目的脑肿瘤是危害人类健康的常见疾病,发病率及死亡率均较高。原发性脑肿瘤中以胶质瘤为主,放射治疗是胶质瘤治疗的重要辅助手段,正确鉴别放疗后肿瘤复发和放射性损伤直接影响疗效和患者预后是临床关心的重要问题。目前计算机断层扫描(CT)和核磁共振成像(MRI)是用于鉴别脑肿瘤放射性损伤和复发的常规方法,能够对多数病变做出正确诊断,但放射性损伤有复杂的演变过程,在某个时期内的MRI影像表现易与肿瘤复发混淆,因此常规影像学检查并不能完全鉴别肿瘤复发和放射性损伤。正电子发射断层显像(Positron Emission Tomography, PET)及PET/CT作为一种功能代谢显像技术,借助多种示踪剂可以从不同角度体现病变组织的生理生化改变,反映肿瘤的生物学特性,已越来越多地用于脑肿瘤的术前分级、评价疗效、鉴别肿瘤放疗后的复发与坏死以及判断患者预后等方面。最常用的示踪剂为18F-氟代脱氧葡萄糖(2-[18F] fluoro-2-deoxy-D-glucose, FDG),对肿瘤复发与坏死的鉴别有较高的价值。目前的研究进展是,利用多种不同的示踪剂反映肿瘤的特征,应用多种示踪剂联合显像为临床提供更可靠的信息。本研究分为临床部分和动物实验部分。临床部分通过对一组可疑脑肿瘤放疗后复发患者的FDG、11C-蛋氨酸(methi onine, MET)及1’C-胆碱(choline, CHO) PET/CT检查进行回顾性分析,探讨多种示踪剂PET/CT显像在脑肿瘤放疗后复发和坏死鉴别诊断中单独和联合应用的价值。动物实验部分建立大鼠异位C6胶质瘤模型并给予放射治疗,在放疗前、后不同时期分别行FDG、MET、CHO和11C-乙酸盐(acetate, ACE) PET/CT显像,观察多种不同示踪剂的影像学表现与变化,并用免疫组化、RT-PCR及Western blot等方法观察大鼠C6胶质瘤在放疗前后病理学以及分子生物学方面的变化,探讨多种示踪剂PET显像的主要影响机制。资料和方法一、临床部分：选取2005年9月至2009年9月间,临床可疑脑肿瘤放疗后复发并于我院行PET/CT检查的患者38例,其中24例行MET和FDGPET/CT检查,14例行CHO和FDG PET/CT检查。38例患者中1例患者同时伴随有复发和放射性损伤,因此共39个病变纳入本研究,通过病理证实28个,临床及影像学随访证实(>6个月)证实11个。对所有患者的PET/CT行视觉和半定量分析。①视觉分析：病灶的示踪剂浓集程度高于周围正常脑组织或对侧相应部位时为阳性；病灶的示踪剂浓集程度低于或等于周围脑组织或对侧相应部位时为阴性。②半定量分析：测量计算病灶与对侧相应部位白质的SUV比值(T/WM)。将PET视觉分析结果与病理或临床随访结果进行对照,分别计算FDG与MET、CHOPET对脑肿瘤放射治疗后复发和坏死鉴别诊断的灵敏度、特异度和准确度。对脑肿瘤放疗后复发和坏死的各种示踪剂的T/WM进行比较。二、动物实验部分：1.C6细胞在高糖DMEM培养基(Dulbecco’s modified Eagle’s medium)中,37℃,5%CO2,饱和湿度条件下培养皿中单层培养。肿瘤细胞呈对数生长期时收集细胞悬液,调整细胞浓度至1×108/ml。2.SD大鼠185只,雄性,4-5周龄,体重180-200mg。乙醚麻醉后,抽取细胞悬液0.2ml,种植于大鼠右侧腹股沟皮下。肿瘤细胞接种2周后,大鼠右侧腹股沟皮下处结节≥1cm时为肿瘤模型成功建立。模型成功后,随机分为2组,对照组和放射治疗组。3.大鼠C6胶质瘤模型放射治疗：德国Siemens Primus直线加速器,6MV-X射线照射,剂量率2Gy/min,单次照射,总剂量12Gy。照射野为肿瘤边缘外放1.5cm,源皮距(source to skin distance, SSD)100cm。4. PET/CT显像：对照组大鼠分为两组：B1组,接种C6细胞后2周即进行PET/CT显像；B2组,接种C6细胞后3周PET/CT显像。放疗组大鼠分为两组：R1组,放疗后48h内显像；R2组,放疗后1周显像(即接种C6细胞后3周)。B1,B2,R1,R2四组大鼠进行PET/CT显像时,每组内每只大鼠均只随机接受一种11C标记的示踪剂,并于同天行18F-FDG PET/CT显像。