细胞内镜在上消化道疾病的应用研究进展

细胞内镜在上消化道疾病的应用研究进展

内镜诊疗技术的进步得益于内镜设备的发展，1805年PhilippBozzini首次使用硬式内镜对食管、膀胱、直肠进行观察，开启了内镜时代。1923年Schindler发明半屈式内镜，改进了内镜的柔韧性。1954年Hopkins再次改良内镜，第一代纤维内镜由此诞生，极大地提高了患者在检查过程中的舒适度。消化内镜设备不断更新，产生了能够观察黏膜微结构的放大内镜，以及能观察细胞结构的共聚焦内镜和细胞内镜。细胞内镜是一款变焦式、放大倍数可达500倍的超放大内镜，其利用接触式光学显微镜的原理，能在细胞水平对消化道黏膜进行观察。本文就细胞内镜在上消化道疾病的应用研究进展进行综述。

一、细胞内镜的发展

第一代细胞内镜于2004年由Kumagai等报道，为导管式内镜附件，分为2种类型，分别能将组织放大至450倍和1125倍，但是操作烦琐、检查耗时长。2005年第二代细胞内镜面世，将放大附件与内镜合为一体，即在内镜下能够自由切换放大倍数为80或450倍进行观察，进一步提高了操作的便捷性。然而，固定的放大倍数并不能满足内镜医师对组织观察的需求。2009年，第三代细胞内镜改用连续变焦的放大方式，实现了放大操作的连贯性，便于内镜医师在内镜下定位病灶组织。2016年，第四代细胞内镜面世，与第三代相比，第四代细胞内镜的放大倍数提高至500倍，直径缩小至9.7mm。随着细胞内镜视野和操作技术的不断优化，使用细胞内镜筛查早癌具有良好的应用前景。4代细胞内镜的特点见表1。

表1

4代细胞内镜的特点

项目

第一代

第二代

第三代

第四代

型号

XEC120U

XEC300F

GIF-Y0001

GIF-Y0002

GIF-Y0074/GIF-H290EC

放大倍数(倍)

1125

450

80或450

380

500

视野(μm)

120×120

300×300

400×400

700×600

570×500

焦距

固定焦距

固定焦距

固定焦距

变焦

变焦

直径(mm)

3.2

3.2

11.6

10.7

9.7

特点

放大倍数大，但切换操作烦琐、设备稳定性差

优化操作、难以定位

连续放大倍数有限

连续放大倍数提高、直径较小

二、细胞内镜的染色方式

染色质量是提高细胞内镜图像质量的关键，Kodashima等的体外实验初步表明食管可用1%亚甲蓝染色，胃与结肠的最佳染色方法为使用0.25%甲苯胺蓝染色，最佳观察时间均为染色后60s。Minami等提出结晶紫与亚甲蓝双重染色法(0.05%结晶紫与0.1%亚甲蓝混合染色)同样适用于食管的细胞内镜观察。由于胃表面黏液层会干扰细胞染色，在进行染色前需使用链霉蛋白酶清除黏液，然后再使用结晶紫和亚甲蓝进行染色。Goda等研究证实，0.5%甲苯胺蓝是十二指肠黏膜的最佳染色剂。

在染色剂安全性方面，使用0.5%亚甲蓝进行细胞染色存在损伤DNA的风险。一项针对亚甲蓝损伤食管细胞DNA的研究表明，采用低浓度(0.05%)的亚甲蓝进行染色可显著降低亚甲蓝对食管细胞DNA的损伤程度。结晶紫同样能作用于DNA，有研究报道喂食小鼠结晶紫会使其甲状腺癌的发病率增高。目前尚未有研究报道在内镜操作中使用结晶紫会使癌症的发病率增高。

三、细胞内镜在上消化道疾病中的应用

1．细胞内镜在食管疾病的应用：

食管被覆鳞状上皮，其表面黏液容易清除，容易进行细胞染色。基于食管表面细胞的特性，细胞内镜的应用与研究最先于食管开展。

Kumagai等通过细胞内镜观察亚甲蓝染色后的正常食管上皮与早期食管癌组织，从细胞大小、排列，以及细胞核大小、染色情况、核质比等方面鉴别正常食管与癌变食管。与正常食管上皮相比，早期食管癌在细胞内镜下表现为细胞大小不一、排列紊乱，细胞核染色不一，核质比高。

