背景：肾脏移植是终末期肾病患者最理想的肾脏替代疗法。由于手术技术的进步和免疫抑制剂的发展,肾移植术后1年存活率已大大提高,但早期移植肾功能不良仍是一个重要的临床问题,并与移植物长期存活率明显相关。移植物急性排斥反应(acute rejection, AR)、急性肾小管坏死(acute tubular necrosis, ATN)是早期移植肾功能不良的两个主要原因,鉴别存在一定的困难。磁共振成像(Magnetic resonance imaging, MRI)具有良好的软组织对比、多层成像能力,在脏器功能如血流灌注、代谢功能的显像上体现出很大的发展潜力。弥散加权(Difussion weighted imaging, DWI) MRI可反映分子在生物组织内的布朗运动,因此通过组织内的水分子弥散运动可反映组织微循环灌注状态,其测定参数表观弥散系数(Apparent diffusion coefficient, ADC)与弥散程度成正比,反映血管外及细胞外的微循环和水分子弥散情况。在弥散敏感梯度系数(B值)较高条件下成像其ADC值主要反映水分子的弥散情况,而在较低B值下成像其ADC值可受到微循环灌注和水分子弥散的双重影响。因此DWI MRI可同时提供微循环灌注和弥散信息。在肾移植患者中,DWI MRI可以检测到移植肾皮、髓质微循环血流灌注变化。研究发现在原位肾中肾皮质的微循环血流灌注优于髓质,但在移植肾中皮、髓质的微循环血流灌注分数无显著差别,提示移植肾存在皮、髓质血流分布异常。同时,血氧水平依赖的磁共振成像(Blood oxygen level dependent, BOLD MRI)利用去氧血红蛋白属于顺磁性物质的性质,当去氧血红蛋白含量增加时T2*的缩短效应增强,表现为MR信号减弱。R2*为MR信号的衰减率,去氧血红蛋白浓度越高,MR信号衰减越快,R2*值越大。Djamali等应用BOLD MRI进行AR与ATN移植肾成像后发现,AR移植肾具有特征性的BOLD MRI改变,并且与病理类型具有一定的相关性。由此可见,功能MRI在移植肾AR的无创诊断与鉴别诊断中有很大的临床应用前景。因此,本研究一方面从临床病例出发,利用高场强磁共振机行BOLD MRI、DWIMRI成像以建立AR的特征性MRI影像,并开展移植肾功能磁共振成像的动态观察研究；另一方面由于上述MRI影像受干扰因素较多,如成像时机、血压容量、年龄等多方面,本研究拟从肾移植动物模型着手,分别建立AR、ATN、及对照组的小鼠肾移植模型,采用DWMRI、BOLD MRI研究AR或ATN状态下的移植肾皮、髓质弥散与氧合参数变化,从而判断DWI MRI与BOLD MRI的诊断准确性与鉴别诊断价值；同时,从肾小管转运功能与血流调节角度,检测相关调节分子的表达量改变,进一步探讨上述病理状态下,移植肾血流动力学及氧合状态变化的发生机制。研究方法：1.选取在本中心接受同种异体肾移植术受者158例,包括移植肾功能正常患者124例,AR患者25例,ATN患者9例,其中AR、ATN均经病理活检证实。所有患者行BOLD MRI成像,获取皮质R2* (Cortical R2*, CR2* )髓质R2*(Medullary R2*,MR2*)、髓质/皮质R2*比值(Medullary over cortical R2* ratio,MCR)等参数。分析上述参数的术后动态变化规律、影响因素,对AR的诊断、鉴别诊断及预测价值等。2.选取在本中心接受同种异体肾移植术受者50例,包括移植肾功能正常患者35例,AR患者10例,移植肾ATN患者5例,其中AR、ATN均经病理活检证实。所有患者行DWI MRI及BOLD MRI成像,获取皮质ADC值(Cortical ADC, CADC)、髓质ADC值(Medullary ADC, MADC)、髓质／皮质ADC比值(Medullary over cortical ADC ratio, MC)等DWI MRI参数与CR2*、MR2*、MCR等BOLD MRI参数。