脑肿瘤血脑屏障研究
脑肿瘤血脑屏障研究
科研成果简介
脑肿瘤血脑屏障研究及临床应用
河北医科大学附属唐山工人医院肿瘤放化疗科
本课题于1998年8月立项，发表了多篇相关论文。2008年9月在国家级继续教育大会上，公布了脑肿瘤血脑屏障研究及临床应用的科研成果。此课题通过对脑肿瘤血脑屏障的免疫组化研究、电镜观察、钆喷酸葡胺增强磁共振影像分析、临床药物疗效分析，证实了如下结论：
（1）脑转移癌细胞、组织及毛细血管保持原发肿瘤的特点，其血管通透性也与原发肿瘤一致，不具备形成血脑屏障的基本条件。
（2）低分化脑胶质瘤（Ⅲ-Ⅳ级）由于分化程度较差，与正常脑组织差异明显，导致其血脑屏障功能的缺失。
（3）高分化脑胶质瘤（Ⅰ－Ⅱ级）由于分化程度较好，毛细血管及其组织结构与正常脑组织差别不明显，因此基本保持了较完整的血脑屏障功能。
（4）脑转移癌不具备血脑屏障，可选择不能通过血脑屏障的药物治疗。
（5）原发脑肿瘤可依据MRI钆喷酸葡胺强化不同，指导临床治疗。
这一研究成果为临床药物治疗脑肿瘤奠定了理论基础。填补了脑肿瘤血脑屏障的认知空白。拓展了药物研发的思路。打破了不能通过血脑屏障的药物不宜治疗脑肿瘤的常规，为临床药物治疗脑肿瘤开辟了广阔前景。
科研成果简介
Summary of Scientific Research Achievements
Title: Study on Blood-Brain Barrier of Brain Tumor and Clinical Application.
Dr. Ruilin Wang
Department of Tumor Radiotherapy and Chemotherapy, Tangshan Worker's Hospital Affiliated lo Hebei Medical University.
The project of study on blood-Brain barrier of brain tumor and clinical application was founded in August 1998. After many year research and clinical testing, I have published a few related papers .In September 2008, the scientific research results of blood-brain barrier research and clinical application of brain tumors were published at the National Continuing Education Conference .By using the immunohistochemical study of brain tumor blood-brain barrier, electron microscopic observation, gadolimum-enhanced magnetic resonance imaging and clinical drug efficacy analysis, I made the following conclusions：
（1）The capillaries of brain metastases keep the characteristics of the primary tumoc, and their permeability is the same as that of the primary tumor; so they do not have the basic conditions to form blood-brain barrier
（2）Poorty differentiated gliomas (grade Ⅲ-Ⅳ ) are significantly different from normal brain tissues because of their poor differential ion that causing the loss of blood-brain barrier function.
（3）Well differentiated gliomas (gradeⅠ-Ⅱ) maintained the function of blood-brain barner (BBB) Because of the high differentiation. The capillary structure of the high-drfferentiated gliomas is similar to the normal brain tissue.
（4）Metastatic brain cancer does not have blood-brain barrier, so do not need to select drugs that can pass through the blood-brain barrier .
(5)Gd-DTPA enhanced MR imaging can be used to guide the clinical treatment of primary brain tumors.
This study laid a theoretical foundation for clinical drug treatment of brain tumors. It fills the cognitive gap of blood-brain barrier in brain tumors..Expanded the idea of drug development. It breaks the routine that drugs that cannot pass the Blood brain barrier are not suitable for treating the brain tumors, and opens up a broad prospect for clinical drug treatment for brain tumors. This study improves the quality of life and median survival time of patients with brain tumors of lo a new level.
