医药学论文：质子磁共振波谱在脑肿瘤中的应用进展

【摘要】 正确诊断脑肿瘤才能更好地对其处理和治疗。1H MRS是获得肿瘤生化信息的非侵袭技术，其对传统的影像学技术提供了重要的补充。对于非肿瘤性病灶和不易手术切除而需放疗或化疗的肿瘤性病灶，无创伤并准确判断病灶性质的方法可取代不必要的活检。本文综述了1H MRS在脑肿瘤分类和分级中的应用，观察肿瘤的治疗反应和肿瘤进展情况，是决定肿瘤治疗计划的重要分子影像学技术。
【关键词】 1H MRS；脑肿瘤；诊断
氢质子磁共振波谱（proton magnetic resonance spectroscopy，1H MRS）是获得组织生化信息，逐渐应用于脑内病灶分类的非侵袭性方法。最早的MRS研究显示脑肿瘤与正常组织间1H波谱有明显差异［1］。近来研究表明，脑肿瘤的代谢与影像学特征间无明确关系［2］。常用Gd-DTPA增强显示肿瘤病灶的性质和范围，但增强区外的1H MRS可显示异常，提示应用分子影像学方法1H MRS可改进脑肿瘤组织的确定并应用于决定放疗方案、立体定向活检的肿瘤定位以及手术切除范围［2］。近年来，1H MRS已逐渐应用于临床和科研。本文目的是总结当前1H MRS的应用：（1）诊断病灶；（2）肿瘤分级；（3）观察治疗反应和肿瘤进展情况；（4）协助制订治疗方案；（5）判断预后。
1 肿瘤1H MRS的意义
活体1H MRS可明确肿瘤类型与代谢特征间的关系，但受到诸多因素的干扰。如：（1）肿瘤常为非均质性，其波谱来源于多种组织成分［3］；（2）肿瘤细胞多样性，存在坏死和囊变组织，在高度浸润肿瘤如胶质瘤中含有正常脑组织；（3）肿瘤生长速度、细胞代谢和细胞密度不一致，部分肿瘤可能含有不同级别的恶性肿瘤细胞；（4）由于小块活检的病理组织学诊断不一定代表整个肿瘤的特征，关键是确定恶性程度最高的部分。因此，活体内4cm3或以上体积大小的波谱并不能同肿瘤的组织病理学诊断完全相关。在不同肿瘤类型中可发现一致的1H波谱模式，统计学方法如模式识别已应用于确定波谱特征与肿瘤类型的关系，即使存在肿瘤非均质性［4］。通过对细胞培养的高分辨率MR研究或活检可进一步获得活体1H MRS所提供的生化信息［5］。应用HR MAS（高分辨魔角旋转）获得活检组织详尽的代谢信息与酸提取法不同，可与活体波谱直接比较［5］。标准的组织病理能进一步确定代谢特征与肿瘤类型的关系。
N-乙酰天冬氨酸（NAA；峰值位于2.05ppm）仅存在于神经元内，被认为是神经元的标志。由于大多数脑肿瘤为非神经元性起源，NAA可减少或消失。肿瘤病灶的1H MRS中出现NAA，提示浸润性肿瘤如胶质瘤混合活性神经细胞。
tCho（单峰位于3.22ppm，由胆碱、磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱组成）波峰在脑肿瘤较正常脑组织增高，被认为是脑及其他组织肿瘤的标志［1］。胆碱水平与胶质瘤、脑膜瘤的增殖潜力相关，后者由肿瘤组织Ki-67标记的免疫组化分析明确［6］，进一步证实tCho与恶性程度直接相关。然而必须明确，脑膜瘤大多为良性且生长缓慢，但其胆碱值可与星形细胞瘤Ⅲ级的胆碱值相当［4］。
tCr（峰值位于3.04ppm和3.9ppm，分别源于磷酸肌酸和肌酸）在星形细胞瘤中减少，而在脑膜瘤、神经鞘瘤和转移瘤中消失［4］，与活体外观察的一致。肿瘤代谢中tCr减少的意义尚不清楚。
肌醇（mI，活体内表现为多种成分，单峰值为3.56ppm）可见于短回波时间（TE）中。mI是脂肪代谢的前体，因此细胞增殖加速时增高。mI多见于星形细胞瘤中，低级别胶质瘤中增高，非胶质细胞瘤如神经鞘瘤和脑膜瘤中较低或消失［1］。据报道，血管外皮细胞瘤中高水平的mI可鉴别于脑膜瘤［7］。甘氨酸（Gly，峰值位于为3.56ppm）位置同mI一致，一些肿瘤中的3.56ppm峰值增高［4］，有时被标记为mIG。位于3.56ppm的较低峰值见于星形细胞瘤的长回声波谱中，长T2中被认为是Gly而非mI。肿瘤组织的HR MAS研究显示在星形细胞瘤中Gly和mI均增高，随着级别增加而降低，在脑膜瘤中消失。宽的多重谱线（2～2.4ppm和3.8ppm）源于谷氨酸和谷氨酰胺（Glx）见于短TE。Glx是脑膜瘤的重要特征，反映能量代谢变化即谷氨酰胺的部分氧化而非糖酵解，终产物为丙氨酸（Ala，双峰位于1.47ppm），后者在脑膜瘤中增高［4］。谷胱甘肽（GSH，多重谱线位于2.9ppm和3.8ppm）是上述代谢通路的一部分，近来已确认在脑膜瘤的活体MRS中较星形细胞瘤高［8］。
乳酸（双峰位于1.33ppm）常见于肿瘤中，由于首选无氧糖酵解，高级别肿瘤中明显增高。然而，乳酸水平与肿瘤级别或PET显示的代谢率相关性差［9］。乳酸存在于细胞内及细胞外腔中，总水平反映了代谢率和清除率。坏死或囊变区的清除率降低可致乳酸水平增高，与高级别肿瘤的糖酵解增高无关［9］。
脂肪（1.3ppm和0.9ppm）在短TE中是高级别肿瘤的特征，但在长TE中仅见于41%的高级别肿瘤，源于脂肪的T2弛豫时间远短于主要代谢物［4］。大分子（MM，5.4，2.9，2.25，2.05，1.4，0.87）仅见于短TE波谱，由于其T2弛豫时间更短，在一定程度上，脂肪信号被认为是妨碍，它混淆了乳酸和丙胺酸，因此有时更倾向于长TE的研究。活检显示脂肪与坏死相关，后者为高级别肿瘤的组织学特征。动物研究显示，缺氧时甘油三酯以微滴储存于胞质中，5.4ppm MM波谱与凋亡相关；脂肪较少存在于非坏死组织中的事实显示脂肪与星形细胞瘤患者的预后相关［10］。