Inoue等提出了一种食管的细胞内镜下异型(endocytoscopicatypia，ECA)分型，通过分析细胞大小、形状、数量和核质比将食管细胞内镜下表现分为5型(表2)。ECA1型镜下表现为细胞较大，呈菱形，排列规整，细胞质丰富，细胞核小，提示正常食管鳞状上皮。ECA2型的细胞形状较ECA1型变圆，细胞核大小不一，提示炎症性或反应性改变。ECA3型的细胞变小，密度更为密集，提示交界性病变。ECA4型的细胞数量增多，核质比增高，提示恶性病变。ECA5型则明确为恶性病变，细胞大小不一，排列不规则，核质比高。该分型对非恶性组织(Vienna分类1~3类)与恶性组织(Vienna分类4、5类)的鉴别准确度为82%。

表2

食管的细胞内镜下异型分型

分型

细胞

细胞核

组织学提示

1型

大而细胞质丰富，呈菱形

核小居中

正常食管鳞状上皮

2型

边缘变圆

核大小不一

炎症性或反应性变化

3型

变小

核排列紧密

交界性病变

4型

数量增多

核质比增高

提示恶性病变

5型

大小不一，排列不规则

核质比高

明确恶性病变

Kumagai等提出了基于碘染色的细胞内镜分型，根据碘染色情况、细胞密度和核异型程度将食管细胞内镜下表现分为4型：0型指黏膜能够被碘正常染色；1型指碘不染区域的细胞内镜下表现为核质比低，细胞密度低，无核异型，提示正常上皮或炎症；2型表现为碘不染区细胞密度增高而无核异型，提示交界性病变，需进一步行活体组织检查(以下简称活检)以明确诊断；3型表现为碘不染区核密度增加同时存在核异型，提示恶性病变。该分型鉴别恶性病变(Vienna分类4、5类)的灵敏度为94.7%，特异度为84.2%。

为提高细胞内镜下分型的临床实用性，Shimamura等提出了改良ECA分型，分为正常或炎症性改变、交界性病变和鳞状细胞癌3型。该分型鉴别肿瘤与非肿瘤的灵敏度和特异度分别为88.7%~90.3%和52.1%~74.6%。

在食管炎方面，研究表明在反流性食管炎中，日本分型M级(黏膜无炎症性改变，仅存在色调变红)、A级和B级的细胞内镜下表现为细胞数量增多而无核异型；而C级和D级的细胞内镜下表现常不能与肿瘤性病变进行区分，仍需活检进行病理诊断。在长段巴雷特食管中，通过结晶紫与亚甲蓝双重染色法，细胞内镜能有效观察被腺上皮包围的鳞状细胞岛，提示细胞内镜有望取代传统的四象限活检，指导长段巴雷特食管监测中的精准活检。细胞内镜可观察到霉菌性食管炎的念珠菌菌丝，但白光内镜下仅可观察到霉菌性食管炎的鹅口疮样变。此外，在嗜酸细胞性食管炎中，细胞内镜不仅能观察到嗜酸性粒细胞，还能探及嗜酸性粒细胞的"双核征"特征性改变。这表明细胞内镜下的特征性表现可辅助内镜医师对霉菌性食管炎和嗜酸细胞性食管炎做出诊断。

2．细胞内镜在胃部疾病的应用：

Sato等基于细胞内镜下所见与组织病理学表现提出了非肿瘤性胃黏膜的4种分型：1型黏膜的凹陷和乳头状突起光滑，隐窝上皮和细胞核几乎无染色，未见浸润细胞、坏死组织和碎片，为正常胃黏膜；2型可见延伸的、具有凹口的乳头状结构，有坏死组织和浸润细胞，隐窝上皮部分染色，偶可见扭曲结构，提示慢性胃炎；3型为萎缩性胃炎，细胞内镜下表现为形状和大小不规则的凹陷和乳头状结构，可见分叶，边界清晰，细胞浸润和坏死组织少于2型；4型为肠化生，其乳头状外观较3型更明显，并可见杯状细胞。对该分型预测幽门螺杆菌感染的能力进行分析，结果表明2+3+4型预测幽门螺杆菌阳性的灵敏度和特异度分别为100.0%和42.5%。

Abad等基于细胞和腺体结构的不同提出了胃的细胞内镜下分型(表3)：1型的腺体表面光滑、边缘柔和、腺腔宽，可见规则腺管开口分型(pitpattern)和规则排列、小而均匀的细胞核，提示非肿瘤黏膜；2型镜下特征为密集而狭窄的腺体和规则排列、小而均匀的细胞核，提示腺瘤；3型可见不规则、粗糙、扭曲的腺体，腺腔结构消失，细胞核深染色、排列不规则，提示恶性肿瘤。该分型诊断胃癌的准确度为83.7%。低年资医师与高年资医师使用细胞内镜分类法对胃癌的诊断趋于一致。