脑肿瘤血脑屏障研究成果简述
目前全世界每年恶性肿瘤的新发病例约1800万人，约有25%的恶性肿瘤患者发生脑转移。在医学界对血脑屏障的认识已成了制约脑肿瘤药物治疗的瓶颈。为了清楚认识不同脑肿瘤血脑屏障的区别，探索更合理的肿瘤药物治疗方法。为临床药物治疗脑肿瘤提供理论依据。我科自1998年以来开展了脑肿瘤血脑屏障研究及临床应用的科研项目。
我们分析认为，颅内转移的途径主要经血运转移。癌细胞随血流到达大脑，到小动脉狭窄处附着增殖。瘤细胞没有通过血脑屏障。随着肿瘤体积增大，瘤细胞产生特异性血管生长因子，从而促进肿瘤新生血管的生成。脑转移癌的细胞、组织及毛细血管应保持其原发肿瘤的特征，其血管通透性也与原发肿瘤一致，不具备形成血脑屏障的基本条件。
血脑屏障是神经元与血液进行物质交换的介质，其基本结构特点包括：（1）毛细血管内皮细胞之间的紧密连接；（2）毛细血管基膜致密；（3）毛细血管基膜外有星形胶质细胞终足围绕形成的胶质膜。
图：血脑屏障的结构基础
一、免疫组化法
通过免疫组化的方法，分辨脑肿瘤各种成分的组织来源，证明脑转移癌内的血管没有血脑屏障的基本结构胶质膜。
找到能表达胶质膜的标志物。应用免疫组化法分别对脑转移癌和脑胶质瘤标本，做免疫标记（CD34）、第八因子相关抗原（F-Ⅷ）、S-100、胶质纤维酸性蛋白（GFAP）、神经纤维细丝蛋白（NF）、神经元特异性烯醇化酶（NSE）、突触素（SYN）和髓鞘碱性蛋白（MBP）染色，共制作免疫组化切片256张。观察其在肿瘤组织中的表达情况。
结果（1）
CD34和FⅧ是定位于血管内皮细胞膜的膜蛋白。它的存在标志着组织中毛细血管的建立。本实验证实脑转移癌组织中和脑胶质瘤组织中此两种成分无明显差异，提示脑肿瘤有其自身独立的血供。
图：内皮细胞标记（CD34）在脑转移癌中呈阳性表达
图：CD34在脑胶质瘤中呈阳性表达
图：第八因子相关抗原（F-Ⅷ）在脑转移癌中呈阳性表达
图：F-Ⅷ在脑胶质瘤中呈阳性表达
结果（2）
S-100、GFAP、NF、NSE、SYN和MBP是表达神经胶质细胞的终丝或微丝结构，此类成分的存在与否，可表明血脑屏障的基本结构中的胶质膜是否存在。实验证明，脑转移癌组织中缺乏此类成分，提示脑转移癌中没有神经胶质膜这种血脑屏障的基本结构。
图：S-100在脑转移癌中呈阴性表达
图：S-100在脑胶质瘤中呈阳性表达
图：神经纤维细丝蛋白（NF） 在脑转移癌中呈阴性表达
图：NF在脑胶质瘤中呈阳性表达
图：神经元特异性烯醇化酶（NSE）在脑转移癌中呈阴性表达
图：NSE在脑胶质瘤中呈阳性表达
图：胶质纤维酸性蛋白（GFAP）在脑转移癌中呈阴性表达
图：GFAP在脑胶质瘤中呈阳性表达
图：髓鞘碱性蛋白（MBP）在脑转移癌中呈阴性表达
图：MBP在脑胶质瘤中呈阳性表达
图：突触素（SYN）在脑转移癌中呈阴性表达
图：SYN在脑胶质瘤中呈阳性表达
免疫组化结论
通过对256张免疫组化切片观察分析，证明了脑转移癌内的血管没有血脑屏障的基本结构胶质膜。脑转移癌组织没有血脑屏障。
二、脑肿瘤血脑屏障电镜观察结果
脑胶质瘤有明显的小血管增生，内皮细胞肥大，部分有变性，血管壁增厚。内皮细胞下基底膜样物质增多，并可见少量胶原纤维。血管周隙可见胶质细胞终足包绕。脑胶质瘤细胞虽有一定程度的异形性，但诱导血脑屏障形成的特征仍然具备。
脑转移癌毛细血管密度较胶质瘤中略少，但内皮细胞多有空泡变性，部分区域间隙扩大，基膜薄，且不均一，不连续，纤细疏松，窗孔是高通透性血管的特征。瘤细胞间可见散在淋巴细胞浸润。毛细血管外周未见胶质细胞终足形成的胶质膜。此外，来源于肝癌脑转移的病例可见部分微小血管呈血窦样结构，与转移癌来源组织的血管结构相似。根据此项观察结果分析：转移癌细胞不能在脑中诱导生成具有血脑屏障特征的血管。脑转移癌不存在血脑屏障。
图：肺癌脑转移内皮细胞连接结构存在，但基膜厚薄不一
图：胶质瘤内皮细胞增生，基膜样物质增多
图：胶质瘤小血管增生，内皮细胞肥大，部分变性
图：肝癌脑转移部分微小血管呈血窦样结构
