心肌梗死后微觀結構重構的擴散張量成像和血清TSP-1的相關性

喻思思， 殷亮， 李淑豪， 鄒倩， 唐雪培， 吳海龍， 龔良庚

·心血管影像學·

心肌梗死后微觀結構重構的擴散張量成像和血清TSP-1的相關性

喻思思， 殷亮， 李淑豪， 鄒倩， 唐雪培， 吳海龍， 龔良庚

目的：探討心肌梗死后不同時間節點心肌重構的擴散張量成像(DTI)指標和血清中血小板反應蛋白-1(TSP-1)的動態演變規律及兩者間的相關性。方法：選用37只成年雄性兔，分為對照組(n=5)和實驗組(n=32)。實驗組采用結扎冠狀動脈左室支來建立心肌梗死模型，分別在術后1、4、8及16周(每亞組n=8)時于存活兔(26只)的耳緣靜脈采血檢測血清中TSP-1的含量，隨后處死實驗兔獲取離體心臟標本進行3.0T DTI掃描，測量心肌梗死區、邊緣區和非梗死區的各向異性分數(FA)和平均擴散系數(MD)值。動態監測DTI指標和TSP-1的變化，分析兩者之間的關系。結果：①心肌梗死區和邊緣區的FA值在術后第1周時均顯著下降，之后下降較緩慢，在第4周時達最低。②心肌梗死區MD值在術后4周內迅速明顯上升而邊緣區MD值呈緩慢漸進性升高，兩者均在第4周時達高峰。③TSP-1在術后4周內迅速顯著升高，在第8周時稍下降，之后又輕度升高，在第16周時達到高峰。④在梗死區和邊緣區，FA值與TSP-1均呈負相關(rCIZ=-0.542，P<0.01；rPIZ=-0.511，P<0.01)，而MD值與TSP-1有正相關關系(rCIZ=0.501，P<0.01和rPIZ=0.436，P<0.05)。結論：心肌梗死后心室重構演變復雜，主要在術后1周時重構最為明顯，4周時達高峰水平。TSP-1可能在重構中發揮調控作用，且對FA值影響較MD值大。

心肌梗死； 心肌重構； 擴散張量成像； 血小板反應蛋白-1

心肌梗死(myocardial infarction,MI)是心血管系統疾病中常見的急危重疾病，其發病率和死亡率都很高。MI后心室重構帶來的負面影響不容忽視，會增加心臟突發事件的危險，如破裂、惡性心律失常、栓塞等，且心功能漸進性惡化可致心力衰竭[1]。對心室重構進行動態監測可為臨床治療提供重要依據和治療靶點。

表1 正常組和心肌梗死組各指標測量結果

注：MD值的單位為×10-3mm2/s。

擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)基于生物體內水分子各向異性擴散原理，能從微觀水平反映組織擴散和空間完整性等信息，可評估心肌纖維重構情況[2]。血小板反應蛋白-1(thrombospondin-1,TSP-1)作為細胞外基質中一種重要的糖蛋白，在心室重構中可能發揮調控作用[3]。本研究旨在觀察MI后心室重構過程中DTI指標和TSP-1的動態演變，分析兩者之間的相關性，以探索心室重構的相關機制。

材料與方法

1.心梗模型制備和分組

模型制備：成年雄性日本長耳白兔，體重2.0～2.5 kg，術前禁食12 h，經耳緣靜脈注射1.5%戊巴比妥鈉(2 mL/kg)誘導麻醉，連接動物心電監護儀。胸骨左側緣切口，剪斷左側第3、4肋骨，暴露并剪開心包，顯示心臟。用縫合線懸吊并固定心尖，于左心耳緣下5～10 mm處結扎左室支，觀察其供血遠端心室壁變蒼白且搏動減弱，心電圖示ST段弓背狀抬高，提示模型制作成功。術后連續4天肌注青霉素(80 U/d)以預防感染[4]。

2.血清學檢測

所有實驗兔在相應時間點經耳緣靜脈采血約4 mL，以轉速3000 rpm離心5 min，獲取清亮血清置于-80℃保存備用。采用酶聯免疫吸附實驗(ELISA)法測定血清中TSP-1的含量。

