11C-MET-PET/CT 成像對(duì)腦膠質(zhì)瘤1p/19q 共缺失狀態(tài)預(yù)測(cè)價(jià)值的研究

張 超，于 鵬，趙 愷

（1.天津市人民醫(yī)院神經(jīng)外科，天津300122；2.解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心核醫(yī)學(xué)科，北京100853；3.解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)外科，北京100853）

0 引言

神經(jīng)膠質(zhì)瘤是最常見且異質(zhì)性很高的原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤[1]。隨著基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)膠質(zhì)瘤的基因組分析已成為臨床診療的重要工具，通過其發(fā)現(xiàn)的核苷酸序列和突變信息是神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的生物學(xué)標(biāo)志物，相關(guān)分子及基因突變等特征已經(jīng)與傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)和病理學(xué)特征一同被納入到2016 年世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）神經(jīng)腫瘤病理分類指南中[2]。病理學(xué)家根據(jù)異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）突變和染色體1p/19q 共缺失的狀態(tài)將神經(jīng)膠質(zhì)瘤分為不同亞型，因此這些突變特征和基因狀態(tài)已成為診斷和判斷預(yù)后的重要因素[3-6]。目前研究表明，無論組織學(xué)結(jié)果如何，神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中IDH 的突變、染色體1p/19q 共缺失的狀態(tài)和端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（telomerase reverse transcriptase，TERT）啟動(dòng)子突變的發(fā)生都可以作為判斷預(yù)后的獨(dú)立因素，判斷預(yù)后效果甚至優(yōu)于組織學(xué)檢測(cè)[7]。也有研究表明，雖然應(yīng)用氨基酸PET、MRI 或CT、灌注或彌散MRI 成像等方法能夠預(yù)測(cè)基因突變狀態(tài)，但目前影像學(xué)檢查還不能較好地判斷膠質(zhì)瘤染色體1p/19q 共缺失狀態(tài)[8-9]。氨基酸PET 技術(shù)在診斷神經(jīng)腫瘤方面的應(yīng)用已有數(shù)十年歷史，盡管其應(yīng)用的氨基酸類放射性示蹤劑的半衰期較短，但11C-蛋氨酸（11C-methionine，11C-MET）PET/CT（11C-MET-PET/CT）檢查仍然是揭示神經(jīng)膠質(zhì)瘤代謝狀態(tài)最有價(jià)值的工具。該技術(shù)有助于觀察顱內(nèi)腫瘤組織的特征，描述其惡性程度、進(jìn)展?fàn)顟B(tài)等[10]，因其具有較高的敏感度、特異度和診斷準(zhǔn)確性而得到廣泛應(yīng)用[11-12]。在最新的神經(jīng)腫瘤反應(yīng)評(píng)估（response assessment in neuro-oncology，RANO）標(biāo)準(zhǔn)中，推薦在神經(jīng)膠質(zhì)瘤治療的每個(gè)階段使用11CMET-PET/CT 評(píng)估病情變化及治療效果[13]。

膠質(zhì)瘤細(xì)胞對(duì)氨基酸的需求增加，導(dǎo)致11C-MET的攝取增加。膠質(zhì)瘤細(xì)胞的基因狀態(tài)，尤其是1p/19q共缺失等特征基因變化，同樣會(huì)使氨基酸代謝水平發(fā)生變化[14]。本研究通過11C-MET-PET/CT 成像技術(shù)收集和分析神經(jīng)膠質(zhì)瘤的成像和紋理信息，研究1p/19q 共缺失狀態(tài)與蛋氨酸（methionine，MET）攝取之間的關(guān)系，探討11C-MET-PET/CT 成像對(duì)腦膠質(zhì)瘤1p/19q 共缺失狀態(tài)是否具有預(yù)測(cè)價(jià)值。

1 資料和方法

1.1 臨床資料

選取2016 年1 月至2018 年9 月解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心的56 例術(shù)前使用11C-MET-PET/CT掃描獲得影像和代謝信息，且經(jīng)術(shù)后病理確診的新診斷的神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者。其中男性35 例、女性21例，年齡為（46.46±15.81）歲。手術(shù)取得的腫瘤組織均進(jìn)行病理及基因檢測(cè)。術(shù)后病理顯示，23 例為WHOⅡ級(jí)膠質(zhì)瘤，6 例為WHO Ⅲ級(jí)間變性腫瘤，27 例為WHO Ⅳ級(jí)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。56 例患者中，1p/19q 共缺失陽(yáng)性患者和陰性患者分別為16 例和40 例。23 例WHO Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤患者中，1p/19q 共缺失陽(yáng)性患者和陰性患者分別為11 例和12 例。對(duì)上述1p/19q 共缺失陽(yáng)性患者和陰性患者分組進(jìn)行進(jìn)一步分析。本研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)審核和批準(zhǔn)。

