现代医学观点认为疾病的发生、发展,尤其是肿瘤性疾病,是一个由量变到质变的演变过程。早期发现并采取有效治疗措施,是临床肿瘤工作的重点。然而由于多方面因素,使得肿瘤的早期发现率不高。经常当病人有临床症状而就医时,疾病已达到了比较严重的程度,病人的预后也因此而较差。当然,这不能排除病人本身的主观因素而延误了疾病的早期诊断。但在多数情况下,客观技术上的限制也使得首诊病人的确诊率不是很高。目前,肿瘤性疾病确诊的唯一依据来源于病理组织切片,而传统的病理学诊断主要依据光学显微镜观察形态的变化,带有一定的主观倾向性。随着临床研究和计算机以及计量技术的发展,细胞定量分析技术可作为一种在细胞水平进行分析的较成熟的新技术应用于临床肿瘤的早期诊断中,标准的定量指标使诊断更具客观性。
不同于病理组织切片,细胞定量分析的标本可来源于脱落细胞、刷片或刮片细胞,其研究的目的主要集中在对细胞的生物学(尤其是细胞核)而非组织学特性进行全自动定量分析。目前,用于细胞定量分析的仪器有流式细胞仪和全自动细胞图像分析仪,不管是流式细胞仪还是全自动细胞图像分析仪,二者都是在细胞水平对细胞内,尤其是细胞核的DNA含量、核形态及核抗原等多方面的定量分析。由于肿瘤的发生是由单个细胞基因突变而单克隆增生而引起,细胞学改变要较组织学改变发生早,因此从理论上细胞分析能较病理组织切片更早地发现肿瘤,同时也为细胞定量分析技术应用于头颈部肿瘤的早期诊断中成为可能提供了理论依据。近年来,国外随着计算机应用的普及,细胞定量分析技术也逐步应用于临床诊断和预后判断中,可成为一种较好地辅助诊断的临床新技术。
细胞定量分析技术在头颈肿瘤临床研究中,涉及到以下几个方面:
1、DNA定量分析
肿瘤遗传学研究认为细胞核DNA是细胞的遗传物质,是决定细胞生长、分裂、分化和各种生物学特性的基础。正常细胞核内DNA含量及结构稳定 ,肿瘤细胞则不仅在DNA的结构上发生变化,核内DNA的量也出现异常。人体正常细胞(除生殖细胞外)都有23对染色体,由于是成对,称为二倍体细胞,其DNA含量定量为2c。由于细胞生活周期的存在使得组织中有少部分细胞处于分裂增殖状态,其DNA含量于2c-4c范围内不等,但通常认为即使处于细胞周期S期、G2期的正常分裂的细胞其DNA的量也不应超过以上范围,大于5c的细胞应疑为恶性增生的细胞,DNA量越大则估计为恶性增生细胞的把握性越大。头颈部肿瘤的DNA定量研究中,普遍认为细胞DNA含量的异常在头颈肿瘤的诊断中较有意义。Skotnicka B 等通过利用定量细胞分析仪(CAS-200)对30例喉部鳞状细胞癌病例的DNA定量研究,证实异常的DNA含量可作为喉部鳞癌的一个预兆性指标。Subbo J等对来自263例口腔粘膜白斑病人的标本进行DNA分析,发现DNA含量异常的粘膜白斑的病人发展为口腔鳞状细胞癌的可能性增高,而正常DNA 含量的粘膜白斑病人的危险性则明显降低。Noguchi M等在对193例口腔鳞状细胞癌的DNA内容的分析研究中,认为细胞图像分析系统对于DNA含量异常的肿瘤细胞检测较有意义,尤其是DNA含量大于4c的细胞,异常的DNA含量(4c ER)与病人的预后明显相关,连同其他两个临床指标(临床分期和肿瘤的生长方式)对口腔鳞癌病人诊断治疗方案的选择提供有用的指导意义。
DNA倍体分析作为DNA定量分析的又一指标与细胞DNA含量分析联合检测,其诊断准确性较单一应用某种方法要高。Torsten W等对181个病人的口腔粘膜的251个标本(其中包括粘膜白斑、溃疡和怀疑口腔粘膜癌变的病例)分析,DNA异倍体分析的敏感性96.4%,细胞核DNA含量分析的敏感性为94.6%,而联合两者则敏感性提高到98.2%。Seoane J 等报告36例口腔鳞癌病例中DNA异倍体发生率为41%,并且DNA指数与肿瘤的恶性程度明显相关,提出DNA指数与口腔癌的组织学特征有较好的相关,可作为组织学的分化程度和分级研究的一个辅助指标,DNA分析能够在辅助病理诊断头颈肿瘤中减少主观因素的影响方面提供其应用价值。
