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肺癌的分子生物学因素与影像诊断

摘要 ：通过病理学研究肺癌的部分癌基因、抑癌基因及肿瘤微血管密度变化，并分析这些肺癌 的影像学表现及征象，找出其中对影像学诊断肺癌具有定性价值的征象，从而使肺癌的分子生 物学与影像学紧密联系起来， 以便更加及时、准确地从影像学的角度诊断肺癌。同时运用影像 学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，对其生 物学行为在影像方面进行定性和定量研究。
关键词 ：肺癌； 生物学；影像

肺癌是人类最常见的恶性肿瘤之一，也是全世界恶性肿瘤致死的首要因素。我国肺癌 发病率从 1973 年至 1990 年平均年递增率为 11.9％。 有专家预测，2025 年我国肺癌死亡人 数将达 90 万至 100 万人。随着分子生物学及基因工程的飞速发展，包括肺癌在内的许多恶 性肿瘤在发病机制上逐渐得到阐明。肿瘤的影像学表现基础是肿瘤分子生物学的改变并由 此导致病理学及解剖学的改变，因此肿瘤的分子生物学改变可以间接地通过影像学来显示， 充分认识及掌握它们之间的联系，有助于通过影像学方法无创地、客观地评价肿瘤的生物 学行为。
1 癌基因、抑癌基因及影像学表现 1.1 p53 基因
1.1.1 分子生物学特征
p53 基因编码 p53 蛋白，p53 蛋白具有强大的抑制肿瘤细胞生长和诱导细胞凋亡的能力， p53 基因的失活对肿瘤的形成起重要作用，p53 蛋白与肿瘤发展过程中的转移、复发等进展 性标志的相关性密切。王志刚等[1]发现非小细胞肺癌的 p53 阳性表达率为 61.67％， p53 的 阳性表达率在肺腺癌及肺鳞癌之间没有差别，p53 的表达水平与患者的年龄、性别、肿瘤的 分期以及淋巴结的转移之间没有明显的相关性。其中 23 例 p53 表达阴性的患者中位生存时 间为 25 个月，而 3 年生存率为 39.13％， 其余表达阳性的患者中位生存时间为 38 个月，3 年生存率为 54.05％。 Miyatake 等[2]发现 p53 阳性的非小细胞肺癌（NSCLC）患者中位生存 期短于 p53 阴性的患者，而且 NSCLCⅠ期患者中突变型 p53 蛋白（+）组的存活时间及无进 展生存期均比 p53（-）组明显缩短。

1.1.2 影像学表现
伍建林等[3]发现 p53 蛋白在肺腺癌和鳞癌组织中均为高表达，分别为 66.7％和 83.3%; 肺癌出现分叶征及淋巴结转移，其 p53 阳性表达率明显增高。毛刺征及胸膜凹陷征与 p53 阳性表达之间无相关性。单秀红等[4]研究了 54 例 NSCLC 增强后 CT 值的上升幅度与微血管密 度及突变型 p53 基因之间的关系。结果显示 CT 增强值与微血管密度（MVD）呈正相关；p53 阳性组的平均 MVD、平均 CT 增强值显著高于 p53 阴性组。刘晓杰等[5]发现 p53 蛋白阳性表 达与肺癌分化程度、瘤体大小及形态、胸膜凹陷和淋巴结转移等 CT 征象有密切关系。彭秀 斌等[6]研究了周围型肺癌的 CT 征像与 p53 基因结构关系，认为分叶、细毛刺、棘状突起、 增强值大小及淋巴结转移等征象与 p53 蛋白异常表达呈正相关。
1.2 ras 基因
1.2.1 分子生物学特征
ras 基因主要调控细胞生长的路径。当该基因发生突变时则导致细胞持续生长，并阻止 细胞的凋亡。与肺癌相关的主要是 K-ras 基因。Simon 等[7]对肺癌的研究发现：44％的腺癌， 50％的大细胞癌以及 46％鳞癌的 K-ras 基因发生突变。朱文等[8]研究表明绝大部分 K-ras 基因突变发现于肺腺癌，近期吸烟和曾有吸烟史的肺腺癌患者 K-ras 的点突变率分别为 32 %和 30％， 明显高于不吸烟者（7％）。
1.2.2 影像学表现
施裕新等［9]探讨肝癌发展中癌基因的变化时，评价了影像学检测癌变和早期癌灶的能 力，大鼠 40 只， 喂含二乙基亚硝胺的水，分别于 6，8， 10， 12， 14， 16， 18，20 周取 5 只大鼠，进行 MRI 检查，然后取出组织进行免疫组化检查。诱癌第 8 周即有 ras 基因呈阳 性表达，诱癌时间延长，癌基因阳性表达率增高。诱癌 12 周开始 MRI 能发现增生结节和癌 灶，癌灶根据分化程度的高低，分为 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级癌灶。
MRI 发现病灶晚于癌基因表达 1 个月。ras 基因表达在 Ⅰ级癌灶中最高， Ⅱ~Ⅲ级癌灶 其次，增生结节最低。Ⅱ~Ⅲ级癌灶 T1 加权像为低信号，质子加权像和 T2 加权像为较高 信号；I 级癌灶 T1 加权像为低信号或等信号，质子加权和 T2 加权像均为等信号，增生结节 灶 T1 加权像为等信号，质子加权像和 T2 加权像为等信号和较高信号。癌基因阳性表达的 结节生长较快， 易形成较大结节，有可能发展成肿瘤，影像表现结合 ras 基因表达能提高 病灶的定性能力。
1.3 表皮生长因子受体 1.3.1 分子生物学特征
表皮生长因子受体（EGFR）是一种跨膜糖蛋白，有配体依赖性的酪氨酸激酶活性， 除 造血干细胞外，存在于大多数细胞中。在肿瘤细胞衍生、去分化、凋亡、新生血管形成、 侵袭及转移等过程中发挥重要作用，肺癌中 EGFR 的的过度表达常与肿瘤预后差、转移快、 生存缩短等密切相关。EGFR 在早期非小细胞肺癌的阳性表达率 83.1％， 而且腺癌中表达明 显高于鳞癌[10]。

