脑转移瘤瘤周水肿相关分子生物学因素研究进展*

高 佳 刘彦慧 阎 玲 陈小岑 综述 赵路军 审校

·综 述·

脑转移瘤瘤周水肿相关分子生物学因素研究进展*

高 佳①刘彦慧①阎 玲②陈小岑③综述 赵路军③审校

脑转移瘤瘤周水肿指脑转移肿瘤周围脑实质内水分的异常增多，是影响患者生活质量和治疗疗效的关键因素之一，其发生机制复杂，影响因素众多。可能与血管内皮生长因子及其受体、水通道蛋白-4、金属基质蛋白酶-9、白细胞介素-6、乏氧诱导因子及其他分子生物学因素有关，上述分子生物学因素的深入研究可以为瘤周水肿的防治、监测、治疗及预后提供依据。瘤周水肿的治疗除传统的脱水治疗外，相关分子生物学因素的运用可以为其提供新的途径和方向，其中水通道蛋白-4激动剂或拮抗剂，血管内皮生长因子受体拮抗剂已逐步在临床中得到初步应用。本文就脑转移瘤瘤周水肿相关分子生物学因素进行综述。

脑转移瘤 瘤周水肿 分子生物学 研究进展

1Department of Nursing,Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300193;2Department of Nursing,3Depart

ment of Radiation Oncology,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital,National Clinical Research Center of Can

cer,Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy,Tianjin,Tianjin 300060,China

This work was supported by a grant from the Tianjin Key Problem-Tackling Project for Cancer Therapy(No.12ZCDZSY15900)

脑部是恶性肿瘤远处转移的高发部位，约25%的肿瘤患者出现脑转移，成人颅内肿瘤中约40%为转移瘤。脑转移瘤极大降低了患者的生活质量和生存时间，究其原因除了恶性肿瘤细胞本身的不断增殖和侵袭性生长外，其伴随的瘤周水肿（peritumoral brain edema，PTBE）也是影响患者生存质量和疗效的关键因素［1］。目前PTBE的治疗仍局限在激素和脱水治疗上，针对性地治疗尚无相对完善的方案［2-4］。因此，探究PTBE的发生机制及分子生物学影响因素，可以为早期脑转移瘤PTBE的筛查和预测提供理论依据，为临床制定针对性治疗方案提供客观证据，以有效改善患者预后、提高生命质量、延长生存期。目前脑转移瘤PTBE影响因素的相关研究并不成熟，且其发生机制尚不明确。但近几年来，有关PTBE的研究不断得到国内外学者的关注，临床因素以及生物学分子血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、水通道蛋白-4（aquaporin-4，AQP-4）、金属基质蛋白-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）等参与PTBE形成的观点逐步得到诸多学者的证实。现就PTBE相关分子生物学因素进行综述，为后续临床研究工作提供理论依据。

1 脑转移瘤PTBE的临床表现

脑转移瘤PTBE是指中枢神经系统转移瘤所伴发的肿瘤周围神经组织内水含量增多，其临床表现是在脑转移病灶症状的基础上继发产生的。轻微的瘤周水肿一般不会加重脑转移病灶的占位效应，程度较重者则会进一步恶化脑转移病灶的临床症状，逐步出现颅压增高及神经功能损害。患者以头晕头痛症状首发，逐渐发展为视神经乳头水肿、呕吐、焦躁、嗜睡等症状，随后进展为癫痫、肢体功能受限、瘫痪等症状，若水肿波及额叶、颞叶，也有可能产生一定的精神症状［5］，更甚者会波及语言运动中枢引起失语。同时，PTBE的发生为肿瘤细胞的生长创造了良好条件，进一步促进其沿水肿区域的浸润生长，降低了全切除脑转移病灶手术的成功率，增加了术后高复发风险［6］。因此，脑转移瘤PTBE的临床表现需要综合考虑脑转移病灶临床特征及PTBE程度。