血窦（sinusoid）或称窦状毛细血管（sinusoidcapillary），管腔较大，形状不规则，主要分布于肝、脾、骨髓和一些内分泌腺中。血窦内皮细胞之间常有较大的间隙，故又称不连续毛细血管（discontinuouscapillary）。不同器官内的血窦结构常有较大差别，某些内分泌腺的血窦，内皮细胞有孔，有连续的基板；有些器官如肝的血窦，内皮细胞有孔，细胞间隙较宽，基板不连续或不存在。
图：肺癌脑转移部分小血管内皮细胞增生肥大或变性，内皮细胞连接结构存在，基底膜厚薄不一
图：肺癌脑转移小血管内皮细胞空泡变性
图：肺癌脑转移小血管内皮细胞空泡变性
图：肺癌脑转移血管内皮连接松散。部分区域间隙有扩大，基底膜薄且不均一，其外可见多少不等的胶原纤
图：30915-916：胶质瘤血管壁增厚，内皮细胞下基膜样物质增厚，可见极少量胶原纤维。肿瘤周边部分血管周隙增宽或胶质细胞足突水肿。
电镜观察分析：脑转移癌细胞、组织及血管保持原发肿瘤的特征，其血管通透性也与原发肿瘤一致，不具备形成血脑屏障的基本条件。本项研究2003年10月完成。
“脑转移癌血脑屏障超微结构研究”论文发表在《中国肿瘤临床》2004年31卷17期。
三、强化磁共振影像对脑肿瘤血脑屏障研究
为了清楚认识不同脑肿瘤血脑屏障的区别，探索更合理的治疗方法。分析了我院1995年1月--2006年11月，经手术或病理证实，156例脑转移癌和248例脑胶质瘤钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）强化磁共振影像资料，其中男204例，女200例，年龄9--79岁，中位年龄52岁。 共404例磁共振影像资料。
磁共振强化造影原理分析：
钆喷酸葡胺可作为脑部磁共振强化扫描的造影剂，主要是因为它具备以下条件：（1）磁共振的基本成像原理是组织成像；（2）钆喷酸葡胺是水溶性小分子物质，不能通过血脑屏障；（3）可以迅速通过全身毛细血管壁，渗透到周围组织中。
成像方法：
使用GE 1.5T twin speed with exciteⅡ超导磁共振扫描仪，常规MRI包括横轴位、矢状位及冠状位，横轴位FLAIR序列T1WI：TR1800ms，TE20ms，TI750ms，FOV24×18cm，矩阵320×224，3NET；横轴位FRFSET2WI ：TR 4500ms，TE102ms，矩阵320×256，3NET ；横轴位 液体衰减反转恢复序列（T2FLAIR）（TR8500 ms，TE120ms，TI2100 ms）。全部病例均行横、矢状位和冠位T1WI增强扫描（0.1mmol/kg体重，钆喷酸葡胺注射液）以上检查采用相同层面，层厚6mm，间隔1mm。
钆喷酸葡胺是水溶性小分子物质，不能通过血脑屏障。使用钆喷酸葡胺作为脑部磁共振强化扫描的造影剂，分析不同脑肿瘤血脑屏障的差别。
高分化脑胶质瘤的影像特点：高分化脑胶质瘤（Ⅰ-Ⅱ级）的影像特点： T1 加权像多为低信号,T2 加权像呈不规则片状稍高信号，瘤周水肿不明显。Gd-DTPA增强扫描, 肿瘤强化均不明显或仅有轻度强化。
高分化脑胶质瘤的影像特点
图1：孙×，男，星形细胞瘤1级（右颞叶岛叶星形细胞瘤Ⅰ级）。A为轴面T1WI呈低信号；B为T2WI呈高信号；C为T1WI增强，病灶无强化。
低分化脑胶质瘤的影像特点：
低分化脑胶质瘤（Ⅲ-Ⅳ级）的影像特点：T1 像病变呈不均匀的低信号和等信号的混杂表现,T2 像为不均匀高信号,肿瘤形态不规则, 边界较清楚, 灶周水肿及占位效应较明显。增强扫描肿瘤均有不同程度的强化。
低分化脑胶质瘤的影像特点
图2：石×，女，多星性胶质母细胞瘤（右额及基底节区多形性胶质母细胞瘤）。A为轴面T1WI呈高低混杂信号；B为不均匀高信号；C为T1WI增强，病灶呈不规则环状强化，中心坏死区呈低信号。
脑转移癌的影像特点：
156例脑转移癌患者其原发肿瘤分别为：非小细胞肺癌72例、小细胞肺癌46、乳腺癌21、结肠癌6、胃癌5、肾癌2、甲状腺癌2例、肝癌1、喉癌1例。脑转移癌的MRI表现为：（小转移灶常位于灰白质交界区，大转移灶可达脑表或脑深部）肿瘤在T1 加权像为低或等信号，T2 加权像为高信号。肿瘤周围水肿范围广泛，占位效应明显。增强扫描, 肿瘤均有明显强化。