有关肿瘤DNA倍体的分类根据1990年第14届国际分析细胞学术会议上根据DI值判断DNA倍体类型的建议:(1)二倍体(Diploid, D):DI=1.00;(2)近二倍体 (Near-diploid, ND):在DNA直方图上出现2个G0/1细胞峰,其中1个G0/1细胞峰的峰位在DNA二倍体G0/1峰的峰位附近,另1个G0/1峰的DI值在0.90-1.10之间;(3)四倍体(Tetraploid, T):DI在1.90-2.10之间;(4)非整倍体(Aneuploid, AN):DI值1.10,但T除外;(5)多异倍体(Multiploid, M):DNA直方图中,除D的G0/1细胞峰外,还有2个或2个以上异倍体细胞G0/1峰。出现后4种DNA倍体类型之一者均为DNA异倍体(Heteroploid, H)。DNA异倍体的肿瘤不管在生物学特性还是临床表现上,都较二倍体肿瘤表现出更高的恶性程度,有学者研究对来自于314例恶性肿瘤病人的DNA倍体分析(原发性肺癌96例、头颈肿瘤146例和大肠癌72例),二倍体肿瘤和异倍体肿瘤的发生率分别为20.4-53.6 和 43.6-79.6%,异倍体肿瘤的复发率是二倍体肿瘤的3倍,但5年生存率却只有二倍体肿瘤的1/2,可见异倍体肿瘤反映了病人有较差的预后。Helma M等针对血浆的细胞学分析时,得出DNA异倍体作为诊断标志物在细胞图像分析中要较前者更为敏感。但对于二倍体干系的肿瘤(近二倍体),尤其是头颈肿瘤中的鼻咽癌,这类肿瘤细胞中的染色质由于病毒感染并整合到宿主细胞的DNA中,细胞分裂发生顿挫、不完全、不对称甚至不分裂,从而使得细胞染色质片段发生轻微的丢失或增加,但仍呈现二倍体干系,在DNA直方图上很难与正常组织细胞区分。Chen MH等在有关鼻咽癌细胞刷片的细胞学诊断和DNA细胞学分析研究中,得出DNA含量以及DNA倍体分析的结果在诊断鼻咽癌时意义不大的结论。
肿瘤细胞的细胞周期分析又是临床肿瘤细胞定量诊断的另一方向。鉴于肿瘤组织异常高的增殖活性,并非由于细胞周期的缩短,而是因为处于增殖状态的细胞数增多,因此处于S期(细胞合成期)的细胞数量可较正常情况明显增多。正常组织中处于S期的细胞分数应低于10%,当S期细胞分数大于10%,并有异倍体时,多为肿瘤。文献报道,在临床诊断中高S期细胞分数的肿瘤有较高的恶性倾向和较高的复发,而生存率则明显降低。Oya R认为口腔鳞状细胞癌病人中,S期细胞分数与局部淋巴结转移密切相关,尤其是S期细胞分数大于27%是淋巴结转移的重要标志,其S期细胞分数越高,则恶性肿瘤的预后相对较差。1997年的ESACP会议提出有关细胞周期分析,除S期细胞分数外,2c Deviation Index和Ploidy Balance (PB)也应用于细胞周期的定量研究。
2、细胞核形态学定量分析
肿瘤细胞遗传物质的异常伴有瘤细胞核形态学的改变,恶变细胞的核内遗传物质增多而使细胞核体积增大,且核形态变不规则,出现病理性核分裂像。Athanassiadou P等用计算机图像分析系统对104例渗出液的细胞学涂片分析,选择核长轴长度和核面积两个细胞形态学参数作为参考指标,认为核长轴长度和核面积在恶性病例组较其它两组有明显统计学意义,细胞形态学参数可作为临床判断细胞学涂片中非典型增生细胞和恶性细胞的又一重要依据。对于鼻咽癌这类头颈部的二倍体肿瘤,DNA倍体的检测往往无统计学意义,而细胞形态学指标可提供肿瘤细胞诊断上的依据,平均细胞面积在肿瘤细胞和正常细胞间有统计意义。宗永生等在早些年对鼻咽癌癌细胞核定量分析中,根据癌细胞、核的形态将低分化鼻咽癌分为小癌细胞群体、梭形或/和不规则形癌细胞群体、泡状核癌细胞和巨瘤细胞四种癌细胞群体。