1.3.2 影像学表现
王卉等［11］在体外测定人肺腺癌细胞的 EGFR 表达水平与 PET 显像表现之间的关系，结 果表明不同 EGFR 水平的肿瘤细胞对 11C-PD153035（表皮生长因子受体显像）摄取不同，随 着 EGFR 水平的升高，摄取量也增加，放射性摄取与 EGFR 的表达水平显著相关，11C-PD153035 注射后，肿瘤组织摄取速度明显高于机体正常组织，T/NT 比值在 50 分钟内达高峰，不同的 肿瘤 T/NT 比值不同，T/NT 比值与 EGFR 的表达水平明显正相关，离体后的肿瘤组织内的 11C-PD153035 放射性与 EGFR 水平呈明显正相关。Amir Onn 等［12］研究发现 T2 期肿瘤及周 围型肺癌比 T1 期肿瘤及中央型肺癌更容易出现空泡征，在 16 个具有空泡征的肿瘤患者， 有 13 个有 EGFR 过度表达，空泡征的出现与 EGFR 的过度表达相关。这些具有空泡征的患者 的生存期较没有空泡征的患者生存期缩短。同时研究结果认为 EGFR 的过度表达与肿瘤的组 织学类型，肿瘤的直径及发生位置相关。
1.4 C-erbB-2 基因
C-erbB-2 基因与肺癌的组织类型有关，是肺癌恶化转移和预后不良可靠指标。温翠玲 等［13］发现有深分叶征及棘突征的周围肺癌患者，C-erbB-2 的表达水平明显高于无深分叶征 及无棘突征者，细毛刺征者与 C-erbB-2 蛋白表达之间无相关性，这提示在判断周围型肺癌 的恶性程度、转移潜能等方面，棘突征及分叶征比细毛刺征价值更大。同时有淋巴结转移 的患者，C-erbB-2 的表达明显增加。罗良平等[14]研究了肺腺癌及鳞癌影像学表现与 C-erb-2 及 bcl-2 表达水平的关系。结果表明肺鳞癌肿块大小、边缘清楚率及肺门纵隔淋巴结肿大 率与 C-erbB-2 的表达水平呈负相关，三级支气管受累率与 C-erbB-2 呈正相关。腺癌肿块 的大小、边缘光滑率与 C-erbB-2 的表达水平呈负相关，其淋巴结肿大率、三级支气管受累 率及胸膜凹陷率与 C-erbB-2 呈正相关。
1.5 p16 基因
1.5.1 分子生物学特征
p16 基因是一种抑癌基因，由 3 个外显子和其间的 2 个内含子组成，参予细胞周期的调 控，负调节细胞增殖及分裂，一旦发生突变或缺失，则容易导致机体发生肿瘤。p16 又具有 抑制 VEGF 表达的作用，对肿瘤血管生成有抑制作用。
1.5.2 影像学表现
彭秀斌等[15] 的研究显示 46.2％的肺癌患者的 p16 基因表达阳性，有细毛刺、棘突、胸 膜凹陷及淋巴结转移等 CT 征象的患者，p16 基因的缺失和蛋白的丢失率明显高于无以上征 象者，但肿瘤大小、有无分叶、有无空洞、不同增强值与 p16 基因表达无相关性。单秀红 等[16]对 23 例肺癌的研究显示，p16 表达阴性组的平均微血管密度、延迟后 CT 增强值高于 p16 表达阳性组，但是两者之间没有显著差异， 由此说明，p16 可能对周围型肺癌血管生成 有抑制作用，但在本病例组中，这种作用不显著。其原因可能是样本例数少或者 p16 在不 同组织类型中的作用有差异，有待于进一步探讨。
1.6 环氧化酶-2
环氧化酶-2（COX-2）是合成内源性前列腺素的限速酶，肿瘤发生及发展时，COX-2 表

