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编号:10274607
金黄地鼠舌癌微血管构筑的实验研究
http://www.100md.com 《实用口腔医学杂志》 1999年第5期
     作者:郑根建 温玉明 李龙江 王昌美

    单位:兰州解放军473医院口腔科 (郑根建 730070);西医科大学口腔医学院 (温玉明 李龙江 王昌美)

    关键词:金黄地鼠;舌癌;微血管构筑;扫描电子显微镜检查

    实用口腔医学杂志990509 〔摘要〕 目的:动态研究金黄地鼠舌癌微血管的空间构筑特点。方法:采用树脂血管腐蚀铸形扫描电镜观察的方法。结果:舌癌血管生成始于上皮单纯增生期。早期增生上皮的血供存在两种形式,原有组织微血管扩张、增粗,以及新血管形成。随着肿瘤细胞增殖、浸润,血管增生加剧,原有组织内毛细血管网、微动静脉及小动静脉发生变化与改建,失去原有组织内的微血管构筑特征,形成肿瘤独特的微血管系统。血管畸形明显,出现多数无功能血管,空间构筑混乱。结论:舌癌微血管构筑和正常组织相比有本质差异。

    Microvascular architecture in lingual carcinoma in hamster
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    Zheng Genjian,Wen Yuming,Li Longjiang,et al.Department of Stomatology,the 473rd Hospital of PLA, Langzhou 730070

    〔Abstract〕Objective:To study the microvascular architecture in the development of lingual carcinoma in hamster. Method:Vascular corrosion casts from the samples in different stages of experimental lingual carcinoma were observed with scanning electron microscope.Results:Elongation and dilation of the existing host microvessels were found in the early stage of carcinogenesis;proliferation of new vessels with abnormal morphological characteristics was found in the proliferation and invading stage of tumor cells.Increased number of capillary,microartery and microvenecus with dilated and turtous morphology was found in the developed stage of the tumor.Conclusion:The microvascular architecture in tongue cancer is different from that in normal tissue.
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    Key words Hamster ;Lingual carcinoma; Microvascular architecture; Scanning electron microscopy

    以往对血管生成的研究常采用光镜、电镜、免疫组化染色等方法,但由于其只反应肿瘤血管的二维平面,因而存在一定的局限性。有文献报道采用血管腐蚀铸型的方法,对颊囊癌、结肠癌、胃癌血管的空间排列进行了研究,但由于舌部解剖的特殊性,未见有自然状态下舌癌发生过程中肿瘤内独特的微血管形态和空间排列特点的报道,更缺乏肿瘤发展过程中微血管空间配布特点的动态研究资料。本实验采用化学致癌剂诱发金黄地鼠舌粘膜鳞癌,采用树脂血管腐蚀铸型扫描电镜观察的方法,从形态学角度模拟自然癌变过程,动态研究肿瘤微血管的空间构筑特点,为舌癌的顺铂白蛋白微球舌动脉灌注治疗(舌癌)提供肿瘤血管的形态学及空间构筑依据。

    1 材料与方法
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    1.1 实验动物及分组

    6~8周龄叙利亚金黄地鼠48只,随机分为6组,每组8只。1组,空白对照组,第21周末处死。2组,用5 g/L DMBA丙酮溶液涂布右舌侧缘中后1/3交界处+局部拔髓针刺激,于第9周末处死。3、4、5、6组处理因素同2组,分别于第12、15、18、21周末处死。

    1.2 血管铸型的制备

    1.2.1 预聚液准备

    按下列比例量取试剂于锥形瓶中:

    (1)甲基丙烯酸甲酯(Methyl methacrylate)90%;

    (2)丙烯酸甲酯(Methyl acrylate)10%;
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    (3)过氧化苯甲酰(Benzoyl peroxide),占总液量的6%。

