采用MR多模态成像显示肿瘤相关性胶原特征（TACS）研究胶原蛋白重组在肺癌浸润演进中的作用

Several factor lead to the invasion of lung cancer, such as anaerobic environment, paracrine, and the rise of interstitial fluid pressure. Recently, collagen reorganization of extracellular matrix was found to be a leading cause of lung cancer invasion, including collagen deposition and redistribution. The tumor associated collagen signature (TACS) can be used to describe the different steps of collagen reorganization. But it is still not clear whether the process of collagen reorganization is continuously or a sudden change? Nowadays, pathology is a main method to display collagen, but such static method is not suitable to observe dynamic process of collagen reorganization. Our studies showed that T1 rho, T2 mapping and DTI imaging of 3.0T MR can quantify and display the amount and distribution of collagen in tumor in vivo, which make the assessment of collagen reorganization noninvasively possible. In this, the objectives of this project are to observe the dynamic process of collagen reorganization in the process of lung cancer invasion by 3.0T MR multimodality imaging, illuminate its importance and to establish the relationships between TACS and the step of lung cancer invasion. We hope that this methods can be used in clinical work to assess the level of lung cancer invasion, provide early warning of invasion in following up and therapeutic evaluation.

肺癌的浸润与多种因素有关，近年来研究发现，肿瘤细胞外基质中胶原蛋白重组与肿瘤浸润息息相关，包括胶原蛋白沉积和胶原纤维重分布，其不同阶段，可采用肿瘤相关性胶原特征（TACS）予以描述。然而重组是逐渐发展的连续过程还是突然发生的质变尚不明确，且目前显示肿瘤胶原蛋白的方法都基于病理组织，这种“静态”的方法，难以观察“动态”的胶原重组过程。我们研究发现，采用3.0T 磁共振T1 rho、T2 mapping和DTI可在体定量评估肿瘤胶原蛋白的含量和胶原纤维的分布，使无创动态评估TACS成为可能。因此，本研究旨在采用3.0T磁共振多模态成像方法，通过显示TACS，1. 观察肿瘤胶原蛋白重组-肿瘤浸润这一系列的动态过程，从而了解它们的内在关系；2. 探索肺癌不同浸润程度所对应的TACS，建立两者的相关性，希望此技术有朝一日能应用于临床，在术前评估病变的浸润程度，在随访中为临床提供预警。

研究背景：本项目采用3.0T医用磁共振多模态成像技术，对不同浸润程度的肿瘤进行T1 rho、T2 mapping和DTI成像，从而无创获得肿瘤胶原蛋白重组和浸润情况，并与病理标本进行对照，分析TACS与肿瘤浸润的关系，藉此明确胶原蛋白重组与肺癌浸润的内在联系，进一步阐明肿瘤生长的微环境因素在肿瘤浸润中的地位和作用。.研究内容：我们采用3.0T医用磁共振对肺癌A549细胞裸大鼠皮下种植瘤TACS实现无创可视化，并定量分析了多模态MR参数与肿瘤浸润性的相关性，最后探究了肺癌A549细胞裸大鼠皮下种植瘤胶原蛋白重组与肿瘤浸润之间的动态关系。.重要结果：我们发现在成瘤后MR动态监测过程中，肺癌肿瘤的体积显著增大、肿瘤弛豫时间T2、T1、T1rho显著增加，提示肿瘤蛋白成分可能发生显著变化。三维DTI数据分析结果显示，在三个方向上扩散系数的差异逐渐增大，这表示其所反映的纤维数目、分布、走向差异逐渐增大。成瘤后期，越来越多的瘤周纤维倾向于垂直于肿瘤边缘分布。.关键数据：本研究在整个动态MR纵向监测中，对肺癌肿瘤瘤周纤维在三维方向分布进行了初步探究，结果显示，在成瘤后1周、2周、3周，肿瘤胶原纤维分布在整个肿瘤、肿瘤内部以及肿瘤边缘的纤维数目以及走行均有不同。我们对DTI数据所反映的纤维分布进行重点分析，对瘤周纤维与肿瘤边缘切向夹角进行0~30~60~90°分段比较。1~3周每周的组内比较结果显示，在1周、2周，每个分段纤维数目呈递减趋势，且差异明显；在3周，小角度与中角度纤维数无明显差异，但两者均显著多于大角度纤维数目。.科学意义：本项目从肿瘤细胞外基质中胶原蛋白和胶原纤维的特征入手，揭示肿瘤浸润的机制，并用以对肺癌的浸润性做出更为精确的判断。我们从病理基础层面验证了胶原蛋白沉积-胶原纤维重分布-肿瘤浸润是一个动态的连续过程，揭示了其量级、时间、空间的变化规律。