鼻咽癌在我国南方地区为常见的头颈部恶性肿瘤之一。目前,鼻咽癌晚期最有效的治疗手段仍然是强调放疗联合化疗,患者5年生存率可达80%～90%[1],但治疗失败往往与肿瘤的局部复发、转移相关。有研究表明,抗血管生成治疗可以阻止肿瘤生长,从而有效防止肿瘤局部复发与转移。目前部分抗血管生成的靶向药物已经取得了很好的临床效果[2],因此,鼻咽癌抗血管药物治疗成为了新的热点。但是如何监测和评估抗血管药物疗效是目前存在的一个问题。评价抗血管生成疗效的“金标准”为微血管密度(microvasculardensity,MVD)[3],但这需要通过病理取材,具有创伤性和反复性差,且受取材部位的影响。而采用影像学的非侵入性方法监测鼻咽癌抗血管药物治疗的疗效,可以做到反复性及无创性,是一种有效的检查手段。笔者从影像学评估抗血管生成的疗效及其价值进行阐述,希望能够找到有效的影像学方法评估鼻咽癌患者的抗血管生成治疗疗效,并为临床制定个体化治疗策略,以改善患者预后。

1、鼻咽癌血管生成及抗血管生成治疗

鼻咽癌是一种血管依赖性的恶性肿瘤,肿瘤血管的生成决定肿瘤的生长、侵袭及转移程度,抗血管生成治疗将是鼻咽癌治疗的重要组成部分[4]。自1971年Folkman[5]首次提出“肿瘤的生长浸润依赖于肿瘤内的血管生成”后,已经有抗血管生成治疗药物被开发且运用于临床。

肿瘤通过出芽(sproutin)、套叠式生成(intussusception)、血管生成拟态(vasculogenicmimicry)、循环内皮前体细胞的作用(vasculogenesis)和镶嵌体血管(mosaicbloodvessels)等方式产生新生血管[6]。肿瘤早期通过弥散方式获取氧气,当肿瘤体积>2mm时,容易导致肿瘤缺氧,因此必须通过产生过多的促血管生成因子来启动血管生成过程,是一种缺氧适应性调节[5,7]。肿瘤血管通常是不成熟的,在结构上,周细胞覆盖率低、内皮细胞细胞间隙增宽、基底膜的不连续或缺失,导致血管通透性增高,蛋白质进入组织间隙,引起间质流体压力(interstitialfluidpressure,IFP)增加,由此化疗药物不能有效地在肿瘤中传递,所以化疗效果差[8]。肿瘤的快速生长常常伴随乏氧,这导致放疗耐受[9]。抗血管生成治疗可以引起MVD降低,通透性下降,微循环血流速度加快从而改善组织血供和乏氧状态及改善肿瘤血管网络。此外,Jain[10]于2001年提出的血管“正常化”假说,通过抗血管治疗可短暂降低血管通透性,增加血流灌注量,改善缺氧,使血管趋向正常状态,提高化疗和(或)放疗的疗效。因此抗血管治疗及肿瘤血管正常化窗口在治疗中有重要作用。

肿瘤血管结构异常(如毛细血管床扩张)和功能改变(如存在动静脉分流)会引起血容量、灌注量及毛细血管通透性的变化,这成为影像学血管成像的基础。抗血管生成治疗可使肿瘤血管的异常结构和功能恢复到较正常的状态,因此,抗血管生成治疗导致的血流动力学改变均引起相应的影像学参数的变化。

2、影像学对肿瘤抗血管生成治疗的评价

2.1动态超声造影

DCE-US通过利用软件分析动态生成时间-强度曲线(TIC),能够反映微血管的分布和血流动力学情况。超声对比剂的微泡直径约3～5μm,因此不会向细胞组织间隙流出,是一种纯血池对比剂,不受血管通透性的影响。常使用的参数有峰值强度(peakintensity,PI)、平均通过时间、峰值到达时间(timetopeak,TTP)等参数。PI与血管内微泡数量相关,反映微血管血容量。MTT、TTP与微泡通过血管时间有关,反映了微血管血流速度情况。目前,靶向超声对比剂(UCAs)已经得到快速发展,其与肿瘤新生血管表达的特异性受体相结合,可在分子水平上观测到活体内肿瘤组织和血管生成的情况。UCAs试验最常见的用于乳腺癌、结肠癌、卵巢癌、肝癌和前列腺癌的动物模型中[11],目前尚未有鼻咽癌的相关试验报道。已有研究表明[12]超声分子成像(USMI)可以较早地评估抗血管治疗疗效。