小癌细胞群体中癌细胞大小形态一致,核面积和DNA含量的分布形式大致相当于储备细胞的值,但DNA分布形式与正常细胞相差甚大;梭形或/和不规则形癌细胞群体有不规则的细胞核形态,均存在一定数量的处于≥4c的癌细胞;泡状核癌细胞作为一类较特殊的群体,核面积较淋巴细胞核大三倍多,而核DNA含量依然接近或略多于正常,故癌细胞核单位面积DNA含量/小淋巴细胞核单位面积的比率应小于0.4;巨瘤细胞群体的癌细胞核面积为淋巴细胞的10倍左右,DNA含量约为正常值的6倍。以上除小细胞癌癌细胞核外,其余的在平均核面积与正常柱状细胞有明显差异,但小癌细胞的核DNA含量为非整倍体。肿瘤细胞核内DNA的量和细胞核大小不成比例的增加,使得单位面积核含量下降,因此在诊断泡状核癌细胞时意义较大,癌细胞核单位面积DNA含量/小淋巴细胞核单位面积的比率小于0.4可作为泡状核癌细胞的关键指标。陈怀茂等从平均核面积、平均核圆度、平均核椭圆形状因子以及平均核规则形状因子等形态学参数来比较泡状核癌细胞核与低分化鳞状细胞癌癌细胞核,符合核面积>51.53μm2,核圆度<1.58,核椭圆形状因子>664.47,核规则形状因子>948.40可认为是泡状癌细胞,为诊断泡状癌提供了客观的定量指标。
细胞核形态学的定量分析,尤其是对于二倍体干系的头颈部肿瘤,在DNA含量分析不能提供确切的诊断依据时,核形态学方面的定量指标可辅助临床给出诊断的参考依据。笔者认为在多数情况下,形态学指标并综合DNA含量的定量分析,一方面可以为肿瘤细胞的鉴定诊断提供依据,同时在某种程度上可辅助细胞病理学的分型。
3、AgNOR定量分析
核仁组成区(NOR)定位于D组第13、14、15号染色体和G组第21、22号染色体的体柄上,其80%由蛋白质组成,其余由RNA和少量的DNA组成,该蛋白嗜银性故称为核仁组成区相关嗜银蛋白(AgNOR),反映了细胞的增殖状况。在肿瘤情况下,细胞的增殖活跃,核仁分解或核仁融合缺陷致AgNOR弥散于细胞核内以及细胞倍体数增加等导致细胞核内AgNOR数量增加,同时肿瘤细胞内rRNA转录活性提高,也使得原本不明显的AgNOR变得显而易见。AgNOR数量的增加超过正常情况,提示细胞恶变。近年来,AgNOR的定量分析已应用于诊断肿瘤的增生程度和预后的估计。文献报道平均每核的AgNOR数与肿瘤组织病理分级、淋巴结转移、治疗疗效和生存率都存在相关性。在舌癌、口腔癌中,AgNOR与癌细胞的分化和增殖程度相关较大。鼻咽癌泡状核癌细胞作为其中一种特殊细胞类型,对放射线治疗效果较好,诊断和评价之对临床指导意义较大。陈怀茂等通过癌细胞核仁组成区蛋白的图像定量分析,来评价鼻咽部泡状核细胞癌的不同癌细胞群体增殖能力,提出不管是在细胞面积和每核AgNOR计数,还是AgNOR面积/核面积和每核AgNOR面积上,泡状癌细胞群体均与梭形癌细胞群体存在明显不同,从而证实了相同组织类型鼻咽癌中存在增殖能力异质性细胞群体,其构成比例不同和增生活跃程度是影响鼻咽癌放射治疗敏感性的重要因素之一。AgNOR的相关形态学指标在鼻咽癌诊断中的意义也在Chen M的形态定量学研究中得到证实,平均AgNOR面积、AgNOR数量、AgNOR面积比率和AgNOR面积数量比率在鼻咽癌细胞中有显著性差异,对AgNOR的定量研究可较好的估计组织的增殖活性。
AgNOR 虽然作为一种肿瘤增殖动力学指标,以在肿瘤细胞学诊断中得到了广泛的应用,但对于AgNOR的计量方法和AgNOR的定量形态分型还缺乏统一的标准,还有待于进一步的研究工作使其标准化。
4、总结
细胞学定量分析已在肿瘤诊断中涉及到DNA含量、DNA倍体、细胞核形态学以及AgNOR的定量等多方面。随着计算机技术的进步和临床科研工作的逐步深入,细胞定量分析可作为辅助临床肿瘤诊断及预后估计提供一种更简便、更实用的方法,尤其是为头颈部肿瘤的早期诊断提供更为客观的细胞学依据。
相关文章