脑转移癌的影像特点
图3：刘×，乳腺癌脑转移（图3A-C左额乳腺癌单发脑转移 ）。A为T1像，B为T2像，C为T1+CA为轴面。T1WI呈低信号；B为T2WI呈高信号；C为T1WI增强，病灶呈结节状强化。
图4：田×，肺腺癌右额及基底结区单发脑转移。A为轴面T1WI呈低信号；B为T2WI呈稍高信号；C为T1WI增强，病灶呈结节状强化。
图5：翁X，肾透明细胞癌。右顶枕叶单发脑转移。A为轴面T1W1呈等信号。B为T2W1呈等信号，中心坏死液化区及瘤周水肿区高信号，C为T1W1增强，病灶呈环状强化，中心为坏死区无强化。
404例磁共振影像研究分析结果：MRI平扫和强化扫描片发现，各种来源的脑转移癌均有明显强化；而高分化脑胶质瘤（Ⅰ－Ⅱ级）则无强化或仅轻度强化；低分化脑胶质瘤（Ⅲ－Ⅳ级）有程度不同的强化。
分析认为：
（1）脑转移癌的毛细血管保持其原发肿瘤的特点，其通透性也与原发肿瘤一致，不具备形成血脑屏障的基本条件；（2）低分化脑胶质瘤（Ⅲ-Ⅳ级）由于分化程度较差，导致其血脑屏障的功能缺失；（3）高分化脑胶质瘤（Ⅰ-Ⅱ级），毛细血管及其周围结构与正常脑组织差别不明显，因此基本保持了较完整的血脑屏障功能。
“脑肿瘤血脑屏障磁共振影像分析”发表在《中国肿瘤临床》2009年第36卷第16期。
四、临床药物治疗研究
羟基喜树碱治疗肺癌脑转移癌疗效观察
临床资料:选择1998年2月～2002年1月我院收治的34例脑转移癌患者，所有患者原发病灶病理诊断明确，具有脑转移癌的症状体征，CT或MRI证实颅内占位性病变存在，并具可测量病灶，其中男21例，女13例，年龄29～73岁，中位年龄55岁。脑转移癌中鳞癌10例，腺癌13例，小细胞未分化癌11例。排除一般情况：不能耐受化疗；严重心肝肾功能不全；骨髓功能衰竭和对羟基喜树碱过敏。
治疗方法、疗效评价及统计处理
方法：羟基喜树碱6--8mg/m2，生理盐水250ml稀释,1次/日静点，连续8-12天，4周重复。每次治疗前及用药后1周检查血、尿常规，肝肾功能及心电图。化疗时给予恩丹西酮4-8mg防止呕吐。连续两疗程后评价疗效。
疗效评价：每两个疗程化疗前及化疗后1月查头部CT或MRI,对病灶进行测量。
评价方法 ：参照WHO实体瘤疗效评价标准及毒副反映评价标准。
脑转移癌临床治疗研究结果分析 ：
我们选择不能通过血脑屏障的药物羟基喜树碱,对脑转移癌患者进行治疗。结果总有效率为76.5%，其中29例在治疗过程中接受过放疗（包括X刀），中位生存期为42周。羟基喜树碱不能通过血脑屏障，对脑细胞毒性明显减少，生活质量提高，治疗脑转移癌疗效显著。这一临床研究结果进一步证实了脑转移癌不存在血脑屏障的理论，为临床药物治疗脑转移癌奠定了理论基础。
典型病例
患者刘某，男，64岁，肺癌脑转移，病理为低分化鳞癌。
图：治疗前头颅MRI影像
图：治疗后头部MRI影像
治疗脑转移癌患者药物的选择：对脑转移癌患者进行治疗,我们不需刻意追求必须能通过血脑屏障的药物。脑转移癌患者多数体质虚弱，对药物的毒副作用耐受性差。强调临床有效，毒副作用小。
“羟基喜树碱治疗肺癌脑转移疗效观察”发表在《中国癌症杂志》2002，12(6)。
另有多项脑肿瘤临床药物治疗研究。这里不再赘述。
结论：
通过对脑肿瘤血脑屏障的免疫组化、电镜观察、MRI强化扫描影像、临床疗效研究分析，证实了如下结论：
（1）脑转移癌细胞、组织及毛细血管保持原发肿瘤的特点，其血管通透性也与原发肿瘤一致，不具备形成血脑屏障的基本条件。
（2）低分化脑胶质瘤（Ⅲ-Ⅳ级）由于分化程度较差，与正常脑组织差异明显，导致其血脑屏障功能的缺失。
（3）高分化脑胶质瘤（Ⅰ－Ⅱ级）由于分化程度较好，毛细血管及其组织结构与正常脑组织差别不明显，因此基本保持了较完整的血脑屏障功能。
（4)脑转移癌不具备血脑屏障，可选择不能通过血脑屏障的药物治疗。
（5）原发脑肿瘤可依据MRI影像钆喷酸葡胺强化不同，指导临床治疗。
这一研究结果为临床药物治疗脑肿瘤奠定了理论基础。填补了脑肿瘤血脑屏障的认知空白。拓展了药物研发的思路。打破了不能通过血脑屏障的药物不宜治疗脑肿瘤的常规，为临床药物治疗脑肿瘤开辟了广阔前景。