因鼻咽部结构复杂,DCE-US很少应用于鼻咽部。但已有研究表明DCE-US具有较好的重复性。Yang等[13]首次使用DCE-US评估重组内皮抑素(RHES)在鼻咽癌的抗血管生成治疗的效果。研究发现,在给予RHES后的3天内,治疗组PI逐渐升高,TTP和MTT逐渐缩短,分析原因可能是紊乱的肿瘤微环境被重建,基底膜修复和周细胞覆盖率增加,微血管通透性降低,血流灌注及血容量增加,血流速度加快。在第3～5天,RHES启动了抗血管生成作用,使肿瘤微血管退化,导致血液灌注降低,这些相应地表现为PI值的降低和TTP和MTT值的增加。研究认为鼻咽癌患者的血管正常化窗口时间范围为给药后5天内。通过早期DCE-US相关参数的变化,可以估测抗血管药物诱导鼻咽癌血管正常化窗口,这在评估抗血管治疗疗效与预后中发挥重要作用。

2.2CT灌注成像(CTperfusion,CTP)

CTP是指将对比剂经静脉快速团注,同时对选定层面进行快速动态扫描,对比增强的变化以获得感兴趣区(ROI)的时间-密度曲线(TDC),根据不同的数学模型计算出局部组织的血流灌注量,以此来评价器官和组织的血流灌注情况。CTP最重要的优点是对比剂浓度与衰减成线性关系,这有助于测量相关参数,这与磁共振灌注信号强度与浓度的非线性关系是不同的[14]。通常CTP使用的参数有血流灌注值(bloodflow,BF)、血容量(bloodvolume,BV)、MTT、TTP、表面渗透指数等。

有研究发现,头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)的BF和BV均与MVD呈正相关,这提示CTP具有评估血管生成的潜力[15]。刘滔等[16]在运用CTP研究顺铂节拍化疗联合放疗治疗局部中晚期鼻咽癌,探索节拍的抗血管生成效应,试验组与单纯放疗组在治疗中和治疗后BV、BF、PS均减小,MTT随治疗时间增大(趋于正常),试验组均稍明显,这可能是因为联合组相比于单纯放疗,更能改善血流灌注,具有较好的抗血管生成作用,但研究未指出血管正常化的时间。Li等[17]认为,目前CTP对肿瘤血管的正常化评估尚未得到临床证实,需要更多的数据支持。以上说明CTP可反映抗血管生成治疗后的血流灌注情况,但其运用于评估鼻咽癌抗血管生成治疗疗效仍然需要进一步研究。

2.3正电子发射断层成像/X线计算机体层成像(positronemissiontomography/CT,PET/CT)

PET/CT为PET和CT两种先进的影像技术有机结合,探测人体内具有放射性核素标记的示踪剂的摄取及分布信息[18]。它测量肿瘤血管生理和功能变化(包括缺氧、氧代谢及糖利用)。研究表明,avβ3高度表达于肿瘤细胞和新生血管表面并与血管内皮生长因子(VEGF)形成复合物,被认为是血管生成过程中最重要的整合素[19,20],该整合素可以与含RGD三肽的序列特异性结合,并在PET/CT上反映血管生成或抗血管生成治疗的情况。PET/CT常使用的参数为最大标准摄取值、平均标准摄取值、代谢活跃的肿瘤体积。

Cui等[21]在应用PET/CT监测人鼻咽癌异种移植模型抗血管生成治疗早期反应的研究中发现,连续14天每日给予恩度可减慢肿瘤生长,并且从第2天开始肿瘤摄取18F-AlF-NOTA-PRGD2明显低于对照组(P<0.01),提示肿瘤生长抑制最早可在恩度治疗后2天内得到反映。此外,MVD与摄取18F-AlF-NOTA-PRGD2的值呈中度线性相关(r=0.853,P<0.01)。这说明PET/CT可用于监测肿瘤抗血管生成治疗的早期反应,并有可能转化为临床实践。Li等[22]应用18F-RGD示踪剂在PET/CT上的代谢摄取率预测阿帕替尼对不同恶性肿瘤抗血管生成作用的研究中,根据治疗前后肿瘤的最大直径的变化将患者分为反应组和无反应组。发现在治疗前反应组的标准摄取值峰值(SUVpeak)和SUVmean均高于无反应组(4.98±2.34vs3.59±1.44,P=0.048;3.71±1.15vs0.49±2.95,P=0.036)。这说明SUVpeak和SUVmean是很好的预测指标。另外,研究证明较高的SUVmean与无进展生存期的延长相关。以上说明,PET/CT在预测抗血管生成治疗的疗效中具有重要价值。

2.4动态磁敏感对比增强MRI(dynamicsusceptibilitycontrast-enhancedmagneticresonanceimaging,DSC-MRI)

