DSC-PWI聯(lián)合常規(guī)MRI特征在預(yù)測高級別膠質(zhì)瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)中的價(jià)值

陳小田，蘇春秋，潘婷，魯珊珊，吳飛云，施海彬，洪汛寧

高級別膠質(zhì)瘤(High-grade gliomas,HGGs) 包括世界衛(wèi)生組織(World Health Organization, WHO) Ⅲ級和Ⅳ級膠質(zhì)瘤，是顱內(nèi)最常見的原發(fā)性惡性腫瘤, 術(shù)后放療與替莫唑胺(Temozolomide,TMZ)同步化療已成為治療的標(biāo)準(zhǔn)方案，患者對化療藥耐藥是治療效果不佳的原因之一[1]。2016版WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類在傳統(tǒng)組織學(xué)分型基礎(chǔ)上增加了分子分型，其中O6-甲基鳥嘌呤-DNA-甲基轉(zhuǎn)移酶(O6-methylguanine-DNA-methyltransferase,MGMT)基因啟動子甲基化狀態(tài)與TMZ治療HGGs患者的預(yù)后和生存期密切相關(guān)[1,2]，有研究表明MGMT啟動子甲基化狀態(tài)是原發(fā)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)的獨(dú)立預(yù)后因素[3]，MGMT啟動子甲基化患者有較長的無進(jìn)展生存期和總生存期[4,5]。病理是診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，但是組織學(xué)作為一種侵入性的檢查方法，具有創(chuàng)傷性和樣本誤差。因此術(shù)前非侵入性預(yù)測高級別膠質(zhì)瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)對判斷預(yù)后、預(yù)測放化療敏感性具有重要價(jià)值，能為精準(zhǔn)化治療方案提供有效信息。

在常規(guī)MRI特征上，部分研究認(rèn)為MGMT啟動子甲基化膠質(zhì)瘤腫瘤位置多位于左側(cè)大腦半球，壞死和水腫較少，更易呈實(shí)性或結(jié)節(jié)狀強(qiáng)化[6-8]；但也有一些研究認(rèn)為兩者在常規(guī)MRI特征上沒有明顯差異[9,10]，存在爭議性。倫勃朗視覺感受圖像(visually accessible rembrandt Images,VASARI)特征集(http://wiki.cancerimagingarchive.net/display/ Public/ VASARI+Research+Project)是對膠質(zhì)瘤MRI圖像特征的一種定量或半定量描述，其每個特征都有定量或半定量的量化值用于評估腫瘤的影像學(xué)特征[11]。動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)灌注成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging,DSC-PWI) 通過對比劑給藥后T2*加權(quán)圖像中信號的丟失來評估腫瘤組織灌注，反映腫瘤的血管增生程度，其與VASARI特征集已在預(yù)測膠質(zhì)瘤分級和預(yù)后中得到廣泛應(yīng)用[12-14]，且已有部分研究證實(shí)這兩種方法在預(yù)測膠質(zhì)瘤異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)基因突變中的潛力[15-17]，但在預(yù)測MGMT啟動子甲基化狀態(tài)中的應(yīng)用相對較少。本研究通過DSC-PWI聯(lián)合常規(guī)MRI特征對高級別膠質(zhì)瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)進(jìn)行定量分析及影像特征評估，旨在探討其在預(yù)測高級別膠質(zhì)瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)中的應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.病例資料

回顧性收集2016年4月至2020年1月本院經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的高級別膠質(zhì)瘤患者48例。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①檢查前均未接受任何放、化療及手術(shù)、激素治療；②所有患者均在術(shù)前行MRI檢查，包括T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、T1WI增強(qiáng)和DSC-PWI，且圖像質(zhì)量良好、無偽影；③術(shù)后均采用焦磷酸測序法檢測腫瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)。最終納入的44例患者中共有MGMT啟動子甲基化患者25例，其中男16例，女9例，年齡(55.1±12.9)歲，WHO Ⅲ級4例，WHO Ⅳ級21例；MGMT啟動子非甲基化患者19例，其中男13例，女6例，年齡(58.3±13.8)歲，其中WHO Ⅲ級2例，WHO Ⅳ級17例。MGMT啟動子甲基化與非甲基化患者的性別、年齡差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表1)。