表3

胃的细胞内镜下分型

分型

腺体结构

细胞核

组织学提示

1型

腺体表面光滑，边缘柔和，腺腔宽，规则的腺管开口分型

小而均匀，排列规则，形状圆但染色不佳

非肿瘤性组织

2型

腺体密集、狭窄

小而均匀，但染色不佳的圆核

腺瘤

3型

不规则、粗糙、扭曲的腺体，腺腔结构消失

核大，排列不规则，深染色

恶性肿瘤

细胞内镜结合窄带成像对胃癌的诊断能力优于放大内镜结合窄带成像。Horiuchi等通过单中心、回顾性队列研究得出，专业内镜医师使用细胞内镜结合窄带内镜和放大内镜结合窄带内镜诊断胃癌的准确度分别为84.0%和72.2%。

细胞内镜可以观察到胃恶性肿瘤中病理组织学的特征表现。胃印戒细胞癌在细胞内镜下可呈现出特征性的"印戒征"，这与病理观察到的印戒细胞相符，能够为实时诊断提供关键信息。然而，细胞内镜的观察深度仅为50μm，如果癌细胞未能扩散至黏膜表面，则细胞内镜无法观察到"印戒征"而不能做出镜下诊断。

3．细胞内镜在十二指肠疾病的应用：

十二指肠肠壁薄，因其解剖学结构的特殊性，取活体组织后容易出现纤维化，加大了内镜下剥离的难度。相较于活体组织病理诊断，细胞内镜有助于实现十二指肠的"光学活检"，达到指导治疗的目的。Hirose等根据十二指肠黏膜细胞核的大小和形状、有无绒毛及其结构，提出了表浅非壶腹部十二指肠上皮肿瘤的细胞内镜下分型：A、B和C型(表4)。结合染色，细胞内镜对非肿瘤性和肿瘤性病变的诊断准确度、灵敏度、特异度和阳性预测值均达90%以上。

表4

表浅非壶腹部十二指肠上皮肿瘤的细胞内镜下分型

分型

绒毛结构

细胞核

组织学提示

A型

结构规则，可见上皮细胞

小而圆，染色不佳，规则排列

非肿瘤性病变

B型

结构模糊，表面上皮细胞减少

呈长型、梭形，染色强，极性不变

低级别上皮内瘤变或异型增生

C型

绒毛结构缺失，隐窝周围细胞数量增多

大而不规则，染色不一

非浸润性高度异型性肿瘤或浸润癌

有研究通过细胞内镜对乳糜泻患者的十二指肠进行观察并分为3种表现。①正常绒毛结构：绒毛细长，表面可见清晰的上皮细胞。②部分绒毛萎缩：绒毛变粗、变短，大小不一。③绒毛完全萎缩：绒毛结构消失，可见隐窝开口。因细胞内镜观察深度的局限性，其无法对绒毛结构正常而有淋巴细胞浸润的患者进行评估。

四、展望

从白光内镜到放大内镜，再到细胞内镜，放大倍数从0增加至500倍，观察能力从宏观结构到细胞结构，内镜诊断正在向病理诊断靠拢，实现内镜下的"光学活检"指日可待。细胞内镜自首次被报道以来，已广泛开展了相关研究，食管、胃、十二指肠和结直肠均已建立具有临床意义的分型。

细胞内镜研究仍大有可为。①尚未建立病理组织与细胞内镜对照图片库，细胞内镜观察缺乏"点对点"式的病理学对照。②缺乏充足的研究对细胞内镜与窄带成像、蓝激光内镜、放大内镜、共聚焦内镜的临床诊断性能进行系统性评估。③缺少大数据、多中心、前瞻性临床研究以评价细胞内镜的临床诊断能力。④多数研究聚焦于"先摄片，后诊断"探讨细胞内镜的诊断能力，对细胞内镜在上消化道实时诊断能力的研究仍有不足。

获取高质量图像是提高细胞内镜诊断能力的关键。现有的细胞内镜研究仍存在染色不佳、图像质量低等缺陷。因此，探索高质量染色法符合细胞内镜的发展需求。已有研究者通过黏膜下注射0.9%氯化钠溶液提高镜下亮度来改善图像质量。此外，高质量的细胞内镜摄影对内镜医师的操作稳定性要求极高，开展光学技术研究对于提高操作稳定性具有实际意义。

随着人工智能医学的开展，人工智能辅助细胞内镜的实时诊断能有效提高细胞内镜对早癌的实时诊断能力。Kumagai等以卷积神经网络为训练方式，使用4715张细胞内镜图像(1141张恶变图像和3574张非恶变图像)对人工智能系统进行训练并使用55例样本进行验证，细胞内镜诊断的总体准确度为90.9%，表明人工智能系统在食管细胞内镜观察中具有良好的应用前