3.MRI掃描及圖像后處理

DTI掃描：將離體心臟懸空固定在容器內，并向心腔內及容器中注滿Fomblin油，排出空氣后密封。使用GE Signa HDxt 3.0T磁共振儀和4通道動物線圈(上海晨光)行DTI掃描，掃描參數：TR 2800 ms，TE 102.6 ms，視野10.0 cm×10.0 cm，層厚3.0 mm，間隔0.5 mm，矩陣96×96，激勵次數2，b=1000 s/mm2，擴散方向數25，掃描平面以左心室短軸位為主，掃描范圍自心尖部至心底部。

圖像后處理：DTI原始圖像傳輸至GE AW4.4工作站，應用Functool進行后處理(圖1)。采納Wu等[5]研究中的定義在DTI圖像上劃分心肌梗死區(core-infarction zone，CIZ)、邊緣區(peri-infarction zone，PIZ)及非梗死區(non-infarction zone，NIZ)：在心臟短軸位層面，在b值為0 s/mm2的圖像上心室壁變薄、信號增高的區域定義為CIZ；將CIZ向周邊分別擴展其圓周角的四分之一的區域確定為PIZ；NIZ為心肌剩余部分。正常組和假手術組中相應區域的劃分對應于MI組的相應區域。在CIZ、PIZ和NIZ分別手動放置ROI并調整大小(10～15 mm2)，在相應偽彩圖中讀取各向異性分數(fractional anisotropy，FA)和平均擴散系數(mean diffusion coefficient，MD)值(圖1)，每個區域重復測量3次，取平均值作為最后測值。

4.統計學分析

應用R軟件對數據進行統計分析，利用x2檢驗、Logistic回歸和非參數Kruskal-Wallis檢驗對不同種類醬油、不同采樣地點、不同生產季度等的污染情況進行比較，以α=0.05為檢驗水準。

采用SPSS 20.0統計分析軟件。所有計量資料以均數±標準差表示。多組樣本間的計量資料比較采用單因素方差分析，多組樣本間兩兩比較采用LSD法。變量之間的相關性分析采用Pearson相關分析法。以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.正常組和心肌梗死組的比較

正常組和心肌梗死組在對應CIZ、PIZ、NIZ的FA值和MD值、以及血清中TSP-1值測量結果見表1。多組間兩兩比較發現，CIZ的FA值在正常組分別與術后1、4、8及16周比較，差異均有統計學意義(P<0.01)，術后1周分別與術后4、8及16周比較，差異均有統計學意義(P<0.01)。在術后4、8及16周間兩兩比較，差異無統計學意義(P>0.05)。CIZ的MD值：正常組分別與術后1、4、8及16周比較，差異均有統計學意義(P<0.01)；術后1周分別與術后4、8周比較，16周分別與4周、8周間比較，差異有統計學差異(P<0.01)；而在1周與16周間、4周與8周間比較，差異無統計學意義(P>0.05)。

PIZ的FA值：正常組分別與術后1、4、8及16周比較，差異均有統計學(P<0.01)，在術后4周分別與1周、8周和16周間比較，差異有統計學意義(P<0.01)，其余各組間兩兩比較差異無統計學意義(P>0.05)。PIZ的MD值：正常組分別與術后1、4、8及16周比較，差異均有統計學意義(P<0.05)；而心梗后不同時間點各組間兩兩比較，未發現差異有統計學意義(P>0.05)。

TSP-1：正常組分別與術后1、4、8及16周比較，差異均有統計學意義(P<0.05)，而在心梗后不同時間點各組間兩兩比較，差異均無統計學意義(P>0.05)。

2.MI組DTI指標和TSP-1的動態演變

CIZ的FA值在術后第1周時顯著下降，然后緩慢下降，至第4周時最低，之后維持穩定。PIZ的FA值在術后第1周時也顯著下降，至第4周時最低，在第8周時出現小幅度回升，之后數值保持穩定。NIZ的FA值在MI后沒有明顯變化。

CIZ的MD值在術后4周內呈持續迅速升高趨勢，而PIZ的MD值呈緩慢漸進性升高，兩者均在第4周時達高峰。之后CIZ的MD值維持穩定至8周，在第16周時出現小幅度下降。PIZ的MD值輕度下降達8周時基本穩定。NIZ的MD值在MI后變化不明顯。