表1 兩組患者的一般資料比較

2.檢查方法

患者取仰臥位，采用德國Siemens 3.0T磁共振掃描儀，頭顱8通道正交線圈先行橫軸面T1WI、T2WI、FLAIR、DWI掃描，隨后行DSC灌注成像掃描，予靜脈團(tuán)注對比劑釓噴替酸普甲胺 (Gd-DTPA),劑量0.2 mmol/kg,注射流率為4 mL/s，注藥時機(jī)選擇為掃描第5個時相，掃描50個時相。然后行T1WI橫軸面、冠狀面和矢狀面增強(qiáng)掃描，對比劑注射完成后以相同流率團(tuán)注等量生理鹽水沖管。具體掃描參數(shù)：T1WI,TR 250 ms，TE 2.5 ms；T2WI,TR 6000 ms，TE 93 ms；掃描層厚均為5 mm，層間距1.25 mm，矩陣128×128，視野230 mm×230 mm。DWI采用平面回波成像序列，TR 4800 ms，TE 100 ms，b值為0、1000 s/mm2;DSC-PWI使用單次激發(fā)梯度回波-平面回波成像(GRE-EPI)序列，TR 1400 ms，TE 32 ms，視野230 mm×230 mm，矩陣128×128，層數(shù)18，層厚5 mm，間隔1.25 mm。

3.圖像分析

常規(guī)MRI特征分析：常規(guī)MRI特征從VASARI特征集中的選取臨床意義較高，可重復(fù)性較高的VASARI特征包括腫瘤定位、腫瘤中心側(cè)、增強(qiáng)程度、增強(qiáng)比例、非增強(qiáng)比例、壞死比例、水腫比例、囊變、強(qiáng)化邊緣厚度、強(qiáng)化部分邊界、出血、擴(kuò)散及腦深部白質(zhì)浸潤,評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。由兩位分別有4年和3年工作經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)影像醫(yī)師在不知病理結(jié)果的前提下獨(dú)立評分，意見不一致時由一位有25年工作經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)影像主任醫(yī)師確定最終結(jié)果。

DSC數(shù)據(jù)處理：將采集的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入Siemens后處理工作站，在Perfusion軟件內(nèi)以鄰近腫瘤側(cè)的大腦中動脈作為感興趣區(qū)(ROI)，計(jì)算動脈輸入函數(shù)，獲得腦血流量 (cerebral blood flow,CBF)圖和腦血容量(cerebral blood volume,CBV)圖。參考T1WI增強(qiáng)和FLAIR圖像，在腫瘤CBF、CBV最高的區(qū)域放置ROI，大小約40～50 mm2，避開囊變、壞死、出血和大血管區(qū)域，得到平均值為最大CBF及最大CBV，每個ROI測量3次，取其平均值為CBFmax和CBVmax。隨后選取腫瘤最大層面，在T1WI增強(qiáng)圖像上沿著腫瘤的實(shí)性部分手動勾畫ROI，復(fù)制至CBF和CBV圖像的對應(yīng)區(qū)域，得到平均值為CBFmean和CBVmean(圖1、2)。為了減小患者間個體差異，在相應(yīng)圖像上對側(cè)半卵圓中心正常白質(zhì)內(nèi)放置ROI，大小約40～50 mm2，得到平均值作為參考標(biāo)準(zhǔn)，將上述CBFmax、CBVmax、CBFmean和CBVmean與之比值求得腫瘤實(shí)性區(qū)域的灌注參數(shù)的相對值，分別為rCBFmax、rCBVmax、rCBFmean和rCBVmean。

圖1 男，67歲，右側(cè)顳枕葉GBM，MGMT啟動子甲基化。a) T1WI示腫瘤呈低信號(箭)；b) T2WI示病灶呈混雜高信號，瘤周水腫程度>33%(箭)； c) FLAIR示病灶呈混雜高信號(箭); d) DWI示腫瘤強(qiáng)化部分?jǐn)U散不受限(箭)； e) ADC圖示腫瘤強(qiáng)化部分?jǐn)U散不受限(箭); f) 增強(qiáng)T1WI示腫瘤呈實(shí)性強(qiáng)化，中央壞死比例<33%(箭); g) DSC-PWI中CBVmaxROI提取示意圖(箭); h) DSC-PWI中CBVmean ROI提取示意圖(箭)。

