大肠癌 Open Access
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世界华人消化杂志. 2003-09-15; 11(9): 1372-1374
在线出版日期: 2003-09-15. doi: 10.11569/wcjd.v11.i9.1372
大肠肿瘤组织线粒体形态结构定量研究
吴正蓉, 申洪
吴正蓉, 申洪, 中国人民解放军第一军医大学病理学教研室 广东省广州市 510515
吴正蓉, 女, 1976-08-13生, 安徽省蚌埠市人, 汉族. 1999年蚌埠医学院本科毕业, 2002年第一军医大学硕士研究生毕业, 助教. 主要从事肿瘤病理和定量病理研究.
基金项目: 国家自然科学基金资助课题, No. 39000029 和 No. 39570677
通讯作者: 申洪, 510515, 广东省广州市, 中国人民解放军第一军医大学病理学教研室. hongshen@fimmu.com
电话: 020-61648227 传真: 020-61640212
收稿日期: 2002-03-19
修回日期: 2002-03-22
接受日期: 2002-03-27
在线出版日期: 2003-09-15

目的

利用体视学方法, 定量研究大肠腺癌、腺瘤及正常黏膜上皮线粒体的超微结构特点和变化规律并阐明其能量代谢的主要途径.

方法

手术大肠腺癌8例、肠镜大肠腺瘤8例、大肠癌患者正常黏膜8例. 按体视学原理和方法在电镜下随机摄片, 以胞质为参照空间, 测试腺上皮细胞中线粒体的体积密度(Vv)、表面积密度(Sv)、数密度(Nv)、平均自由程(l)、形状因子(PE)、改良形状因子(pe)、规化形状因子(RFF)、平均体积(v)及平均表面积(s), 比较这些参数在不同组织间的差异.

结果

大肠腺癌、腺瘤和正常黏膜三组间比较, 参数Sv, Nv, pe, REF值组间差异有显著性(F值分别为0.0 438, 0.0 184, 0.0 488, 0.0 114, P <0.05).

结论

大肠腺瘤线粒体增生明显, 较腺癌和正常组织增大, 大肠腺癌癌细胞线粒体减少.

关键词: N/A
引文著录: 吴正蓉, 申洪. 大肠肿瘤组织线粒体形态结构定量研究. 世界华人消化杂志 2003; 11(9): 1372-1374
Quantitative ultrastructure of mitochondrion in colorectal carcinoma
Zheng-Rong Wu, Hong Shen
Zheng-Rong Wu, Hong Shen, Department of Pathology, First Military Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong Province, China
Supported by the National Natural Science Foundation of China, No. 39000029 and No. 39570677
Correspondence to: Hong Shen, Department of Pathology, First Military Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong Province, China. hongshen@fimmu.com
Received: March 19, 2002
Revised: March 22, 2002
Accepted: March 27, 2002
Published online: September 15, 2003

AIM

To study quantitatively the ultrastructure characteristics and the change order of mitochondrion in colorectal carcinoma, colorectal adenoma and normal colorectal mucosa with stereological methods. Moreover their major approaches of energy metabolism.were clarified.

METHODS

The specimens of 8 colorectal adenocarcinomas, 8 colorectal adenomas and 8 normal colorectal mucosae were obtained from the surgical resections and colonoscopy. Photographs were randomly taken in transmission electron-microscope according to stereology, and then the parameters were calculated in mitochondrion in glandulose epithelia cells involving volume density (Vv), surface density (Sv), numerical density (Nv), mean free distance of components(l), form factor PE (PE), improved form factor PE (pe), regular form factor (RFF), average volume (v) and average surface area (s) refering in cytoplasma. Their difference. was compared.

RESULTS

The comparison between colorectal adenocarcinoma, colorectal adenoma and normal colorectal mucosa at the mitochondrion was performed to reveal the significances in Sv,Nv,pe,REF (The value of F-test was 0.0 438,0.0 184,0.0 488, 0.0 114, respectively, P <0.05).

CONCLUSION

The hyperplasia in the mitochondrion of colorectal adenoma is evidently. The amount is decreased in the mitochondrion of colorectal adenocarcinoma.