达明显增加，活性增加数十倍[17]。通过合成过多的前列腺素而刺激肿瘤细胞增殖，抑制其 凋亡，并通过诱导血管生长因子的表达促进血管生成，促进肿瘤的侵袭及转移，并可抑制 机体的免疫应答，逃避免疫监视[18－20]。接种了肺癌的小鼠，用 COX-2 抑制剂治疗一周后， MRI 增强扫描我们可以发现肿瘤微血管的通透性及微血管密度明显下降，而对照组则基本没 有改变［21］。
1.7 Bac-2 基因
Bac-2 基因是重要的凋亡抑制蛋白，胡雪君等［22］对 88 例 NSCLC 的研究显示，Bac-2 在 胞浆及胞核的阳性表达率分别为 54.5％及 42.0％，Bac-2 胞浆表达在男性、吸烟者、鳞癌， 及淋巴结无转移者明显升高，Bac-2 胞核表达在女性，不吸烟者，腺癌和肿瘤大小为 T3 和 T4 者中可见升高。
2 肿瘤血管的生成及影像学表现 2.1 肿瘤血管生成
1971 年，Folkman 等［23］ 阐明了肿瘤血管生成在肿瘤的发生，发展，和转移中的重要作 用。通常认为当肿瘤直径小于 1～2 mm 时主要依靠渗透来获得血液供应， 当肿瘤直径大于 2 mm 时，肿瘤进入了快速生长期，肿瘤处于缺氧状态。缺氧可以直接刺激肿瘤细胞和宿主 细胞分泌多种血管生成因子，促进新血管生成。新形成的血管结构紊乱，有广泛的侧枝循 环，没有基底膜及肌层， 内皮细胞间隙增宽，有利于肿瘤的转移以及动静脉瘘形成。
2.2 血管内皮生长因子
血管内皮生长因子（VEGF）是调控血管内皮细胞生长的一类生长因子，是促进血管生 成最重要的因子。它包含 5 种同分异构体，即 VEGF-A，VEGF-B，VEGF-C，VEGF-D，VEGF-E。 VEGF-A 在肿瘤的血管生成以及血行转移中起关键作用。VEGF-B 在淋巴结有肿大的患者含量 明显增高。VEGF-C 及 VEGF-D 主要调控淋巴管的生长，它能够增加肿瘤细胞从淋巴道转移的 机率。VEGF-C 在伴淋巴结转移的肺癌组织表达增高，而 VEGF-D 在伴淋巴结转移的肺癌组织 中表达降低[24]。
2.3 影像学表现
肿瘤微血管密度（MVD）是肿瘤血管生成的重要指标。MVD 的渗透性大小及 MVD 计数的 高低是肿瘤强化的影像学及病理生理学基础。袁东[25]研究表明，肺癌有深分叶征，棘突征 及血管集束征的 VEGF 的表达水平及 MVD 计数明显增加。而且这些影像征象都表明肿瘤有较 强的增值及浸润能力。同时也指出 VEGF 的表达水平与毛刺征、胸膜凹陷征、空洞及空泡征 之间无相关性。林吉征等[26]认为 VEGF 的阳性表达及 VEGF 的计数增加与肺癌的分化程度负 相关，而与有无肺门以及纵隔淋巴结转移呈正相关。Tateishi U 等［27］研究表明 VEGF 的升 高会引起肿瘤血管密度增加，这导致肿瘤增强后明显强化，可以与良性肿瘤或结节相鉴别。 肺腺癌增强后的平均强化峰值和 MVD 相关；VEGF 阳性腺癌的平均强化峰值与 MVD 呈正相关。
肺癌的 CT 灌注主要用来获取肺癌组织的血流速度、血容量及毛细血管渗透性等指标， 作为病变诊断和鉴别诊断的依据，其生物学基础也是肿瘤血管的生成。MRI 对肺癌血管生成 的判定具有重要作用，增强 MR，血管生成活跃的肺癌强化更加迅速及明显； 尤其是早期强