5. PET/CT显像处理：图像数据传入Xeleris工作站,得到大鼠C6胶质瘤的CT、PET及PET/CT融合图像,测量肿瘤体积、SUVmax及T/M。测量肿瘤最大标准摄取值(maximal standardized uptake value, SUVmax)及对侧脊柱旁肌肉的平均标准摄取值(mean standardized uptake value, SUVmean),计算二者比值(tumor-to-muscle, T/M)。6.标本处理：荷瘤大鼠完成全部PET检查后,无痛处死。取出肿瘤组织标本,立即分为两部分,一部分置入10%中性福尔马林溶液固定,石蜡包埋；另外一部分迅速液氮冷冻后-70℃保存。7.病理学方法：石蜡切片HE染色,计数细胞密度,免疫组化染色评价葡萄糖转运蛋白1(Glucose transporter1， GLUT1)、 CD98.血管内皮生长因子(vascular endothelial factor, VEGF)、缺氧诱导因子-1α(hypoxia induible factor-1α, HIF-1α)、p53、微血管密度(microvessel density, MVD)、Ki67标记指数(Ki67labeling index, Ki67LI), TUNEL原位凋亡检测法(Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end-labeling, TUNEL)。8.分子生物学方法：用RT-PCR方法检测4F2hc、LAT1、VEGF、p53及HIF-1α mRNA表达水平。用Western blot法检测GLUT1、CD98、VEGF及p53蛋白表达水平。对上述实验室指标组间差异进行单因素方差分析,并将其与PET显像T/M做相关性分析。结果一、临床部分：39个病变中肿瘤复发为28个,放射性损伤11个。视觉分析：FDG PET/CT鉴别脑肿瘤放疗后复发和坏死的灵敏度、特异度及准确度分别为85.7%、81.8%和84.2%; MET PET/CT鉴别脑肿瘤放疗后复发和坏死的灵敏度、特异度及准确度分别为94.4%、87.5%和96%; CHO PET/CT鉴别脑肿瘤放疗后复发和坏死的灵敏度、特异度及准确度分别为90%、75%和86%。半定量分析：在脑肿瘤复发和放射性损伤中FDG T/WM分别是2.53±1.11,1.40±0.57,二者有统计学差异(P=0.003)；在脑肿瘤复发和放射性损伤中MET T/WM分别是4.44±1.16,1.57±0.73,二者有明显差异(P=0.000)；在脑肿瘤复发和放射性损伤中CHO T/WM分别为14.70±8.60、7.69±1.89,P=0.033,有明显的统计学差异。联合MET与FDG PET/CT显像,对脑肿瘤放疗后复发和坏死的准确度可达到96%；联合CHO与FDG PET/CT显像,对脑肿瘤放疗后复发和坏死的准确度可提高到92.8%。二、动物实验部分：1.185只实验大鼠,3只未成瘤,种瘤成功率为97.7%。成瘤鼠中5只在放疗过程中或PET/CT显像时因麻醉意外死亡,最后共有177只实验鼠(占95.7%)纳入本研究。2.B1、R1、R2及B2组各组肿瘤的大小分别是8.61±6.57cm3、7.80±7.31cm3、5.21±5.48cm3及8.88±6.16cm3。R2组与B1组、B2组间肿瘤大小差异具有统计学意义(p=0.014,p=0.008)。3.各组大鼠C6胶质瘤均有不同程度的示踪剂摄取,B1组,FDG SUVmax及FDG T/M均明显高于MET、CHO及ACE(P<0.05)；R1组,FDG SUVmax明显高于ACE、MET和CHO (P<0.05), CHOSUVmax明显低于MET和ACE (P<0.05), FDG T/M明显高于其他三种示踪剂(P<0.05)；R2组,FDG SUVmax明显高于ACE、MET和CHO(P<0.05),FDGT/M明显高于ACE、MET和CHO(P<0.05),CHO T/M高于MET和ACE(P=0.01、P=0.00)。B2组,FDG SUVmax及FDGT/M均高于其他三种示踪剂(P<0.05)。4.