2 脑转移瘤瘤周水肿的分子生物学因素

2.1 血管内皮生长因子及受体

血管内皮生长因子是一种内皮细胞有丝分裂原和血管通透性诱导因子，一方面能够与实体瘤VEGF受体KDR（kinase insert domain-containing receptor）结合，刺激肿瘤细胞的增殖与侵袭。另一方面能够以旁分泌的方式特异性作用于血管内皮细胞，与其受体结合，引发一系列信号转导，促进新生血管的生成，破坏血脑屏障的正常生物功能，增加水、电解质、血浆蛋白等物质的渗出，形成水肿。同时，肿瘤瘤体水肿能够分离瘤组织，减轻局部宿主结构的抵抗，促进肿瘤的恶性生长和PTBE的进一步蔓延。VEGF通过与其受体结合而发挥生物学效应［7］。在脑膜瘤［8］、胶质瘤［9］中，VEGF和VEGF受体的表达研究已得到验证。Nassehi等［10］运用ELISA、RT-PCR等免疫组织化学的方法验证了脑膜瘤瘤周水肿程度、组织学分级与VEGF-A、VEGFR-2的表达程度呈正相关，且证实VEGF-A高表达的脑膜瘤中存在相关mRNA的上调。Yao等［11］验证了脑星形胶质细胞瘤中VEGF及其受体的表达随肿瘤的恶性度的增高而增加，且VEGF的表达与肿瘤血管分布以及PTBE的发生呈正相关。

目前，VEGF及其受体参与脑转移瘤PTBE的形成逐步得到证实。Struger等［12］通过免疫组织化学方法对22例接受脑转移瘤切除术者的病理标本进行回顾性研究显示，21例存在VEGF染色阳性且伴有不同程度PTBE，仅1例黑色素瘤存在VEGF染色阴性且未发生PTBE。结果提示VEGF的表达与瘤周水肿程度呈正相关。Kusters等［13］对小鼠黑色素瘤脑转移模型的血管形成机制开展进一步研究显示，脑转移瘤组织中的新生微血管VEGF-A表达较正常脑组织内皮细胞表达升高，表现为血管通透性增加，统计学分析证实VEGF高表达与PTBE程度、肿瘤侵袭性呈正相关，提示脑转移瘤组织VEGF-A的表达水平可有效预测转移病灶恶性程度、侵袭性和PTBE严重程度。

2.2 水通道蛋白

水通道蛋白（aquaporin，AQP）是一类负责转运水分子的高度选择性膜通道蛋白家族，其中AQP-4是脑内含量最丰富的水通道蛋白之一，参与水和离子的转运，主要表达在毛细血管周星形细胞足突、神经胶质界膜及室管膜细胞上。研究证实，AQP-4与胶质瘤、脑膜瘤相关脑水肿的形成有关。Warth等［14］认为AQP-4在脑星形胶质细胞瘤中表达上调和重新分布的现象与PTBE的形成和胶质瘤组织学恶性程度有密切的关系。Wang等［15］运用蛋白质印记和双标记免疫荧光组织化学染色对59例幕上脑膜瘤进行研究，证实了AQP-4参与瘤周水肿的形成，且进一步确定AQP-4表达与VEGF表达存在较强的相关性。Rite等［16］研究表明，甘露醇诱导的高渗环境能够增加小鼠大脑皮层AQP-4的表达，向脑内注入VEGF能够诱导AQP-4的表达。由此推测，AQP-4与VEGF在PTBE的形成中具有协同作用。

在脑转移瘤的研究中，国内学者刘军等［17］对5例肺腺癌脑转移病例经手术切除的肿瘤组织提取总RNA，并进一步行RT-PCR反转录扩增，研究结果发现，AQP-4在脑转移瘤周围脑组织高表达，而在转移瘤组织内未见表达。由此推测，AQP-4在脑转移瘤周围区域表达上调，并以紧贴脑转移瘤的区域为著，这可能与脑转移瘤瘤周脑水肿的形成有关。