TSP-1在術后4周內迅速顯著升高，在第8周時稍下降，之后又輕度升高，在第16周時達到高峰。

3.DTI定量指標和TSP-1之間的相關性

對心室不同區域的FA值和MD值與TSP-1進行散點圖及線性相關性分析(圖2)，發現CIZ和PIZ的FA值與TSP-1呈負相關(rCIZ=-0.542，P<0.01；rPIZ=-0.511，P<0.01)。MD值與TSP-1呈正相關(rCIZ=0.501，P<0.01；rPIZ=0.436，P<0.05)。在非梗死區，FA和MD值與血清TSP-1間未發現相關性(P>0.05)。

討 論

1.TSP-1在心肌微觀結構重構中的作用機制

MI后愈合過程大致分為三期，即炎癥期、增殖期和成熟期[6]，反映了心室重構的演變進程，心肌微觀結構如心肌纖維走行、排列、含量、連續性和緊密性等也在動態變化。DTI基于水分子各向異性擴散原理，行纖維束示蹤和重建主本征矢量圖可直觀顯示心肌纖維結構，且可通過FA和MD值來定量分析組織結構的完整性和擴散信息。FA值下降可反映組織完整性的破壞，MD值升高提示組織平均擴散的加快，間接反映快速擴散比重的升高。故DTI能夠反映心梗后不同階段心室重構的演變過程。

TSP-1作為一種重要的細胞外基質糖蛋白，在炎性細胞、血管平滑肌細胞、血管內皮細胞和成纖維細胞等多種細胞中表達，介導細胞間或細胞與基質相互作用，具有促進血小板激活和聚集、血管平滑肌細胞增殖，抑制內皮細胞生長，活化TGF-β1等生物學特性。研究發現，TSP-1選擇性在梗死周邊區表達，能限制炎癥向周邊擴展。缺乏TSP-1者，炎癥程度增加且時間延長，梗死區及非梗死區內巨噬細胞和肌成纖維細胞明顯增多，病理性重塑范圍更大。TSP-1抑制血管生成也有助于抑制肉芽組織的擴展，在損傷修復過程中起調節作用[7-10]。

2.不同區域微觀結構重構和TSP-1的演變規律

CIZ和PIZ的FA值在術后第1周時均顯著下降。與此同時，TSP-1同步顯著上升達到高峰。由此可以推測，在炎癥期，CIZ和PIZ的組織受損最為明顯、迅速，期間TSP-1可能起重要調控作用。TSP-1由炎性細胞大量分泌，其可激活轉化為生長因子-β1，兩者共同抑制炎癥反應，減少心梗后損傷范圍，發揮一定的保護作用。

在MI發生1周后，CIZ和PIZ的FA值緩慢下降，至第4周時最低，同時兩者的MD值在第4周時同步達高峰，說明CIZ和PIZ的組織損傷仍在進展，且在第4周時心肌纖維的完整性破壞最為嚴重。不過在術后4周內，CIZ的MD值呈持續顯著上升趨勢，與心肌細胞壞死崩解、間質炎性浸潤和膠原纖維增生等有關。PIZ的MD值為緩慢漸進性升高，其與CIZ的炎癥擴展速度、PIZ內存活心肌細胞代償程度等有關[11-15]。而對應此時期，TSP-1在術后4周內上升明顯，對此的合理解釋為在術后4周內心肌的病理改變較為復雜，由炎癥期向增殖期過渡，此期間炎癥期的炎性因子和增生活躍的成纖維細胞共同參與分泌TSP-1。

在心梗4周后，CIZ的FA和MD值基本穩定下來，表明CIZ的組織重構基本達平衡狀態。而在4～8周內，PIZ的FA值出現小幅度回升，同時MD輕度下降，由此可推測PIZ重構自然進程中就存在部分可逆性，其組織損傷可部分修復。在8周以后，PIZ的FA和MD值趨于穩定，表明PIZ重構處于穩態。對應此階段，TSP-1在第8周時稍下降，與PIZ重構、8周時DTI值出現部分逆轉的表現相吻合。在第16周時TSP-1輕度升高達峰值，可能與肌成纖維細胞長期存活并持續分泌TSP-1有關。