分析上述参数的动态变化规律、影响因素,对AR的诊断与鉴别诊断价值等。并探讨BOLD MRI的R2*值与DWI MRI的ADC值之间的相关性与诊断价值。3.建立肾移植AR、ATN及对照组的小鼠动物模型；利用上述模型进行BOLD MRI、DWI MRI以评价上述病理状态下组织氧浓度、微循环灌注及弥散改变；通过分析上述模型移植肾组织微循环调节因子：诱生型一氧化氮合酶(inducible Nitric oxide synthases, iNOS)、血管紧张素1型受体(angiotensin type 1 receptor, AT1R)、前列腺素E受体4(Prostaglandin E receptor 4, EP4);及肾小管转运蛋白：钠钾ATP酶(Na+-K+-ATPase, NKA)、氢钠交换体(Na+/H+exchanger,NHE)等表达水平与影像参数的关系,反映移植肾组织氧浓度、微循环灌注改变的病理生理机制。结果：1. BOLD MRI可反映移植肾组织氧合情况；其组织R2*值与患者年龄、性别、供体来源、移植后天数、成像当日血清肌酐、血红蛋白、平均动脉压、尿量、血药谷浓度等无显著相关；随术后时间延长,移植肾MR2*、CR2*值均有下降但未达统计学显著水平；BOLD MRI可有效鉴别移植肾AR与ATN,但未能区别不同类型AR；移植肾MR2*、CR2*、MCR均可作为移植肾AR的诊断指标,MR2*的诊断效率优于CR2*、MCR；移植肾MR2*可能在一定程度上预测短期内AR的发生。2.移植肾DWI MRI的CADC、MADC值相近,在低B值或高B值成像条件下ADC值不同；无论低B值或高B值成像条件下,ADC值与年龄、性别、供体来源、移植后天数、成像当日血清肌酐、血红蛋白、平均动脉压、尿量、血药谷浓度等无显著相关；随术后时间延长,ADC值无显著变化；CADC、MADC值可有效鉴别移植肾AR与功能正常移植肾,但与ATN的差异未达统计学显著差异水平；CADC、MADC可作为移植肾AR的诊断指标,在高B值成像条件下所获ADC值的诊断效率优于低B值成像条件下所获ADC值；3.移植肾皮、髓质的R2*值与低B值或高B值成像下移植肾皮、髓质ADC值无显著相关性；移植肾髓质R2*值对AR的ROC诊断曲线下面积介于高B值成像下ADC值的曲线下面积与低B值成像下ADC值的曲线下面积之间,但与上述曲线的曲线下面积相比均无显著性差异。4.成功建立了小鼠肾移植AR、ATN及对照组模型。5.上述模型的移植肾BOLD MRI成像显示ATN组的CR2*值显著高于AR组及对照组。AR组的MR2*显著低于对照组及ATN组,提示AR时肾髓质氧浓度升高;上述模型的移植肾DWI MRI成像显示AR组的平均肾实质ADC值低于对照组及ATN组,ATN组低于对照组,但3组间差异均未达统计学显著水平。CR2*、MR2*与ADC值无显著相关性。6.免疫组化及western blot发现AR时,移植肾组织iNOS、AT1R的表达显著高于对照组及ATN组,提示AR过程中,肾组织内同时存在上调与下调移植肾组织血供的因素。AR与ATN时移植肾组织内肾小管上皮细胞表达NKA、NHE水平均下调,提示肾小管转运功能受抑制。该功能下调,可能导致肾组织内氧耗减少,局部氧浓度升高。结论：1.肾移植术后早期BOLD MRI可有效鉴别AR与ATN,其参数R2*可作为AR的诊断指标,MR2*水平可能对预测AR的发生具有一定价值；2.肾移植术后早期DWI MRI可有效鉴别AR与功能正常移植肾,其参数ADC可作为AR的诊断指标；3. BOLD MRI可反映移植肾组织氧合改变,AR时皮、髓质氧浓度升高；DWI MRI可反映移植肾微循环灌注与水分子弥散改变,AR时微循环灌注与水分子弥散水平下降；4.AR时肾小管转运蛋白表达水平下降,提示转运功能受抑制,可能导致组织耗氧减少,氧浓度升高。