2.3 金属基质蛋白酶-9

肿瘤细胞的侵袭生长能力不仅依靠于新生血管的形成，细胞外基质（extracellular matrix，ECM）对细胞的侵袭生长和分化也同样起着重要作用。ECM具有维持组织正常结构与功能的作用，由细胞基底膜和细胞间质成分组成。恶性肿瘤开始侵袭性生长的标志是基底膜完整性被破坏。金属基质蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）是一组Zn离子依赖性内肽酶，几乎能降解ECM的所有成分。其中MMP-9即Ⅳ型胶原酶，可有效降解Ⅳ型胶原蛋白，有助于肿瘤细胞突破基底膜屏障，发生远处浸润转移。MMP-9的表达与PTBE形成具有一定的相关性，且MMP-9能够上调VEGF的表达。Iwado等［18］分析了60例良性脑膜瘤中MMP-9、VEGF蛋白的表达，结果显示，MMP-9、VEGF的表达能有效预测PTBE的形成，MMP-9与VEGF两种蛋白同时表达组较MMP-9、VEGF蛋白表达组的PTBE的程度明显。

2.4 白细胞介素-6

白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）是一种炎性细胞因子，可由多种细胞分泌，其表达不仅与炎症反应相关，也与水肿的产生有着一定联系。Park等［19］分析了36例脑膜瘤IL-6蛋白及其mRNA的表达，其中16例发生了瘤周水肿（44%），PTBE组IL-6蛋白表达的阳性率达75%，而非水肿组阳性率仅为30%，PTBE组IL-6 mRNA的表达水平是非水肿组的7.72倍。由此证明，脑膜瘤PTBE的严重程度与IL-6的表达呈正相关。另外，有学者证实［20］IL-6能刺激VEGF及MMP-9的分泌，参与VEGF特异性作用于血管内皮细胞及MMP-9降解细胞外基质和脑毛细血管基底膜的过程，从而加重血脑屏障的破坏和水肿液的渗出。据此认为IL-6与VEGF、MMP-9共同参与PTBE的形成。

2.5 乏氧诱导因子-1a

乏氧诱导因子-1a（hypoxia inducible factor-1a，HIF-1a）是生物在缺氧状态下维持存活而表达的一种核转录因子。恶性肿瘤组织增生过快必然会造成局部组织严重缺氧和代谢紊乱，HIF-1a的羟基化被抑制从而被激活，相应乏氧反应基因开始转录和表达，对肿瘤在缺氧状态下存活和演进发挥着重要作用。研究发现，HIF-1a的表达与瘤周水肿的形成呈正相关。Jensen等［21］分析了263例颅内肿瘤患者HIF-1a、CA-IX（carbonic anhydrase-IX）、Glut-1（glucose transporter-1）、VEGF的表达及PTBE的程度。结果发现HIF-1a、VEGF、CA-IX和Glut-1与PTBE、肿瘤恶性程度、肿瘤大小和微血管密度呈正相关。对该人群为期75个月的随访发现，患者生存时间与肿瘤恶性程度及HIF-1a表达水平呈负相关。

VEGF是HIF-1a下游靶向基因之一。研究证实［22］，胰腺癌组织中癌细胞生长速度急剧增长产生低氧环境，胰腺癌细胞系在乏氧状态下VEGF高表达，而HIF-1a是乏氧状态的标志性生物学因子。为了进一步验证二者间关系，敲除HIF-1a基因或阻断HIF-1a转录，胰腺癌细胞系VEGF不表达。由此表明HIF-1a作为VEGF上游的调控因子，对VEGF的表达起到关键性作用，共同参与PTBE的形成。

