当发生甲状腺肿瘤时,这两条细胞传导通路随着发生改变。在甲状腺癌中,高表达的FN可以增强肿瘤细胞之间的黏附,防止肿瘤细胞脱离细胞基质进行转移;FN低表达时,肿瘤细胞对ECM的黏附能力减弱,因此对外的侵袭能力增强,从而介导肿瘤通过ECM进行转移。Sponziello等的研究发现FN1mRNA在甲状腺癌中的表达显著高于非肿瘤组织(117.29±149.19对1.00±0.49),有BRAFV600E突变的FN1表达亦显著高于无突变者(148.33±171.12对73.79±101.68),同时和肿瘤的侵袭及淋巴结转移相关,如沉默FN1在甲状腺癌TPC-1和BCPAP细胞中的表达,则甲状腺癌细胞的增殖、黏附、转移和侵袭能力也显著下降。

(3)整合素:

整合素家族蛋白是由α和β两条肽链经非共价键连接而成的异二聚体,它们表达于不同细胞表面,可与甲状腺癌表面的受体结合,激活下游信号通路,促进甲状腺癌细胞的增殖、黏附、侵袭和转移,另外肿瘤组织血管内皮上的整合素与相应配体结合,可以诱导血管生成,促进癌细胞的生长和转移。不同病理类型的甲状腺癌表达的整合素存在差异:甲状腺滤泡癌主要表达的整合素为α2、α3、α5、βl与β3;PTC表达整合素α5与βl;甲状腺未分化癌主要表达α2、α3、α5、α6与βl。整合素在FN刺激下,激活FAK-Ras-Raf通路,进而活化ERK、MAPK或CaMKⅡ,激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K) -Akt-mTOR通路,促进细胞的增殖和转移。研究显示沉默甲状腺乳头状癌TSP-1或BRAFV600E基因,可以使TSP-1和它结合的整合素α3β1、α6β1表达降低,降低了ERK1/2的磷酸化水平,抑制未分化甲状腺癌细胞的增殖、黏附、侵袭和转移。

2.血管生成

肿瘤血管是肿瘤生长和转移的病理基础,一方面肿瘤通过肿瘤血管从宿主获得营养和氧气,另一方面,又通过肿瘤血管向宿主输送转移细胞,并在机体的其他部位继续生长和诱导血管生成,导致肿瘤的转移。肿瘤新生血管的生成是恶性肿瘤的重要特征,血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF) 和血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)都是重要的血管生成因子,与肿瘤的发生发展密切相关。

(1)VEGF:

VEGF是目前已知的与肿瘤血管生成关系最为密切的因子,对肿瘤新生血管的增殖、迁移和血管构建的调控作用最强,特异性最高,能通过旁分泌功能刺激血管内皮细胞的增殖和迁移,促进肿瘤新生血管的生成。研究表明VEGF在甲状腺癌中呈高水平表达,VEGF在分化型甲状腺癌中的表达显著高于甲状腺良性病变和正常甲状腺组织,并且VEGF在甲状腺乳头状癌中的表达显著高于滤泡癌,对甲状腺良、恶性结节的鉴别有重要的诊断价值,且VEGF表达水平越高,恶性程度也越高。Karaca等发现VEGF、VEGFR1的表达与IGF1及其受体的表达有关,VEGFR1表达增高可能是甲状腺癌手术时淋巴结转移的重要指标,血清VEGF水平升高可以反映甲状腺癌的复发和转移。靶向BRAF、VEGFR1、VEGFR2、VEGFR3和PDGFRβ的索拉非尼是一种口服的多激酶抑制剂,可以影响分化型甲状腺癌的细胞增殖和血管生成,被FDA批准用于治疗晚期难治型分化型甲状腺癌并取得显著疗效。

(2)PDGF:

PDGF是从人的血小板中分离出来的促血管生成因子,与肿瘤的发生发展有密切关系。肿瘤细胞释放的PDGF能诱导血管内皮细胞、平滑肌细胞和肿瘤细胞的增殖和迁移,并抑制其凋亡,对肿瘤血管发生起着直接的作用。PDGF与酪氨酸激酶受体(PDGFR)结合后能够导致受体的自磷酸化作用从而使其激活,受体激活后能通过自分泌和旁分泌的作用刺激癌症细胞、癌症间质细胞以及血管的生长。研究显示PDGF以及受体PDGFR-α、PDGFR。PDGFRα、β在正常甲状腺组织中未见明显表达,PDGFRα与甲状腺乳头状癌淋巴结转移密切相关,激活PDGFRα致使MAPK/ERK和PI3K/Akt信号通路的下游中断,导致肿瘤侵袭能力增加,因此PDGFRα是确定甲状腺癌转移风险的强有力的生物学标记之一。Kim等分析了甲状腺乳头状癌中PDGFR-α和PDGFR-β的单核苷酸多态性(SNPs)表达,结果发现PDGFR-α的SNPs高表达与甲状腺乳头状癌的风险性密切相关。PDGF不仅可以影响肿瘤新生血管的形成,还参与了肿瘤的纤维化过程,研究显示PDGF可以通过激活肝星状细胞而成为肌成纤维样细胞,从而诱导肝脏的纤维化形成。