1.2 1p/19q 共缺失檢測(cè)

使用熒光毛細(xì)管電泳分析檢測(cè)1p 和19q 啟動(dòng)子的缺失[15]，在1p 和19q 常見缺失區(qū)域1p36.1～1p36.3和19q13.3 各選擇3 個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行引物合成并標(biāo)記熒光。使用石蠟包埋組織基因組DNA 提取試劑盒（Qiagen DNA FFPE Tissue Kit）和天根外周血抽提試劑盒進(jìn)行腫瘤組織DNA 抽提。然后進(jìn)行聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction，PCR）擴(kuò)增，其擴(kuò)增體系為：2×Glodstar master Mix 10 μL，引物混合液（10 pmol/μL）1.0 μL，DNA 模板2.0 μL，雙蒸水（ddH2O）7.0 μL。反應(yīng)條件為：95 ℃預(yù)變性10 min，變性95 ℃30 s，退火61 ℃40 s，延伸72 ℃10 s，進(jìn)行2 個(gè)循環(huán)；隨后變性95 ℃30 s，退火53 ℃40 s，延伸72 ℃30 s，進(jìn)行25 個(gè)循環(huán)。應(yīng)用3730 測(cè)序儀分析毛細(xì)管電泳結(jié)果。

1.3 PET/CT 圖像及數(shù)據(jù)采集

進(jìn)行11C-MET PET/CT 檢查前患者禁食至少6 h。靜脈注射5.55 MBq/kg（0.15 mCi/kg）11C-MET，并讓其在安靜的房間里休息。11C-MET 注射10 min 后使用專用的PET/CT 掃描儀（Biograph 40，西門子）在120 kV、206 mSv、3 mm 切片厚度、0.6 mm 間距和300 mm 視野（field of view，F(xiàn)OV）的條件下進(jìn)行大腦的CT 掃描。持續(xù)掃描15 min，在矩陣為400×400、縮放為2 的1 個(gè)床位上執(zhí)行3D PET 采集。使用迭代重建方法（5 次迭代，21 個(gè)子集）執(zhí)行圖像重建。采用研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的定制軟件（AnimaM3P）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[16]，手動(dòng)執(zhí)行圖像融合并通過數(shù)學(xué)三線性內(nèi)插法在內(nèi)部進(jìn)行調(diào)整，手動(dòng)匹配和融合參考解剖標(biāo)志。根據(jù)解剖圖像和PET 圖像，由2 名神經(jīng)放射科醫(yī)生（分別具有10 年和2 年經(jīng)驗(yàn)）手動(dòng)計(jì)算腫瘤的感興趣區(qū)體積（volume of interest，VOI）。2 名醫(yī)生均不知患者臨床信息。然后，AnimaM3P 軟件基于強(qiáng)度-體積直方圖（intensity-volume histograms，IVH）生成一組一階紋理特征參數(shù)[17]（如圖1 所示），包括標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation，SD）、中位數(shù)（Median）、前25%和后25%（75%）的平均攝取值、Volume、Skewness、Kurtosis、DiffEntropy、DiffVariance、Contrast 和Entropy。此外，記錄腫瘤最大標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUVmax）、平均攝取值（SUVmean）、平均標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUVrmean）、腫瘤/正常組織比最大值TNRmax（TNRmax=SUVmax/SUVrmean）和腫瘤/正常組織比平均值TNRmean（TNRmean=SUVmean/SUVrmean）等常規(guī)特征。

圖1 神經(jīng)膠質(zhì)瘤紋理分析視圖

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有研究數(shù)據(jù)均使用IBM SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)軟件（IBM Corp.）進(jìn)行分析，ROC 曲線分析采用Medcalc統(tǒng)計(jì)軟件，用于確定各參數(shù)對(duì)1p/19q 共缺失狀態(tài)的預(yù)測(cè)能力及最佳臨界值。參數(shù)值組間比較：?jiǎn)我蛩胤治霾捎锚?dú)立樣本t檢驗(yàn)，多因素分析采用Logistics 回歸分析。P<0.05 表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