    混匀后,水浴加热至80~86 ℃,见溶液逐渐变稠,至粘稠度约呈30%~50%水甘油浓度时停止加热,迅速流水冷却,加入苏丹Ⅲ,混匀后置冰箱内备用。商品用甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸甲酯含有阻聚剂对苯二酚,应用前必须用20 g/L NaOH溶液洗涤去除,再用蒸馏水洗至呈中性,用无水亚硫酸钠去水。

    1.2.2 灌注方法

    金黄地鼠血管系统冲洗同金黄地鼠舌癌血管生成的组织定量研究〔1〕。灌注前以体积分数为0.5%戊二醛10 ml灌注固定,然后注入少量单体以防止预聚液接触水后表面硬化,阻塞血管。预聚液内加入液体量1%的促进剂二甲基苯胺(dimethylaniline),混匀后以16~18 kPa的压力于5 min内灌入。至右心房流出预聚液为止,结扎上腔静脉及升主动脉。将注入树脂的地鼠置于60 ℃恒温水浴中浸泡0.5 h,促进树脂硬化。1.2.3 扫描电镜标本的制作及观察
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    取硬化后的肿瘤及周围组织各两块,置入400 g/L KOH水溶液中室温下腐蚀4 d左右,待腐蚀完毕,流水缓缓冲洗,去除腐败组织,于双目解剖显微镜下检查,至无残存组织为止。将标本干燥,真空离子镀膜后,于Amray-1000B型扫描电镜下观察,并摄像记录。

    2 结 果

    正常空白对照组及丙酮涂布+拔髓针局部刺激自身对照侧舌部血管网为一些直径约为15 μm微动脉组成的微血管网,微动脉分出直径约7 μm的毛细血管。这些毛细血管形成似“花蓝状”或“梅花瓣”样的血管袢。低倍镜下呈鱼网状,微动脉间相互吻合,深部肌层的血管为一些直径约6 μm的毛细血管,排列均匀,血管表面光滑,粗细一致,但稍迂曲,这可能和舌是一个运动器官,迂曲的血管和舌的运动功能相一致。(图1)。电镜下测量各级微血管的直径如下:毛细血管4~8 μm,微动脉:10~18 μm,微静脉15~22 μm,小动脉:20~25 μm,小静脉:23~30 μm。电镜下观察小动脉较光滑,有弹性,无内皮细胞印迹,而小静脉管壁不甚光滑,弹性较差,有内皮细胞印迹。
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    图1 正常对照组

    9周组:毛细血管网未见明显变化,其密度稍有增加,但不明显,个别部位微血管直径略有增加(5~10 μm),并发出散在的尖锥型新生毛细血管芽(图2)。

    图2 9周组

    12周组:基本保留了正常组织内微血管空间排布特征。毛细血管排列比较规则,但直径增粗(11~20 μm),血管发生弯曲,有较多尖锥型或圆突型新生毛细血管芽形成。增生上皮的基底部血管开始出现似“竹笋”样新生,血管芽呈尖锥样,血管密度明显增加。其下微血管有迂曲现象,管径增粗至25~35 μm(图3)。

    图3 12周组
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    15周组:微血管构筑发生明显改变,毛细血管网变得不规则,出现狭窄、扭曲及扩张的毛细血管,毛细血管增生变密成团块状集中。微血管管扩张(35~55 μm),小血管增粗(35~60 μm)(图4)。

    图4 15周组微血管变化

    18周组:毛细血管网变得完全不规则,杂乱无章。肿瘤内不同区域内可见稠密的、呈团块状的各种类型的新生血管,形态各异,扭曲囊状扩张,盘旋,窦腔血管多见。囊腔血管外形极不规则,可见多数囊状膨出,周围有大量形态各异的细小血管包绕。微血管相互反复吻合,可见自身血管袢及盲端血管。一些区域出现铸型剂外漏现象。微静脉也发生圆突状及囊球状新生血管芽。微血管在行径途中形成囊球状膨大,并可见长形而无分枝的微血管,直径5 μm,微动脉、小静脉及小动脉进一步扩张(直径65~80 μm)、迂曲(图5)。
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    图5 18周组,微血管间相互反复吻合,可见自身血管袢。