Key Words: N/A
0 引言

大肠癌是人类主要恶性肿瘤之一, 近几年来在我国特别是大城市有上升的趋势, 并已成为我国最为常见和危害性严重的恶性肿瘤. 然而从三维水平对大肠癌超微结构进行系统的定量研究, 尚未见报道[1-3]. 我们用体视学方法, 从三维超微水平对8例大肠腺癌、腺瘤及其正常黏膜上皮细胞中的线粒体进行了定性观察与定量研究, 为讨论其功能和形态结构变异提供定量依据.

1 材料和方法
1.1 材料

南方医院外科手术切除的和消化内科肠镜活检的大肠腺癌和腺瘤大体病检标本各8例, 同时取大肠癌患者的自身正常大肠黏膜, 所有标本均按透射电镜生物样品常规处理, 随机取材、常规电镜制样[4]. 每例组织各包埋3-5块, 每块经瑞典LKB-V型超薄切片机切片, 制铜网2个.

1.2方法

在JEM1200-EX型透射电镜下观察、摄片. 超薄切片前先行半薄切片确定取材部位与诊断是否相符并明确癌、瘤及正常黏膜细胞在切片中的部位. 在电镜下对观测目标随机确定视野并摄片. 腺癌组和腺瘤组每例标本随机取10个视野, 正常组每例标本取20个视野, 腺癌组和腺瘤组各摄片80张, 正常组摄片160张, 放大倍数统一为8 000倍. 按体视学原理, 线粒体三维体视学参数的分析以每例标本中的所有照片为一个样本, 线粒体平面形状分析以每个线粒体为基本样本单位[5]. 采用Imagepro图像分析软件进行测试, 将电镜底片用扫描仪AGFA DuoScan HiD输入计算机, 然后将其反转成照片格式并在交互式操作方式下通过光标分别勾描每幅照片的线粒体,测试其周长、面积、圆度、长轴及短轴, 同时测试每幅照片的面积[6].以每幅照片中所洗印出的尺度标刻对图像分析软件中的象素进行标定[7]. 选用的体视学参数有: 体积密度(Vv)、表面积密度(Sv)、平均自由程(l)、数密度(Nv)、平均体积(v)和平均表面积(s); 此外还有平面形态参数: 正常线粒体、空泡化线粒体及全部线粒体的形状因子(PE)、改良形状因子(pe= 1/PE×1.064)和规化形状因子(RFF) [8]. 按体视学公式计算出参数值(实用生物体视学技术. 广州: 中山大学出版,1991: 64), 密度参数的参照空间为细胞质[9].

统计学处理 采用SPSS10.0统计软件包, 对线粒体的有关参数值分别进行单因素方差分析和多组间两两比较LSD-t检验, P <0.05为差异具有显著性.

2 结果

大肠腺癌癌细胞线粒体肿胀, 数量较少, 形态较大偏圆形(图1); 腺瘤细胞线粒体数量较多, 形态较接近正常(图2). Vv, Sv和Nv值腺瘤组大于正常组大于腺癌组, Sv和Nv值组间差异有显著性(P <0.05), Vv值组间差异接近显著性水平(P =0.087); l腺瘤组小于正常组小于腺癌组, 组间差异接近显著性水平(P =0.054); v, s值腺癌组大于腺瘤组大于正常组, 但组间差异无显著性(P >0.05); 在多组间两两比较中, Vv, Sv值是腺癌组与腺瘤组差异有显著性(P <0.05), l和Nv是腺癌组与腺瘤组及腺癌组与正常组差异均有显著性(P <0.05), v, s值各组两两比较差异均无显著性. 平面形态定量参数比较: PE和RFF值腺癌组小于腺瘤组小于正常组, pe值相反, pe, RFF值组间差异有显著性(P <0.05); 在多组间两两比较中, PE, pe, RFF值腺癌组与正常组组间差异均有显著性差异(P <0.05), 但差值不大 (表1).