2.6 其他生物学因素

近些年，脑转移瘤PTBE的相关分子生物学因素逐步得到关注，除了以上因子外，有关脑血管形成抑制剂-1（brain-specific angiogenesis inhibitor-1，BAI-1）、类胰蛋白酶（tryptase）、Ki-67抗原标记指数（Ki-67 antigen labeling index）、金属基质蛋白酶-2（MMP-2）等与PTBE关系的研究也见于文献报道，但尚未得到一致结论。Wang等［9］对90例脑星形细胞瘤和11例正常脑组织进行分析，结果发现BAI-1在正常脑组织中高表达，而在脑星形细胞瘤中，随着PTBE程度的加重其表达受到抑制，且发现BAI-1的表达与VEGF、成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）呈负相关。Reszec等［23］研究表明，脑肿瘤PTBE的发生与类胰蛋白酶和HIF-1a的表达呈正相关。Kim等［24］对86例术后脑膜瘤的临床资料进行回顾性分析发现Ki-67与PTBE的形成具有相关性。

3 脑转移PTBE的治疗

目前临床上对脑转移瘤PTBE的治疗仍较有限，主要以激素治疗和脱水治疗为主。在现有药物中，糖皮质激素仍是治疗瘤周水肿的首选药物［3］。其可有效降低颅压，改善神经症状，一般在用药12～18 h即可得到疗效，在3～4 d后效果最为显著。Audersen等［25］利用MRI分析血瘤屏障（BTB）改变，发现地塞米松（0.23～0.64 mg/kg）治疗7 d后，转移瘤和脑胶质瘤引起的PTBE得到明显吸收（分别为57%和67%），症状得到显著改善。甘露醇为临床上常用的脱水药物，通过渗透性脱水，减少脑组织的含水量，从而改善水肿的压迫症状。但长期的脱水治疗会使患者出现低钠血症、血压下降和肾损害症状，目前临床通过与甘油果糖交替使用来避免其发生。

瘤周水肿分子机制和相关分子生物学因素研究的深入，为脑转移瘤PTBE的治疗开辟了新的途径。临床研究证实，AQP-4抑制剂和激动剂的应用能够有效抑制瘤周水肿的发展，在水肿早期应用AQP-4抑制剂能有效抑制细胞毒性脑水肿，在水肿中后期应用AQP-4激动剂能有效抑制血管源性水肿。VEGF及其受体的靶向治疗能有效减少肿瘤血管的形成，从而抑制肿瘤细胞的增殖和减轻水肿［3］。重组人抗VEGF单克隆抗体-贝伐单抗（bevacizumab）的应用有效减轻了脑水肿程度，并明显降低了全脑照射治疗过程中所产生的占位效应。动物实验模型证实，新生血管生成拮抗药物的应用能减少新生血管的生成，保护血脑屏障结构的稳定，维持肿瘤血管的渗透性和间质液的压力正常，从而减少PTBE的发生。

4 结语

目前，针对脑转移瘤治疗及预后的研究，已从单纯临床症状的控制逐步深入到从分子生物学层面剖析脑转移瘤发生发展的机制。通过探究脑转移瘤PTBE相关分子生物学因素，可以预测脑转移瘤PTBE的形成，从而针对高危人群开展早期的预防和治疗，进而改善其预后和提高生存质量。现阶段，脑转移瘤PTBE分子机制研究尚处于初级阶段，相关生物学分子的表达多在脑膜瘤和脑胶质瘤等颅内肿瘤中得以验证，而在脑转移瘤病灶中的表达需进一步证实和研究。PTBE的新型治疗方式，如AQP-4抑制剂、重组人抗VEGF单克隆抗体-贝伐单抗、高压氧等的临床效果需在脑转移瘤PTBE中得到进一步确定。

1 Tsao MN,Khuntia D,Mehta MP.Brain metastases：what's new with an old problem[J]?Curr Opin Support Palliat Care,2012,6(1)：85-90.

2 Moroz MA,Huang R,Kochetkov T,et al.Comparison of corticotropin-releasing factor,dexamethasone,and temozolomide：treatment efficacy and toxicity in U87 and C6 intracranial gliomas[J]. Clin Cancer Res,2011,17(10)：3282-3292.

