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

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

The Stereologic and Image Analysis of Mtochondria About A Significant Carcinoma of Breast in Late

Abstract In this article， sterologic method and image analysis was made on morphological parameters of the simple carcinoma of breast cirrhosis. Compared with normal cells， sifnificant differences were found with 7 morphological parameters such as surface area， perimeter， diameter of equivalent round， volume density， numerical density on area and specific surface of mitochondria. Meanwhile， quantitative data were discussed about the dysfunction of mitochondria.

Key words stereology; image analysis; mitochlndria; carcinoma of breast

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（Breast Cancer）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 1.1 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2cm×2cm暗红色斑，其下触及一个3cm×4cm×5cm肿块，质硬，表面及皮肤红斑粘连；入院诊断：左乳腺癌T4NOMOШ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LKBV型超薄切片机切片，制作铜网3个，每个铜网均用日产JEM100CX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。

1.2 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——MIAS2000图像分析系统，先进行定标处理，定标结果：S水平=S垂直=0.0037μm/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。

1.3 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。