圖2 女，71歲，左側(cè)額葉GBM，MGMT啟動子非甲基化。a) T1WI示腫瘤呈低信號(箭)； b) T2WI示病灶呈混雜高信號，瘤周水腫程度>33%(箭)； c) FLAIR示病灶呈混雜高信號(箭); d) DWI示腫瘤強(qiáng)化部分局部擴(kuò)散受限(箭)； e) ADC圖示腫瘤強(qiáng)化部分局部擴(kuò)散受限(箭); f) 增強(qiáng)T1WI示腫瘤呈薄壁環(huán)形強(qiáng)化，中央不強(qiáng)化壞死比例>33%(箭)； g) DSC-PWI中CBVmax ROI提取示意圖(箭); h) DSC-PWI中CBVmean ROI提取示意圖(箭)。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布計(jì)量資料的組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。采用Kappa檢驗(yàn)評價(jià)兩位醫(yī)師對常規(guī)MRI特征評分結(jié)果的一致性。采用χ2檢驗(yàn)比較兩組間的性別和常規(guī)MRI特征的差異。運(yùn)用Logistic回歸分析計(jì)算DSC-PWI及常規(guī)MRI特征鑒別高級別膠質(zhì)瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)的獨(dú)立危險(xiǎn)因素及預(yù)測概率。采用MedCalc (version13.1.2，Mariakerke，Belgium) 進(jìn)行受試者工作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析，并計(jì)算曲線下面積(area under curve,AUC)、截?cái)嘀怠⒚舾卸燃疤禺惗?。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.常規(guī)MRI特征結(jié)果

兩位放射醫(yī)師對常規(guī)MRI特征評分結(jié)果的一致性較好(Kappa值范圍為0.759～0.941)。壞死比例、強(qiáng)化邊緣厚度、擴(kuò)散在MGMT啟動子甲基化與非甲基化高級別膠質(zhì)瘤中差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，與MGMT啟動子非甲基化高級別膠質(zhì)瘤相比，MGMT啟動子甲基化高級別膠質(zhì)瘤的壞死比例較低，強(qiáng)化邊緣厚度傾向呈厚壁結(jié)節(jié)狀、實(shí)性強(qiáng)化，擴(kuò)散不受限(表2)。

表2 兩組常規(guī)MRI征象的單因素分析

2.DSC-PWI結(jié)果

兩組病例的DSC-PWI參數(shù)分析結(jié)果顯示，MGMT啟動子非甲基化高級別膠質(zhì)瘤組的rCBVmax和rCBVmean較甲基化組明顯更高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；兩組間的rCBFmax和rCBFmean差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表3)。

表3 兩組DSC-PWI參數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果

3.ROC曲線分析

對具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的常規(guī)MRI特征及DSC-PWI參數(shù)進(jìn)行ROC曲線分析，結(jié)果顯示在常規(guī)MRI特征中，壞死比例的診斷效能最高，ROC曲線下面積(AUC)為0.736，敏感度為84.0%，特異度為63.2%。在DSC-PWI參數(shù)中，rCBVmean的診斷效能最高，AUC為0.821，敏感度為89.5%，特異度為64.0%(表4)。

表4 常規(guī)MRI特征、DSC-PWI參數(shù)及聯(lián)合應(yīng)用ROC分析

將常規(guī)MRI特征及DSC-PWI參數(shù)進(jìn)一步運(yùn)用Logistic回歸進(jìn)行多因素分析，結(jié)果顯示壞死比例和rCBVmean為鑒別MGMT啟動子甲基化與非甲基化高級別膠質(zhì)瘤的獨(dú)立危險(xiǎn)因素(P<0.05)，將得到的預(yù)測概率進(jìn)行ROC分析，得出AUC為0.897，敏感度為96.0%，特異度為84.2%(圖3)，聯(lián)合兩者的診斷效能高于任一單一參數(shù)。

圖3 壞死比例、rCBVmean 及兩者聯(lián)合鑒別MGMT啟動子甲基化與非甲基化高級別膠質(zhì)瘤的ROC曲線。

討 論

MGMT基因啟動子甲基化狀態(tài)與TMZ治療HGGs患者的預(yù)后和生存期密切相關(guān)，因此術(shù)前非侵入性預(yù)測高級別膠質(zhì)瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)對指導(dǎo)治療決策和評估預(yù)后具有重要價(jià)值。本研究通過對MGMT啟動子甲基化與非甲基化高級別膠質(zhì)瘤分別進(jìn)行常規(guī)MRI特征和DSC-PWI分析，結(jié)果表明常規(guī)MRI特征和DSC-PWI有助于預(yù)測高級別膠質(zhì)瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)。

MGMT是一種廣泛存在于真核細(xì)胞的DNA修復(fù)酶，它能特異性地從DNA中鳥嘌呤的O6位置上去除致突變的烷基，從而保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受烷化劑的影響，作為烷化劑化療藥物的靶點(diǎn)，其高表達(dá)會降低藥物敏感性[18,19]。MGMT基因啟動子CpG島甲基化將引起MGMT表達(dá)缺失，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)MGMT含量降低，從而使腫瘤對替莫唑胺反應(yīng)良好。有研究發(fā)現(xiàn)，30%～60%的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤伴有MGMT啟動子甲基化[18]，腫瘤內(nèi)MGMT啟動子甲基化的存在與接受烷化劑治療的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者較長的無進(jìn)展生存期和總生存期相關(guān)[4,5]。