3 Gamez I,Ryan RP,Keir ST.Corticorelin acetate,a synthetic corticotropin-releasing factor with preclinical antitumor activity,alone and with bevacizumab,against human brain tumor models[J].Anticancer Res,2010,30(12)：5037-5042.

4 Taillandier L,Blonski M,Darlix A,et al.Supportive care in neurooncology[J].Rev Neurol(Paris),2011,167(10)：762-772.

5 Chen SC,Sun WJ.Research progress of peritumoral edema in intracranial tumor[J].Medi Recapitul,2012,18(10)：1483-1486.[陈世超,孙伟建.颅内肿瘤瘤周水肿相关研究进展[J].医学综述,2012,18(10)：1483-1486.]

6 Osawa T,Tosaka M,Nagaishi M,et al.Factors affecting peritumoral brain edema in meningioma：special histological subtypes with prominently extensive edema[J].J Neurooncol,2013,111(1)：49-57.

7 Hu YZ,Wang DH.The relationship between vascular endothelial growth factor and peritumoral brain edema[J].Chin J Neurosurg Dis Res,2012,11(4)：376-378.[胡永珍,王殿洪.血管内皮生长因子与脑肿瘤瘤周水肿的关系[J].中华神经外科疾病研究杂志,2012,11 (4)：376-378.]

8 Nassehi D,Dyrbye H,Andresen M,et al.Vascular endothelial growth factor A protein level and gene expression in intracranial meningiomas with brain edema[J].APMIS,2011,119(12)：831-843.

9 Wang W,DA R,Wang M,et al.Expression of brain-specific angiogenesis inhibitor 1 is inversely correlated with pathological grade,angiogenesis and peritumoral brain edema in human astrocytomas[J].Oncol Lett,2013,5(5)：1513-1518.

10 Nassehi D,Sørensen LP,Dyrbye H,et al.Peritumoral brain edema in angiomatous supratentorial meningiomas：an investigation of the vascular endothelial growth factor A pathway[J].APMIS,2013,121 (11)：1025-1036.

11 Yao Y,Kubota T,Sato K,et al.Prognostic value of vascular endothelial growth factor and its receptors Flt-1 and Flk-1 in astrocytic tumours[J].Acta Neurochir(Wien),2001,143(2)：159-166.

12 Strugar J,Rothbart D,Harrington W,et al.Vascular permeability factor in brain metastases：correlation with vasogenic brain edema and tumor angiogenesis[J].J Neurosurg,1994,81(4)：560-566.

13 Küsters B,Leenders WP,Wesseling P,et al.Vascular endothelial growth factor-A(165)induces progression of melanoma brain metastases without induction of sprouting angiogenesis[J].Cancer Res, 2002,62(2)：341-345.

14 Warth A,Simon P,Capper D,et al.Expression pattern of the water channelaquaporin-4 in human gliomasisassociated with blood-brain barrier disturbance but not with patient survival[J].J Neurosci Res,2007,85(6)：1336-1346.

15 Wang P,Ni RY,Chen MN,et al.Expression of aquaporin-4 in human supratentorial meningiomas with peritumoral brain edema and correlation of VEGF with edema formation[J].Genet Mol Res,2011,10 (3)：2165-2171.

16 Rite I,Machado A,Cano J,et al.Intracerebral VEGF injection highly upregulates AQP4 mRNA and protein in the perivascular space and glia limitans externa[J].Neurochem Int,2008,52(4-5)：897-903.