DSC-MRI依赖团注对比剂经过毛细血管床引起的磁敏感效应,使T2*信号减低,获得T2*灌注图像,因对血管内对比剂敏感,故能反映组织血液灌注程度。对比剂首过期间主要存在于血管内,但部分对比剂会很快渗入血管外细胞外间隙(EES),产生的T1增强效应,会抵消部分T2*信号减低效应,导致对血容量的低估。为获取可靠的血管灌注参数,需要选择尽可能减少T1效应的成像序列或预先注射少量的对比剂[23]。DSC-MRI使用的参数有BF、BV、MTT、TTP、PS等。

李媛媛等[24]在重组人血管内皮抑制素联合放、化疗治疗局部晚期鼻咽癌的研究中发现,试验组治疗前后的BV、BF值较诱导化疗前均有明显下降(F=3.05、3.85,P<0.05),MTT值差异无统计学意义,但有上升趋势。试验组的BF在治疗后下降明显低于对照组,这说明重组人血管内皮抑制素的抗血管生成作用。而试验组中MTT治疗前后变化差异虽无统计学意义,但有上升的趋势,可能是经过重组人血管内皮抑制素治疗后,血管正常化,局部畸形的动静脉支消退后,MTT延长。

2.5动态增强磁共振成像

DCE-MRI使用快速T1WI来反映对比剂进出EES所引起的相关参数的变化。静脉给药后,对比剂从EES被动扩散,随着时间的推移,TIC反映了对比剂积累和廓清的动态过程[25]。目前对DCE-MRI的信号变化的后处理有定性、半定量或定量分析三种方法。定性方法仅分析TIC形态,半定量方法计算TIC获得多种指标如曲线下面积(AUC)等,这些方法无法解释微观的生理变化。定量分析方法通过药物动力学模型和动脉输入函数(AIF)分析时间动力学获得。但定量分析使用的动力学模型复杂,最普遍接受的药代动力学模型是Tofts模型,这是一个两室模型,由一个组织室(EES)和一个血管室组成,通过分析可获得各种定量参数[26,27]。Ktrans值:对比剂由血浆转移至EES的容积转运常数。Kep值:对比剂由EES转移至血浆的速度常数。Ve值:对比剂在EES的分布容积(等同于EES)。其三者的关系为Ktrans=Kep·Ve。Ktrans是渗透性、毛细血管表面积和血流量的综合测量指标,已用于评价抗血管生成药物在肝、肾癌等的作用[28,29],其被认为是最有价值的临床应用指标[26]。Kep和Ve被认为是肿瘤治疗试验的次要观察终点[30]。因此DCE-MRI定量参数可以直接或间接反映病变的微循环状态,评估肿瘤组织血管密度、完整性及其渗透性。

丁爽等[31]在裸鼠结肠癌皮下移植瘤模型的研究中,应用DCE-MRI评价贝伐珠单抗的抗血管生成治疗的作用,发现治疗组在治疗后的24h内,Ktrans及Kep持续下降,提示Ktrans及Kep很好地反映了抗肿瘤药物治疗后肿瘤血流灌注减低及细胞增殖活性下降。Liang等[32]使用功能磁共振监测裸鼠结肠癌异种移植瘤抗血管生成治疗发现,在单独使用贝伐珠单抗组中,Ktrans在第6天之前逐渐上升,这提示抗血管生成药物促进血管成熟,使血管功能暂时正常化,对比剂的泄漏减少,导致肿瘤灌注增加,Ktrans值增加。Ktrans在第6天之后呈现下降趋势,第15天达到最低值,推测药物通过抑制新生血管生长导致整体微循环灌注下降,血管通透性下降所致。Ve值在0～9天下降,在第9～12天短暂上升,第15天再次下降,提示对比剂向EES渗漏减少。Kep逐渐上升并在第9天达到峰值,然后逐渐降低回到基线水平,提示EES压力降低,血管外腔与血管内对比剂的交换达到新的平衡。AUC180为对比剂浓度-时间曲线初始180s内的面积,是另一个有价值的参数,可以半定量地测量对比剂从肿瘤血管传递到EES的累积交换量,AUC180值在第6天逐渐升高,在1天短暂的平稳后开始下降,说明对比剂在肿瘤血管内不断积累,随后被抑制,这进一步证实了血管功能的修复。以上参数可以推测血管正常化的时间为3～12天。研究还发现间歇和低剂量应用贝伐珠单抗可以延长血管正常化现象,但不足以抗肿瘤生长,只有联合化疗药物才有效。有研究表明RGD-PAA-USPIOs靶向对比剂可实现肿瘤血管生成的无创体内成像,并在鼻咽癌异种移植模型中评估抗血管生成治疗的早期反应,在血管研究中具有较大的潜力[33]。