    21周组:周边区血管生长旺盛,中心区血管增生相对减弱,出现无铸型空间,血管畸形和18周组相似,肿瘤基底部可见血管间存在囊状吻合。肿瘤实质内可见动静脉短路。毛细血管被拉伸。部分区域存在较成熟的毛细血管网,表现为排列相对规则,形态一致,直径均一,相互间存在大量吻合,肿瘤中心区无铸型的空间不规则,周围可见伸长变细的毛细血管,新生毛细血管芽及畸形血管多见。树脂外漏在表面及实质内均可见到(图6,7),微动静脉进一步扩张(80~100 μm),肿瘤外周较大的血管也发生了变化(直径约450 μm)。

    图6 21周组,小静脉内皮细胞核印迹增大。

    图7 21周组,肿瘤内部分区域存在较成熟的毛细血管网。
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    3 讨 论

    对正常组织微血管的研究表明,微循环在组织的独特功能方面起重要作用,其形态特征和空间排布与更有利于功能相适应,血管以更有效地输送氧及营养物质的方式排列的〔2,3〕。以往对肿瘤血管的形态及空间排布的研究均是采用在透明窗中对移植瘤的研究,但透明窗只允许移植瘤侧向生长,压迫肿瘤而影响了肿瘤的大小。而且,移植瘤远离原发组织,肿瘤细胞株也经过了多次传代,因此,其血管形态及增生情况和原发肿瘤有明显的差别。本实验采用化学致癌剂加局部刺激诱发了金黄地鼠舌癌模型,其组织来源和发病部位一致,肿瘤生长空间及微环境均和自然状态下发生的舌癌基本一致。

    微血管铸型由于其铸型剂具有较低的粘性,能可靠地铸型最小的微血管,从而能很好地研究微血管的空间排布及结构特征。从实验结果看,舌部正常粘膜的微血管形成“花蓝状”或“梅花瓣”样的血管袢,低倍镜下呈鱼网状,微动脉间相互吻合。深部肌层的毛细血管为一些直径约6 μm的毛细血管,排列均匀,血管表面光滑,但稍迂曲,这和颊囊的微血管构筑明显不同〔4〕。这可能和舌的功能相适应。舌为具有运动功能的肌性器官,迂曲的肌层微血管和运动相适应,而舌部特殊的血管构筑说明了舌具有更丰富的血供。
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    在单纯上皮增生期,即已出现毛细血管增生现象,进入癌前病变恶性转化时期(轻—中度上皮异常增生),增生上皮的基底部即出现“竹笋”样的血管芽,血管密度明显增加,毛细血管直径增粗、扩张、迂曲并可见锥型和圆突型新生血管芽。进入原位癌阶段,毛细血管进一步增生,大量扭曲、扩张,并密集成团,其下微血管也发生增生现象。发展至浸润癌时,血管生成反应更加强烈,毛细血管增生形成各种畸形血管,微血管及小血管扩张、弯曲。这和金黄地鼠舌癌血管生成的组织学定量研究结果一致。这些结果提示了在舌癌形成的动态过程中,血管生成有三个明显的阶段:在最初阶段,增生的上皮组织是由原来存在的宿主血管供养的,随着上皮增生恶性程度的加重,这些血管发生改变,表现为血管直径增粗、扭曲、扩张,并出现新生血管芽,但基本结构和正常宿主血管床相似。随着癌变开始,肿瘤组织诱发了大量的血管生成。这些新生血管在形态学及空间排布上和宿主的微血管具有明显不同,呈现出特征性的肿瘤诱发微血管。这和Skinner〔5〕等的研究结果相一致。