同一示踪剂的SUVmax、T/M的组间比较结果：FDG SUVmax及T/M,均是R2组低于B1、B2组(P<0.05); CHO SUVmax R1组低于其他三组,T/M R2组高于其他三组；ACE SUVmax、T/M,R2组低于B1、B2组;MET SUVmax B1组高于R2和B2组,T/M R2组低于B1组。5.C6胶质瘤FDG T/M与肿瘤体积之间存在正相关关系(r=0.592,P=0.000),其余各参数与肿瘤体积之间不具有相关性。6.HE染色：B1组C6细胞异型性明显,有病理核分裂像；R1组C6细胞活性欠佳,可见炎细胞浸润；R2组细胞大量坏死崩解,伴有反应性肉芽组织增生B2组与B1组相似,仅坏死略增加。7.B1、R1、R2和B2组的C6胶质瘤细胞密度均数分别是715.7,633.9,355.6和760.6,R2组显著低于其他三组。肿瘤细胞密度与FDG、ACE PET/CT显像T/M呈正相关,与MET及CHO T/M没有相关性。8.免疫组化结果：GLUT-1及CD98阳性细胞均是R2组明显低于B1和B2组；VEGF及HIF-1α阳性细胞,R1组显著升高,R2组明显降低；p53阳性细胞,R1组明显升高；Ki67LI及MVD均是R2组显著低于对照组；R1组及R2组TUNEL凋亡指数显著高于对照组。9. RT-PCR结果：R2组4F2hcmRNA、LAT mRNA表达水平及VEGF mRNA均显著降低,低于其他三组；放疗后R1组及R2组HIF-1α mRNA明显升高；R1组p53mRNA表达水平升高。10. Western blot结果：R2组GLUT-1及CD98蛋白水平显著下降；R1组VEGF及p53蛋白表达水平升高,显著高于对照组。11. GLUT-1蛋白表达水平与FDGT/M呈明显正相关关系；12.放疗前胶质瘤MET T/M与CD98蛋白表达量、Ki67LI、MVD存在明显正相关关系；放疗后肿瘤MET PET/CT显像可以反映肿瘤放射治疗后的急性乏氧水平；13.对照组内Ki67LI、MVD是放疗前肿瘤CHO PET显像的主要影响因素,放射治疗后肿瘤对CHO的摄取程度与Ki67LI、p53及HIF-1α表达量没有明显相关关系。放疗后R1与R2组间,VEGF及MVD与C6胶质瘤CHO PET显像T/M存在明显正相关关系。14. Ki67LI、MVD、VEGF、p53及HIF-1α表达量与各组C6胶质瘤ACE PET显像T/M均没有明显相关关系,表明ACE PET显像肿瘤对ACE摄取程度与Ki67LI、MVD、VEGF、p53及HIF-1α表达量没有明显的相关性,肿瘤ACE PET显像不能反映肿瘤细胞增殖水平、肿瘤内新生血管情况以及乏氧情况。结论1.18F-FDG、11C-MET和11C-CHO PET/CT在鉴别脑肿瘤复发和放射性坏死方面有较高的灵敏性、特异性和准确性；MET PET/CT在鉴别脑肿瘤复发和放射性坏死方面的准确性最高；FDG联合MET或CHO PET/CT,可提高脑肿瘤复发和坏死鉴别诊断的准确性。2.大鼠异位C6/SD胶质瘤模型易于制作,成功率较高,适于形态和功能影像学研究。本研究显示,大鼠C6胶质瘤模型适于观察放疗前后的PET/CT显像变化,在放疗后1周即可利用PET/CT评价早期放疗疗效。3.本研究显示,在评价大鼠异位C6胶质瘤早期放疗疗效方面11C-MET、11C-ACE、18F-FDGPET均较敏感；11C-CHO存在假阳性的可能；11C-ACE在C6胶质瘤放疗前、后不同时期PET/CT显像中的价值与11C-MET相比没有显著差异,优于11C-CHO。4.肿瘤体积、细胞密度及葡萄糖转运体是胶质瘤FDG PET/CT显像的主要影响因素。5.肿瘤细胞氨基酸转运载体表达数量、细胞增殖活性及血管生成是放疗前C6胶质瘤MET PET/CT显像的主要影响因素；放疗后C6胶质瘤MET PET/CT显像不能反映肿瘤增殖活性及血管生成情况；放疗后早期C6胶质瘤MET T/M与HIF-1α存在弱的负相关关系,在一定程度上MET PET/CT显像能反映肿瘤放射治疗后乏氧水平。6.放疗前C6胶质瘤CHO PET显像主要受肿瘤增殖活性及血管生成情况影响,放疗后CHO PET显像肿瘤对CHO的摄取水平主要受血流灌注的影响。7. ACE PET/CT显像中肿瘤摄取ACE的水平不受肿瘤体积、细胞增殖活性、肿瘤内新生血管、乏氧等情况的影响,肿瘤细胞密度对ACE PET/CT显像有轻度影响。