化程度主要取决于微血管密度； 临床常以此作为判断肿瘤良恶性的依据。以及肿瘤治疗后 效果的评价［28－29］。杨岷及 Quan-Sing Ng 等［30－31］分别研究显示，肺癌在行灌注扫描时，血 流量（BF）、血容量（BV）及表面通透性（PS）都较肺部良性肿瘤明显增加，这 3 项灌注参 数能从不同的方面较好地反映肺癌的血流灌注状态。其中 BV 值较为敏感，PS 特异性稍高， 两者结合，将能提高肺癌诊断准确性。Chin[32]研究显示 MVD、VEGF 与肺癌强化程度（PH） 和 BF 正相关性。
3 肿瘤的增殖和凋亡及影像学表现 3.1 分子生物学特征
肿瘤细胞具有旺盛的增殖活性，而增殖细胞核抗原（PCNA）与细胞 DNA 合成关系密切， 其含量和表达强弱的变化与 DNA 合成及 DNA 复制的活跃程度是一致的。PCNA 是在增殖细胞 中合成和表达的核蛋白，其主要在细胞的 S 期、G1 期和 G2 初期表达［33］。
3.2 影像学表现
邓东等［34］研究发现瘤体直径＞3 cm 者的癌细胞核 DNA 含量值显著高于瘤体直径≤3 cm。 肿瘤具有深分叶征、棘状突征、含气支气管征、血管集束征、胸膜凹陷征和淋巴结转移等 CT 征象与癌细胞的 DNA 含量有显著相关性。何生等[35] 的研究显示当肿瘤最大径＞3 cm 者、 或出现分叶征、棘突征、血管集束征和淋巴结转移时，肿瘤细胞核 DNA 含量显著增高，此 时肿瘤恶性程度更高。
大多数研究表明：PCNA 表达与肺癌分期相关，分期愈晚，PCNA 表达愈高。路晓东等[36] 发现低分化及瘤体最大直径＞3 cm 的周围型肺腺癌的 PCNA 过度表达率明显高于中高分化及 直径≤3 cm 的周围型肺腺癌，有肺门或者纵隔淋巴结转移者较无淋巴结转移者 PCNA 过度表 达率明显增高；有深分叶征、棘突征及血管集中征的周围型肺腺癌其 PCNA 过度表达率明显 高于无以上征象的周围型肺腺癌；而有空气支气管征者其 PCNA 过度表达率明显低于无此征 象者，毛刺征与 PCNA 过度表达率无显著相关性。周晓琳等[37] 的研究认为 PCNA 阳性表达率 升高与非小细胞癌的瘤体＞3 cm、深分叶征、棘状征、坏死、空洞及纵隔淋巴结转移密切相 关，而与毛刺征和含气支气管征无显著相关性。黄学胜等[38] 的研究显示肺癌组织分化越低 其 PCNA 表达越高，CT 征象中肿瘤≥3 cm、深分叶征、淋巴结转移、空洞征和胸膜凹陷征与 PCNA 蛋白表达有密切关系。
4 展望
目前肺癌的分子生物学与影像学表现研究主要集中在个别常见癌基因或抑癌基因与肺 癌的影像征象之间的单纯联系，没有考虑到肺癌的发生及发展是诸多因子相互作用的综合 反映，这个综合反映过程的影像学表现需要更深一步的研究。同时，现在绝大多数是用 CT 或 MRI 平扫的方法来研究肺癌的影像学征象与分子生物学指标之间的联系，很少使用增强 扫描，灌注扫描等成像方法。肺癌是一种基因病，肺癌的基因治疗研究一直在深入，通过 了解肿瘤血管生长情况，肿瘤的微血管密度，对某些物质的浓聚情况，可以判断基因治疗 的效果。

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