    现有实验证明,肿瘤细胞的增殖依赖于其滋养血管的增生,而肿瘤血管生成有赖于肿瘤细胞释放可溶性的肿瘤血管生成因子〔6~8〕。由肿瘤细胞、内皮细胞、巨噬细胞释放或已存于间质中的血管生成因子已有实验得到证实,至于它们各自的作用及相互间的关系仍在研究中。一些因子刺激内皮细胞的游走,另一些则诱导细胞有丝分裂。本研究的结果提示了在肿瘤形成过程中至少有两种血管生成反应,癌前病变恶性转化前表现为原有宿主微血管的扩张、迂曲,随着肿瘤的发展,出现微血管的明显增生,可见不同类型的新生血管芽,至癌变浸润癌形成时,出现扭曲、扩张、窦状膨大、管径不一、狭窄、变细的畸形血管,这可能是由于不同的血管生成因子在肿瘤血管生成的不同阶段对其特异性作用的结果,也可能是血管生成因子诱发血管生长有一过程。至于中晚期肿瘤内独特的微血管构筑,如自身血管袢、盲端血管、动静脉短路、血管内反复吻合等形成的机理尚不清楚。正是由于肿瘤内这样特殊的微血管构筑,使肿瘤微循环系统虽然血管丰富,但效率却有所降低。其原因可能是:(1)直径较大的血管作为交换血管时,由于其具有较低的表面面积/容量比,效率较低〔9〕;(2)肿瘤血管形成后由于其血管构筑及分枝模式的不规则,使肿瘤内血管的阻力增加,也使肿瘤微循环效率下降。由此可以推知,随着肿瘤的发展,新生血管诱发明显增多,肿瘤组织中血管所占据的空间明显增多,肿瘤内微循环的功能下降,出现越来越多无功能的血管,这就为舌动脉微球选择性栓塞化疗时微球量的选择提供了依据。
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    本实验发现,在肿瘤表面及实质内有树脂漏出。由于树脂的物理特性,从正常内皮细胞孔或正常细胞连接间漏出几乎是不可能的。漏出的原因可能是由于新生成的血管是一些脆弱而容易破裂的不成熟血管,细胞间连接较松,微血管通透性增加,管壁结构不完整的结果〔10〕。本实验支持了上述观点,因为树脂漏出主要发生在具有异常血管形态的新血管生成区域。

    参考文献

    1郑根建,温玉明,李龙江,等.金黄地鼠舌癌血管生成的组织学定量研究.实用口腔医学杂志,1999,15(2):126

    2 Gannon B,Browing J,O' Brien P,et al.Mucosal microvascular architecture of the fundus and body of human stomach.Gastroenterology,1984,96:866
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    3 Gannon B,Browing J,O'Brien P.The microvascular architecture of the glandular mucosa of rat stomach.J Anat,1982,135:667

    4 李龙江,温玉明,毛祖彝,等.金黄地鼠颊囊癌血管生成的扫描电镜研究.临床口腔医学杂志,1996,11(1):1

    5 Skinner SA,Tutton PJM,O'Brien PE.Microvascular architecture of experimental colon tumors in the rat.Cancer Res,1990,50:2411

    6 Folkman J.Tumor angiogenesis.Adv Cancer Res,1985,43:175

, 百拇医药     7 Folkman J,Kliagsbrun M.A family of angiogenic peptides.Nature,1987,329:671

    8 Schor AM,Schor SL.Tumor angiogenesis.J Pathol,1985,141:385

    9 Konerding MA,Steinberg F,Budach V.The vascular system of xenotraplanted tumors——Scanning electron and light microscopic studies.Scanning Microscopy,1989,3:327

    10 Van Den Brenk HAS,Crowe M,Kelly H,et al.The Significance of free blood in liquid and solid tumors.Br J Exp Pathol,1977,58:147

    (收稿:1998-10-19 修回:1999-01-18), 百拇医药