17 Liu J,Zhao B,Xu YT,et al.Related research of aquaporin water channal and the surrounding edema of cerebullar metastatic tumor [J].Chin J Lab Diagn,2007,11(10)：1307-1309.［刘 军,赵 彬,宿跃田,等.水通道蛋白与脑转移瘤周围水肿的相关性研究[J].中国实验诊断学,2007,11(10)：1307-1309.］

18 Iwado E,Ichikawa T,Kosaka H,et al.Role of VEGF and matrix metalloproteinase-9 in peritumoral brain edema associated with supratentorial benign meningiomas[J].Neuropathology,2012,32(6)：638-646.

19 Park KJ,Kang SH,Chae YS,et al.Influence of interleukin-6 on the development of peritumoral brain edema in meningiomas[J].J Neurosurg,2010,112(1)：73-80.

20 Tzeng HE,Tsai CH,Chang ZL,et al.Interleukin-6 induces vascular endothelial growth factor expression and promotes angiogenesis through apoptosis signal-regulating kinase 1 in human osteosarcoma[J].Biochem Pharmacol,2013,85(4)：531-540.

21 Jensen R,Lee J.Predicting outcomes of patients with intracranial meningiomas using molecular markers of hypoxia,vascularity,and proliferation[J].Neurosurgery,2012,71(1)：146-156.

22 Büchler P,Reber HA,Büchler M,et al.Hypoxia-inducible factor-1 regulates vascular endothelial growth factor expression in human pancreatic cancer[J].Pancreas,2003,26(1)：56-64.

23 Reszec J,Hermanowicz A,Rutkowski R,et al.Evaluation of mast cells and hypoxia inducible factor-1 expression in meningiomas of various grades in correlation with peritumoral brain edema[J].J Neurooncol,2013,115(1)：119-125.

24 Kim BW,Kim MS,Kim SW,et al.Peritumoral brain edema in meningiomas：correlation of radiologic and pathologic features[J].J Korean Neurosurg Soc,2011,49(1)：26-30.

25 Audersen C,Astrup J,Gyldensted C.Quantitative MR analysis of glucocorticoid effects on peritumoural edema associated with intracranial meningiomas and metastases[J].J Comput Assist Tomogr, 1994,18(4)：509-518.

（2013-12-13收稿）

（2014-02-28修回）

（本文编辑：张刡）

Research progress on peritumoral edema-related molecular biology factors of the metastasis tumor of brain

Jia GAO1,Yanhui LIU1,Ling YAN2,Xiaocen CHEN3,Lujun ZHAO3
Correspondence to:Yanhui LIU;E-mail:yh_liu888@163.com

Peritumoral edema(PTE)of the metastasis tumor of brain(MTB)refers to the abnormal increase of moisture in the surrounding cerebral parenchyma of the brain tumor.The mechanism of PTE occurrence of MTB is complicated,and the influencing factors are diverse.PTE is one of the key factors that affect patient survival and cure.Researchers from China and overseas believe that it may be related to the expression of the vascular endothelial growth factor(VEGF)or VEGF receptor,aquaporin-4(AQP-4),matrix metalloproteinase-9,interleukin-6,hypoxia inducible factor-1a,and other molecular biology factors.Studies of these molecular biological factors provide objective scientific evidence for the prevention,control,monitoring,treatment,and prognosis of PTE of metastasized brain tumor.In addition to the traditional dehydration therapy of PTE,the use of PTE-related molecular biological factors provides a new approach for the treatment.AQP-4 agonists or antagonists and VEGF receptor antagonists also have good therapeutic potentials.In this paper,the authors reviewed the PTE-related molecular biological factors of MTB.

metastasis tumor of brain,peritumoral edema,molecular biology,research progress

10.3969/j.issn.1000-8179.20132122

高佳 硕士研究生在读。研究方向为肺癌脑转移瘤。

①天津中医药大学护理学院（天津市300193）；②天津医科大学肿瘤医院护理部；③天津医科大学肿瘤医院放疗科，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市肿瘤防治重点实验室

*本文课题受天津市抗癌重大专项攻关计划项目（编号：12ZCDZSY15900）资助

刘彦慧 yh_liu888@163.com

E-mail：celeste1225@163.com