高級別膠質(zhì)瘤中壞死成分是腫瘤快速增殖造成的慢性缺血性損傷所致，被認(rèn)為是生長迅速的惡性生物學(xué)行為征象。一項(xiàng)臨床前模型研究顯示，MGMT啟動子甲基化的細(xì)胞生長增殖速度較慢，不易發(fā)生缺血壞死[20]。本研究中MGMT啟動子甲基化組的高級別膠質(zhì)瘤壞死比例較非甲基化組低，這與既往研究一致[6,21]。在強(qiáng)化方式上，本研究發(fā)現(xiàn)MGMT啟動子甲基化HGGs可能因?yàn)橛休^少的壞死成分而更易呈厚壁、結(jié)節(jié)狀及實(shí)性強(qiáng)化，而非甲基化HGGs則因壞死成分較多而多呈薄壁環(huán)形強(qiáng)化，也與既往研究一致[7,21]；但本研究采用VASARI特征集，通過量化的方法定量描述腫塊的壞死比例及強(qiáng)化方式，可能會更有助于MGMT啟動子甲基化狀態(tài)的預(yù)測。

擴(kuò)散加權(quán)成像可提供有關(guān)腫瘤結(jié)構(gòu)的信息，間接反映了水分子運(yùn)動，因?yàn)榇蠖鄶?shù)水分子運(yùn)動發(fā)生在細(xì)胞外空間，故細(xì)胞密度越大，擴(kuò)散越受限。既往研究表明，MGMT啟動子甲基化GBM的ADC值高于非甲基化GBM[22]，平均ADC值與MGMT啟動子甲基化比率呈正相關(guān)[23]。本研究發(fā)現(xiàn)MGMT非甲基化高級別膠質(zhì)瘤相比甲基化擴(kuò)散更受限，與文獻(xiàn)報(bào)道相符，這可能與MGMT啟動子非甲基化膠質(zhì)瘤異質(zhì)性更高有關(guān)。

DSC-PWI是一種常用的灌注方法，它利用靜脈團(tuán)注順磁性對比劑通過微血管時形成的局部磁場不均勻而導(dǎo)致T2WI信號強(qiáng)度的降低來計(jì)算腦組織或腫瘤組織的相關(guān)參數(shù)。既往研究表明，rCBV與膠質(zhì)瘤病理級別有顯著相關(guān)性，是腫瘤血管生成的替代指標(biāo)，為DSC-PWI中最有效的成像參數(shù)[14,15]。一項(xiàng)使用GBM細(xì)胞株的研究發(fā)現(xiàn)MGMT啟動子非甲基化細(xì)胞表達(dá)更多的血管內(nèi)皮生長因子A(Vascular endothelial growth factor A,VEGFA)[20]，VEGFA是促進(jìn)血管生成的主要介質(zhì)之一，所以可以推測MGMT啟動子非甲基化腫瘤為促血管生成的表型。Ryoo等[24]對25例GBM進(jìn)行半自動分割，發(fā)現(xiàn)MGMT啟動子甲基化陽性組GBM的CBV值顯著低于陰性組，AUC為0.677，敏感度和特異度分別為73.3%和85.7%。本研究選用熱點(diǎn)法和最大層面ROI勾畫，結(jié)果顯示MGMT啟動子非甲基化高級別膠質(zhì)瘤組的rCBVmax和rCBVmean均較甲基化組明顯偏高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，與Ryoo等[24]的研究結(jié)果相符，本研究樣本量更大并通過手動勾畫的方法，預(yù)測MGMT啟動子甲基化狀態(tài)更可靠。

本研究結(jié)果顯示，壞死比例和rCBFmean為判斷高級別膠質(zhì)瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，聯(lián)合兩者診斷的AUC為0.897，優(yōu)于任一單一參數(shù)。壞死為常規(guī)MRI特征中反映腫瘤侵襲性的征象，CBV為DSC-PWI中最能反映腫瘤血管生成的參數(shù)，本研究聯(lián)合結(jié)構(gòu)和功能上的兩種方法，能夠更全面地預(yù)測高級別膠質(zhì)瘤的MGMT啟動子甲基化狀態(tài)。

本研究存在以下局限性與不足：首先，樣本量相對較小，并且為回顧性研究；其次，由于放射科醫(yī)師肉眼視覺定位及手工繪制感興趣區(qū)，結(jié)果可能存在偏倚；最后，未能收集全部患者術(shù)后的預(yù)后信息以便研究高級別膠質(zhì)瘤MGMT啟動子甲基化狀態(tài)與術(shù)后生存期的關(guān)系，這有待于繼續(xù)隨訪及擴(kuò)大樣本量行進(jìn)一步研究。