1例典型晚期乳腺癌癌细胞线粒体的形态参数的定量分析

1 1 例典型晚期乳腺癌癌细胞线粒体的形例典型晚期乳腺癌癌细胞线粒体的形 态参数的定量分析态参数的定量分析 作者：刘美玉李亚芳王保珩邬志韧陈刚欧阳明钱纬张 文莉 【摘要】 对 1 例典型乳腺硬性单纯癌癌细胞线粒 体的 7 种形态参数进行体视学与图像分析，发现癌细胞与 正常细胞比较，线粒体的表面积、周长、等效圆直径、体 积密度、面数密度、比表面、表面积密度等 7 种形态参数 有高度显著差异和显著差异。并讨论了乳腺癌癌细胞器 线粒体功能变异的定量依据。 【关键词】体视学 图像分析 线粒体 乳腺癌 TheStereologicandImageAnalysisofMtochondriaAboutASi gnificantCarcinomaofBreastinLate AbstractInthisarticle,sterologicmethodandimageanaly siswasmadeonmorphologicalparametersofthesimplecarci nomaofbreastcirrhosis.Comparedwithnormalcells,sifni ficantdifferenceswerefoundwith7morphologicalparamet erssuchassurfacearea,perimeter,diameterofequivalent round,volumedensity,numericaldensityonareaandspecif icsurfaceofmitochondria.Meanwhile,quantitativedataw erediscussedaboutthedysfunctionofmitochondria. Keywordsstereology;imageanalysis;mitochlndria;carci nomaofbreast 体视学（Stereology）是一门定量研究组织结构的几 何特征的基本方法学1 ，它已引起国内外形态学领域的 重视，虽然它涉及到较多的高难度数学理论，但目前已为 生物医学工程所接受。 目前，世界上乳腺癌（BreastCancer）发病率占恶性 肿瘤的 10%以上，是女性癌症致死的主要原因之一。目前国 内外对乳腺癌的研究多为定性研究，临床上用传统的病理 诊断主要是根据形态定性来区分肿瘤良恶性，并把恶性肿 瘤加以分类、分级（分期） 。因此对定量区分乳腺癌正常细 胞器（及细胞）建立监测量化指标，显得尤为重要。 本研究应用体视学方法及图像分析，研究 1 例典型乳 腺硬性单纯癌病人的乳腺正常组织及癌组织的线粒体的 7 种形态参数，先测量出正常组与癌变组各参数的平均值与 标准差，然后用 F 检验、t 检验得出形态参数的差异程度。 1 材料和方法 取材、制样、摄电镜照片 患者女，48 岁，1 年来左乳头上 3cm 处出现一黄豆大 肿块，皮肤呈红色斑疹，近呈鸽蛋大小，乳头正上方 3cm 处可见 2cm2cm 暗红色斑，其下触及一个 3cm4cm5cm 肿块，质硬，表面及皮肤红斑粘连；入院诊断：左乳腺癌 T4NOMO 期；病理诊断：硬性单纯癌，腋淋巴结 3/14 见 转移。 从病人手术中切下肿瘤及远离肿瘤的正常乳腺组织， 癌组织及正常组织均按透射电镜生物样品常规处理，经常 规电镜制片2 ，每种各包埋 4 个组织块，每块经 LKBV 型超薄切片机切片，制作铜网 3 个，每个铜网均用日产 JEM100CX 透射电镜随机摄细胞器线粒体照片 3 张， 每组摄片 36 张，两组共 72 张，总放大倍数为40000，按 体视学原理，1 张照片为一个样本，共 72 个样本。 用图像分析法选定测量参数 应用云南大学实验中心的测试设备MIASXX 图像 分析系统，先进行定标处理，定标结果：S 水平=S 垂直 =m/像素，再将放大 40000 倍的投射电镜照片通过 JVC 摄 像头摄入计算机，用图像增强的方法提高图像质量，并用 图像分割将目标与背景分离，并二值化。然后选定测量参 数：周长 L、表面积 S、等效圆直径 d 等，将测量结果存入 数据库。 用体视学原理计算形态参数 应用体视学原理形态参数公式3 ，自编程序，用电 子计算机处理，计算出下列形态参数：线粒体体积密度 Vv（单位体积细胞质中线粒体的体积） ；线粒体面数密度 N（线粒体的截面积数目与参照系截面之比，参照系指 1 个 细胞的细胞质） ；线粒体比表面 SM（线粒体的平均面积与它 的体积之比） ；线粒体表面积密度 SV（线粒体的表面积与 1 个细胞的细胞质体积之比） ，最后用 F 检验、t 检验得出正 常组与癌变组各参数的差异程度。 2 结果 乳腺正常细胞线粒体及晚期癌细胞线粒体的形态参数 的测量结果见表 1，F 检验、t 检验结果见表 2。表 1 正常 组与癌变组各参数的平均值与标准值（略）表 2 正常组与 癌变组各参数比较的统计检验结果（略） 统计结果表明：癌变组与正常组比较，线粒体的表面 积 S、周长 L、等效圆直径 d、体密度 Vv、面数密度 N 均有 高度显著差异和显著差异。S、L、d、Vv 均有明显增大，这 里全面定量描述了线粒体形态大小及体积明显增大（见随 机抽样的电镜照片图 1 和图 2） 。N、SM 均明显减小，根据 形态参数公式的原理，在一个细胞质截面中癌线粒体的数 目明显减少，因线粒体体积明显增大，故比表面 SM 明显减 小。 3 讨论 用体视学方法测试统计细胞器线粒体形态参数， 可客观反映不同类别细胞器（正常细胞线粒体及癌细胞线 粒体）的群体性。线粒体是细胞内重要的细胞器，在生物 新陈代谢过程中起重要的作用。线粒体是活细胞生物氧化 产生能量的一个主要机构，它具有典型的生物膜的区室化 作用，线粒体膜执行着活细胞生物氧化，产生能量的重要 功能，线粒体形态大小的变化直接影响着细胞的新陈代谢 功能。 本例典型的乳腺硬性单纯癌晚期癌细胞线粒体的表面 积外表膜面积、周长、等效圆直径、体积均明显增大， 数密度明显减少，比表面明显减小，这充分说明了晚期癌 细胞线粒体形态结构特征发生了明显的改变，线粒体明显 变大而且肿胀，且数目变少，促进细胞的功能急剧下降， 这与现有文献定型报道相一致，但这是定量化的描述。该 例癌线粒体的体视学与图像分析，为后继癌细胞器形态特 征的定量研究打下了基础。 【参考文献】 1 余小宁,刘国权.体视学.北京:冶金工业出版社, 1989,3575. 2 刘美玉,钱纬,赖树云，等.VE 对小鼠