2.6动脉自旋标记磁共振灌注加权成像

ASL-PWI是利用循环动脉血中的水质子当做自由扩散的内源性示踪剂进行射频脉冲磁化标记的技术,不需要高压注射外源性对比剂,但其“示踪剂(标记血)”的“半衰期”很短,只相当于血液的T1值,没有PET技术中的示踪剂半衰期长达几分钟,故ASL主要反映了被标记的动脉血内水质子进入组织的速率。ASL在脑实质的研究中已经应用成熟。目前,在鼻咽癌方面主要用于临床分期诊断,ASL与T2抑脂序列的图像融合,具有较好的图像分辨率[34,35]。目前,还未见用于评估鼻咽癌抗血管生成治疗。ASL使用的参数是BF。

有研究[36]采用3D伪连续动脉自旋标记(3D-pCASL)评价恩度对软组织VX2肿瘤抗血管生成治疗的疗效,发现BF与肿瘤的MVD具有较好的相关性,使用抗血管生成治疗后实验组肿瘤边缘及中心的BF、MVD值及VEGF表达均较治疗前及对照组降低,这证实了恩度通过抑制血管内皮细胞迁移、减少肿瘤新生血管形成、改善血管异构以及降低血管通透性的机制发挥抗肿瘤血管生成的作用。这说明ASL在预测抗血管生成治疗具有一定的可行性和较大的应用前景。未来需要更多的研究去证明ASL在抗血管生成治疗中的价值。

2.7基于体素内不相干运动扩散加权成像

IVIM-DWI是一种用于描述体素微观运动的成像方法,采用双指数模型能更精确地评价组织的扩散系数及组织微血管灌注,该模型可应用低b值DWI将扩散与灌注分离。传统的表观扩散系数(ADC)模型过于简单,并未考虑组织的微循环灌注且基于水分子的各向同性运动理论,不能反映出组织的真正病理生理状态。IVIM-DWI使用的参数有真实扩散系数(D值)、灌注相关扩散系数(D*值)及灌注分数(f值)。D值真实地反映了真实的水分子扩散,很大程度取决于肿瘤组织的毛细血管密度,D*值和f值与血流灌注有关。

张琦等[37]证明在鼻咽癌诱导化疗及同步放、化疗治疗前,发现D值越小,反映水分子扩散程度较高,可能预示微血管形成更丰富,含氧量更高,对放、化疗更敏感。Pan等[38]应用IVIM-DWI监测恩度对小鼠肠癌移植瘤抗血管生成治疗的血管正常化窗口,发现在治疗后的第4、6、8、10天,恩度组的D*值明显高于对照组,而在第6、8天,恩度组的f值则明显高于对照组,研究通过组织学参数分析证实,恩度治疗后第4天开始诱导肿瘤血管正常化窗口,该窗口持续时间为6天。研究还发现D*和f值与周细胞覆盖率(r分别为0.469和0.504;P<0.001)和血流灌注(r分别为0.424和0.457;P<0.001)存在良好的相关性,这说明IVIM-DWI可以监测血管正常化的时间。IVIM-DWI是一种新的技术方法,有望用于无创评价抗血管生成治疗疗效,但还需要进一步探索。

3、总结与展望

抗血管生成治疗对抑制肿瘤的生长及预后有重要的作用。影像学评估鼻咽癌的抗血管生成的疗效具有重要的价值,成像方式不同,评价效能不一,并各具有优缺点。CTP成像速度快,重复性好,但具有电离辐射;MRI没有电离辐射,可获得较高的对比度和空间分辨率,但成像速度慢;DCE-US成本低,易重复,无辐射,但受主观性影响较大;PET/CT可在分子水平反映肿瘤血管生成,但价格昂贵;ASL、IVIM无需对比剂,但前者容易失真,后者易产生伪影;虽然检查的方法有多种,但对肿瘤抗血管生成监测还未有统一的检查方法。笔者认为,目前仍有以下问题需要解决:(1)寻找抗鼻咽癌血管生成治疗的有效影像学评价方法、标准及影像生物标志物的具体阈值及作用;(2)寻找抗鼻咽癌血管生成治疗的正常化窗口及药物疗效与时间的相关性。随着影像技术的不断发展和对肿瘤血管生成的不断研究,影像学的前景依然值得期待。

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基金:吴平阶医学基金会临床科研专项资助基金(编号:320.6750.2020-08-15);国家自然科学基金(编号:81760533);广西影像医学临床医学研究中心;广西临床重点专科(医学影像科);广西医科大学附属肿瘤医院优势培育学科(医学影像科).