3.不同區域DTI指標與TSP-1的相關性分析

不同區域的FA和MD值與TSP-1進行相關性分析發現，在CIZ和PIZ，FA值與TSP-1呈負相關，MD值與TSP-1呈正相關，且以FA值與TSP-1的相關程度更密切。對此的合理解釋可能為，若心肌梗死越嚴重，即心肌細胞破壞越多，心肌纖維中斷、減少、紊亂越嚴重，體現在FA值下降更明顯，而梗死炎癥反饋性誘導TSP-1表達增加。而且，CIZ范圍越大，則向PIZ延伸越廣，PIZ組織損害也就更多，FA值下降，而TSP-1主要集中在PIZ，形成保護屏障起到抗炎效應，這或許能解釋CIZ和PIZ的FA值與TSP-1呈負相關關系。對于MD值與TSP-1的關系，在心梗早期MD值升高可能與細胞崩解、炎癥水腫使組織擴散加快有關，而晚期MD值升高與肌成纖維細胞長期存活有關，其不僅可分泌TSP-1，還決定了膠原纖維含量，若瘢痕越均質，MD值則越高，這或許可以解釋MD值與TSP-1的關系。

4.本實驗的局限性

首先，樣本間的個體差異，包括體質、梗死范圍、感染、心律失常以及心功能等多種因素，會對DTI指標和TSP-1定量分析帶來隨機誤差；其次，DTI中對不同區域進行測量時，均為手動勾畫感興趣區，取樣容積不同且易產生偏倚而帶來測量誤差；此外，對TSP-1的定量分析在血清水平，未能在心肌組織水平檢測其含量，其臨床意義仍需進一步研究證實。

綜上所述，在心肌梗死后1w內梗死區和邊緣區組織重構最為迅速且明顯，在4w時重構達高峰，TSP-1的動態演變與微觀結構重構變化基本吻合，且與DTI指標存在相關性，提示TSP-1在心室重構中發揮著調控作用，或許可以從調控因子間接推測微觀結構變化，為指導臨床治療提供一定的依據。

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Diffusion tensor imaging:detection of myocardial infarction and remodeling of myofiber architecture and correlation with TSP-1

YU Si-si,YIN Liang,LI Shu-hao,et al.

Department of MRI, the Second Affiliated Hospital of Nanchang University,Nanchang 330006,China

Objective:To explore the evolution of diffusion tensor imaging parameters and serum TSP-1 at different time after myocardial infarction and to analyze their correlations.Methods:37 adult male rabbits were divided into a normal group (n=5) and a myocardial infarction (MI) group (n=32),the MI group was further divided into 4 subgroups for observation at four time points (1,4,8 and 16w after operation).The MI model was established by ligating the left ventricular branch of the coronary artery.Serum samples were collected from the ear vein for thrombospondin-1 detection in all alive rabbits (n=26) in MI group prior to execution at the four time points,then the vitro heart specimens were examined with 3.0T DTI.Values of fractional anisotropy (FA) and mean diffusion coefficient (MD) were measured in the core-infarction zone (CIZ),peri-infarction zone (PIZ) and non-infarction zone (NIZ).The correlation of DTI parameters and serum TSP-1 were analyzed.Results:The FA values of CIZ and PIZ significantly decreased during the 1st week,then reached the lowest values at the 4th week.The MD value of CIZ increased rapidly and dramatically during the first four weeks,while that of PIZ increased slowly and gradually,both reached the peak at the 4th week.TSP-1 increased rapidly and significantly in the first four weeks,it appeared a slight decrease at the 8th week,and then raised to the peak at the 16th week.In the CIZ and PIZ,the FA value had negative correlations with TSP-1 (rCIZ=-0.542,P<0.01;and rPIZ=-0.511,P<0.01),and po-sitive correlation was found between MD and TSP-1 (rCIZ=0.501,P<0.01;andrPIZ=0.436,P<0.05).Conclusion:Ventricular remodeling after myocardial infarction evolved intricately,the CIZ and PIZ remodeled very quickly and obviously in the 1st week,and reached the peak at the 4th week.TSP-1 may mediate in regulating ventricular remodeling,and has more influence on FA than MD.

Myocardial infarction； Myocardial remodeling； Diffusion tensor imaging； Thrombospondin-1

330006 南昌，南昌大學第二附屬醫院磁共振室

喻思思(1989-)，女，江西南昌人，碩士，住院醫師，主要從事心血管影像診斷工作。

龔良庚，E-mail：gong111999@163.com

國家自然科學基金項目(81360216)；省科技計劃重點項目(20121BBG70040)；省自然基金項目(20142BAB205061)

R445.2；R542.1；R541.4

A

1000-0313(2016)12-1172-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.12.015

2016-03-17

2016-07-21)