二、甲状腺乳头状癌超声新进展

1.超声弹性成像

超声弹性成像是通过对组织施加一个内部或外部的动态/静态/准静态的激励,组织产生一个响应(如位移、应变、速度的分布等发生改变),利用超声成像方法,结合数字信号处理技术,估计出组织内部的相应情况,间接或直接反映组织内部的弹性硬度,从而判断组织的良恶性。目前,该项技术广泛应用于甲状腺、乳腺、前列腺、肝等多个脏器。超声弹性成像技术主要通过定性及定量的方法对肿瘤进行评估。超声弹性评分法主要通过色阶变化来评估组织硬度,应变率比值法是通过测量结节周边组织与结节间弹性应变率比半定量的评估结节的硬度,研究显示两者均能有效的鉴别甲状腺结节的良恶性。但以上两种方法只能对结节进行定性或半定量的评估,缺乏客观标准,主观性相对较强。实时剪切波弹性成像(shear wave elastrography,SWE)及声脉冲辐射力成像(acoustic radiation force impulse imaging,ARFI)通过发射声脉冲对组织产生剪切波,通过转化得到杨氏模量值或剪切波的速度,可以定量分析组织的弹性特征,一项meta分析显示SWE技术诊断甲状腺恶性结节具有很高的鉴别诊断价值,其敏感性、特异性分别为84.3%、88.4%,可以作为一种常规的超声检查方法应用于临床。同样地ARFI技术可以对甲状腺结节进行定性定量分析,对甲状腺恶性结节具有较高的鉴别诊断价值,研究发现当VTQ>2.555 m/s时判断甲状腺恶性结节的敏感性、特异性可达86.36%、93.42%。

影响肿瘤硬度的因素包括:肿瘤的组织来源、肿瘤间质成分与细胞成分的比例、肿瘤的继发性变化。ECM是肿瘤间质的主要成分,胶原蛋白是ECM最丰富的成分,其含量增多可致ECM沉积,故分析胶原蛋白的含量可以了解肿瘤组织的间质情况,从而可推断组织的硬度。相关研究显示显示恶性肿瘤中胶原纤维含量明显高于周边正常组织,肿块硬度随胶原纤维含量增加而增加。PTC的病理特点为富含纤维束及砂粒体结构,组织硬度较高,而甲状腺良性结节则主要以滤泡和胶质等成分为主,组织硬度较低,鉴于以上组织学特点,理论上超声弹性成像技术能通过弹性硬度推断甲状腺乳头状癌中的胶原纤维含量。Li等的研究显示甲状腺乳头状癌中胶原蛋白的含量与超声弹性应变率比呈正相关(r=0.839),随着弹性硬度的增高,胶原蛋白的含量亦随之增高,并且有淋巴结转移组的胶原蛋白含量高于无淋巴结转移组。

2.超声造影

肿瘤的发生、发展及转移需血管提供氧及所需的营养物质,当实体肿瘤直径>1~2 mm后,其生长和转移均依赖于血管生成,新生的微血管在肿瘤的生长中发挥重要作用。以往常常通过彩色多普勒超声观察肿瘤的血管情况,但其实观察到的血管是小血管,而非微血管。超声造影技术的出现为观察肿瘤的新生微血管提供了可能,主要对肿瘤血供进行定性或定量的评估。定性评估主要包括造影剂的显影速度、显影强度、分布情况以及血管走形等,可以快速直观地评估血流的血供情况。通过绘制时间-强度曲线可以对肿瘤血供进行定性评价,避免操作者主观因素的影响。目前超声造影广泛应用于肝、肾、前列腺、淋巴结及甲状腺等脏器,并证实超声造影提高了恶性肿瘤的检出率,可以有效鉴别肿瘤的良恶性。Sun等的meta分析结果显示超声造影对甲状腺良恶性的鉴别具有很高的准确性,可以显著提高甲状腺结节诊断的准确性。微血管密度(microvascular intensity,MVD)是最常用的量化肿瘤血管生成的指标,可反映肿瘤血管结构及新生血管的形成情况。研究显示甲状腺癌大部分呈低增强乏血供模式,其MVD值远远低于良性结节,甲状腺结节超声造影的峰值强度与MVD呈正相关,因此超声造影可以反映甲状腺乳头状癌的新生血管情况。

3.靶向超声造影

靶向超声造影是通过在微泡表面装配具有靶向作用的配体,使其可选择性地识别、聚集于靶细胞或组织,从而实现靶向显影。肿瘤新生血管成像和抑制肿瘤新生血管的生成已成为肿瘤诊治研究的主流,VEGF及其受体(VEGFR2)是目前研究较多的靶标分子,通过在微泡表面连接VEGFR2抗体,可以评价肿瘤的新生血管生成情况。Bzyl等发现连接VEGFR2的微泡可以特异性地结合乳腺癌肿瘤内皮细胞上的受体,真实反映VEGFR2在乳腺癌肿瘤内聚集情况,甚至可以描述肿瘤内新生血管的细微差异。张莹等对结肠癌皮下移植瘤分别进行靶向VEGFR2脂质微泡与裸脂质微泡超声造影检查,发现靶向VEGFR2的脂质微泡开始消退时间、完全廓清时间与裸脂质微泡比较均有延迟,靶向VEGFR2的微泡与肿瘤内新生血管内皮靶点特异性结合,导致靶向VEGFR2的微泡更多地在肿瘤内黏附和聚集,能持续增强显像,可作为评价肿瘤新生血管及监测抗血管治疗疗效的重要分子成像方法。

随着超声新技术的不断发展,超声诊断已进入多模态诊断,在常规超声的基础上,结合超声弹性成像、超声造影、靶向造影等多种方法,从肿瘤的新生血管及基质部分的生长、侵袭、硬度等方面为诊断提供更多的信息,提高超声诊断的准确性,实现早期诊断、早期治疗。


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