胰腺癌与慢性胰腺炎的核磁共振研究

论文摘要

胰腺癌是恶性程度极高的消化道肿瘤,虽然每年新生发病率仅占全世界癌症总发病率的2%,但其5年存活率却不足3%。医学界一致认为早期发现和手术切除是改善胰腺癌的预后最有效的措施,但由于胰腺位置深埋,早期症状不明显,确诊时多已到了晚期,错过了治疗的最佳时期。因此,积极探索和改进胰腺癌的早期诊断方法是我们面临的巨大挑战,也是我们努力的方向。目前临床对胰腺癌的诊断很大程度上依赖于影像学检查,特别是磁共振成像（MRI）,然而MRI诊断过程中,胰腺癌和慢性胰腺炎经常相互混淆,给疾病的鉴别和诊断带来了很大困难。本文遵循了基于核磁共振代谢组学（NMR-based Metabonomics）的研究思路,结合核磁共振波谱（NMR）技术和主成分分析（PCA）方法,对胰腺癌与慢性胰腺炎进行了探索性研究,目的是观察胰腺癌与慢性胰腺炎的代谢特征与组织病理的关系,寻找能够鉴别胰腺癌、慢性胰腺炎与正常胰腺的代谢特征标志物,通过离体NMR技术为胰腺癌的在体磁共振波谱（MRS）研究提供可靠的基础数据支持,协助临床开辟一种简单、高效、无创的胰腺癌早期鉴别诊断方法。在实验设计上,本课题从动物和临床两个不同层面开展平行分析。首先,运用NMR技术观察胰腺癌、慢性胰腺炎与正常胰腺的代谢物特征;其次,通过PCA对测得的NMR实验数据进行多元统计学分析,以实现自动NMR模式识别;最后,将动物实验与临床实验、胰液样品与组织块样品的实验数据合理整合,形成系统完整的NMR基础研究数据。在动物模型方面,本文建立了符合人类慢性胰腺炎和胰腺癌发生发展过程的大鼠模型,运用高分辨魔角旋转核磁共振（HRMAS NMR）技术对大鼠胰腺癌、慢性胰腺炎与正常胰腺的离体组织进行了波谱检测,并结合一维1H NMR谱和二维J-resolved、COSY、TOCSY和HSQC图谱,对胰腺组织的代谢物进行了详细的谱峰归属。通过PCA对HRMAS 1H NMR数据的统计分析,使得大鼠胰腺癌、慢性胰腺炎与正常胰腺之间不同的代谢特征得以直观地展现。在临床研究方面,本文运用液体NMR技术对慢性胰腺炎和胰腺癌患者的胰液样品进行了体外检测分析,并结合一维和二维NMR图谱,对胰液的主要特征峰进行了指认。与此同时,本文还结合HRMAS NMR和PCA对临床胰腺癌患者手术切除的胰腺组织,包括低分化、中分化、高分化胰腺癌组织和正常胰腺组织进行了研究分析。研究结果发现临床胰腺癌病例与大鼠胰腺癌模型的HRMAS NMR分析结果十分相似:相对于正常胰腺组,胰腺癌组的亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、乳酸和牛磺酸浓度明显升高,而甜菜碱、磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱浓度明显降低。胆固醇、3-羟基丁酸都只在胰腺癌组的NMR图谱中出现,其中,胆固醇仅在临床高分化胰腺癌组中出现。在临床胰腺组织中,肌醇浓度也发生了明显改变,这是在动物模型中未观察到的现象。本文还初次尝试对1H NMR图谱层层递进的运用PCA,基本排除脂肪信号等非病理因素造成的代谢物干扰,使动物模型和临床病例的各组样品都得到了良好的区分。然而,慢性胰腺炎和胰腺癌患者的胰液1HNMR图谱极其相似,仅在慢性胰腺炎观察到的乙氧基信号显示了它与胰腺癌的区别,本文推测慢性胰腺炎中出现的乙氧基可能与胰腺中乙醇的代谢有关。在HRMAS NMR波谱学的实验方法上,本文针对生物组织样品的特点,对HRMAS探头进行了温度校正,并对不同样品的魔角旋转速度的合理选择进行了摸索,目的是寻找出最适合胰腺组织样品的实验条件。此外,本文还就大鼠心脏样品的HRMAS NMR实验结果和HPLC实验结果进行了比对分析,发现两种实验方法分别得到的大鼠心脏内牛磺酸相对浓度随心肌缺血时间的变化曲线基本吻合,这充分说明了运用HRMAS NMR方法对生物组织的代谢特征进行体外研究的可行性和可靠性。本文的意义在于:1.对一维及二维NMR图谱中观察到的胰腺组织代谢物进行了详尽的指认;2.临床病例与动物模型的HRMAS NMR研究得到了一致性的结果,由此可以得出如下结论:乳酸、3-羟基丁酸、牛磺酸、甜菜碱浓度的升高,特别是磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱浓度的降低,是胰腺癌区别于正常胰腺组织的代谢特征。此结论可以为临床MRS研究及诊断提供参考。本文是NMR波谱技术在胰腺癌早期诊断与鉴别诊断初步应用可行性的探索性研究。就本文所知,尚未发现临床胰腺癌与慢性胰腺炎患者胰液样品的NMR研究及大鼠胰腺癌与慢性胰腺炎模型、临床胰腺癌患者离体胰腺组织的HRMASNMR研究的相关报道。本文的样品量和研究数据还相当有限,为了提高研究结果的准确性,更深一步对胰腺癌的发病机制进行探索,仍需要基于大量样品量的后续研究来完善。

论文目录

• 论文摘要
• ABSTRACT
• 英文缩略词
• 第一章 前言
• 第一节 高分辨魔角旋转核磁共振的研究进展
• 第二节 胰腺癌的研究现状
• 第三节 基于NMR的代谢组学研究
• 参考文献
• 第二章 大鼠胰腺癌与慢性胰腺炎代谢特征的比较分析
• 第一节 大鼠原位诱发胰腺癌与慢性胰腺炎模型的建立
• 第二节 大鼠胰腺癌与慢性胰腺炎离体组织的高分辨魔角旋转核磁共振波谱的比较分析
• 参考文献
• 第三章 人胰腺癌的代谢特征分析
• 第一节 人胰液的液体核磁共振波谱分析
• 第二节 人胰腺癌离体组织的高分辨魔角旋转核磁共振波谱分析
• 参考文献
• 第四章 基于核磁共振代谢组学的相关研究及方法探索
• 第一节 HRMAS探头的温度校正
• 第二节 HRMAS探头魔角旋转速度的优化
• 第三节 高分辨魔角旋转核磁共振波谱与高效液相的分析结果比对
• 参考文献
• 附录
• 后记