表1 大肠腺癌、腺瘤及正常组织间线粒体结构定量测试结果(mean±SD).
参数单位腺癌(1)腺瘤(2)正常(3)比较组间P值
(1)(2)(3)a(1)(2)b(1)(3)b(2)(3)b
Vv0.0273±0.0 1880.0 535±0.0 2440.0 407±0.0 2160.08 7430.0290.2290.265
Svμm-10.3063±0.2 0480.6 761±0.3 2310.5 637±0.2 8610.0 4380.0170.0740.436
λμm17.053±9.1 8988.1 765±7.1938.9 317±5.4 5930.0 5380.0320.0410.847
Nvμm-30.2 492±0.1 5660.6 316±0.3 4050.6 056±0.2 8770.0 1840.0120.0150.853
vμm30.1 203±0.0 7470.096±0.0420.0 679±0.0 9860.1380.3610.050.291
Sμm21.2 925±0.5 0581.1 518±0.2 9770.9 335±0.0 8930.1370.440.050.235
PE0.814±0.1 1010.8 211±0.1 1870.8 235±0.1 0790.0 6120.0950.0180.441
pe1.1831±0.2 2391.1 788±0.2 4951.167±0.2040.0 4880.6170.0450.052
RFF0.9 281±0.0 3890.931±0.0 3940.9 323±0.0 3770.0 1140.0520.0030.234
a表示F检验, b表示多组间两两比较LSD-t检验.
图1
图1 大肠腺癌癌细胞线粒体.
图2
图2 大肠腺瘤腺瘤细胞线粒体.
3 讨论

大肠腺癌、大肠腺瘤和正常大肠黏膜组织的形态结构不同, 在超微结构上也存在明显差别[10,11]. 体视学可通过多个体视学参数从量化角度反映有关组织和细胞的三维结构特征, 从而对不同形态结构的组织和细胞进行定量描述和鉴别[12-26]. 以往对大肠癌线粒体超微结构的研究为定性观察, 国内外学者注意到癌细胞中线粒体数量较少, 形态常较大, 多数肿胀, 嵴减少或断裂, 甚至消失, 有不同程度的变性, 部分线粒体呈空泡状[27,28]. 我们在前人研究结果的基础上, 通过定量测试和分析从三维水平和量化角度揭示了大肠腺癌线粒体超微结构的定量改变特点, 不仅如此, 我们还发现大肠腺瘤线粒体的超微结构定量改变不是减少而是增多, 表现在线粒体的体积密度、表面积密度和数密度均较正常黏膜上皮及腺癌增多. PE和RFF值腺癌组小于腺瘤组小于正常组, pe值相反且pe、RFF值组间差异有显著性, 说明了腺癌细胞较腺瘤细胞较正常上皮细胞线粒体形态更不规则, 更加偏离圆的特点. 同时体视学参数平均体积和平均表面积是腺癌组大于腺瘤组大于正常组, 在多组间两两比较中腺癌组与正常黏膜组比较, P =0.05. 这定量表述了癌细胞线粒体肿胀, 嵴膜面积减小, 嵴变的短而少的形态结构变化特点. l表示粒子的离散程度, 其值越大粒子越分散, 越小粒子越密集. 本研究腺癌组大于正常组大于腺瘤组, 且差值悬殊, 腺瘤组λ值最低, 说明腺瘤中线粒体成密集增生状态.

细胞器在生物新陈代谢的过程中起着重要的作用, 其形态结构与功能有着紧密的联系. 我们的结果表明线粒体的体积密度、表面积密度和数密度均表现为腺瘤组大于正常组大于腺癌组, 且差值明显, 腺瘤组和腺癌组差值约在一倍左右. 根据体积密度、表面积密度和数密度参数定义可知癌细胞中单位体积细胞质中线粒体的膜面积和数目明显减小, 导致癌细胞线粒体的生物氧化产能的结构基础相对下降, 氧化代谢减弱. 人们已认识到癌细胞糖的能量代谢以无氧酵解为主[29,30], 我们同意这一结论. 不仅如此我们还认为, 造成癌细胞的糖代谢以无氧酵解为主的根源是癌细胞中线粒体的相对体积、相对表面积及相对数量的减少, 这是癌细胞有氧代谢产能障碍后能量代谢代偿的自然选择. 腺瘤细胞单位体积细胞质中线粒体的膜面积和数目明显增大, 且呈密集增生状态(l值最低), 表明腺瘤的能量代谢非常旺盛, 且其能量代谢应该以有氧代谢为主而不是以无氧酵解为主并且其能量代谢较腺癌和正常组织更为活跃.

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