56 例患者中1p/19q 共缺失陽(yáng)性及陰性患者的11C-MET-PET/CT 參數(shù)比較結(jié)果見表1?？梢钥闯觯?p/19q 共缺失（陰性）患者的SUVmax（7.92±6.38）和SUVmean（2.92±2.29）高于1p/19q 共缺失（陽(yáng)性）患者的SUVmax（3.93±1.50）和SUVmean（1.33±0.33）。ROC 曲線分析結(jié)果表明，SUVmax的AUC 值為0.724，截?cái)嘀担ㄗ罴雅R界值，cutoff）為4.900，敏感度為81.25%，特異度為65.00%；SUVmean的AUC 值為0.780，截?cái)嘀禐?.533，敏感度為87.50%，特異度為67.50%；SD 的AUC 值為0.714，截?cái)嘀禐?.757，敏感度為87.50%，特異度為57.50%；Median 的AUC 值為0.770，截?cái)嘀禐?.415，敏感度為81.25%，特異度為72.50%。其中SUVmean表現(xiàn)出了最強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力（AUC 值為0.780），同時(shí)，上述幾個(gè)參數(shù)的AUC 值都在0.7 以上，提示具備一定診斷價(jià)值（如圖2 所示）。但是其他參數(shù)ROC 曲線分析并未發(fā)現(xiàn)足夠的診斷潛力。

表1 所有膠質(zhì)瘤患者中1p/19q 共缺失陽(yáng)性及陰性患者的11CMET-PET/CT 參數(shù)比較

圖2 所有膠質(zhì)瘤患者中各參數(shù)（AUC 值大于0.7）預(yù)測(cè)1p/19q狀態(tài)的ROC 曲線

對(duì)WHOⅡ級(jí)膠質(zhì)瘤患者進(jìn)一步行亞組分析，可見與全部患者病例分析結(jié)果不同的是，具備1p/19q 共缺失的病例，其TNRmax（4.61±1.42）和TNRmean（1.64±0.51）較高，見表2。同時(shí)，在紋理分析中，1p/19q共缺失陽(yáng)性及陰性患者的Entropy 和DiffEntropy 2個(gè)紋理參數(shù)的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示這些參數(shù)對(duì)膠質(zhì)瘤1p/19q 基因狀態(tài)可能具有一定的預(yù)測(cè)潛力。其中TNRmax的AUC 值為0.826，截?cái)嘀禐?.730，敏感度為100.00%，特異度為58.33%；TNRmean的AUC 值為0.731，截?cái)嘀禐?.220，敏感度為90.91%，特異度為75.00%；DiffEntropy 的AUC 值為0.731，截?cái)嘀禐?.662，敏感度為72.73%，特異度為75.00%；Entropy 的AUC 值為0.758，截?cái)嘀禐?.439，敏感度為81.82%，特異度為66.67%，如圖3 所示。

表2 23 例WHOⅡ級(jí)患者中1p/19q 共缺失陽(yáng)性及陰性患者的11C-MET-PET/CT 參數(shù)比較

圖3 在WHOⅡ級(jí)膠質(zhì)瘤患者中各參數(shù)預(yù)測(cè)1p/19q 狀態(tài)的ROC 曲線

3 討論

膠質(zhì)瘤的分子病理特征逐漸成為重要的預(yù)后影響因素，是臨床醫(yī)生制訂合適的治療策略的重要依據(jù)。隨著基因測(cè)序技術(shù)的迅速發(fā)展，基因突變等檢測(cè)的臨床價(jià)值已得到證實(shí)。從2016 年WHO 腦腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)開始，已經(jīng)將膠質(zhì)瘤的分子病理特征加入到傳統(tǒng)的基于形態(tài)學(xué)的分類標(biāo)準(zhǔn)中，并且越來越多的神經(jīng)外科醫(yī)師將核苷酸突變和甲基化狀態(tài)作為制訂綜合治療策略的重要參考，在低級(jí)別膠質(zhì)瘤的治療中較為明顯。目前，IDH 突變和染色體1p/19q 共缺失已經(jīng)成為診斷低級(jí)別膠質(zhì)瘤的重要標(biāo)準(zhǔn)[2，18-19]。此外，腫瘤分類應(yīng)主要根據(jù)其突變狀態(tài)，而不是基于其形態(tài)學(xué)等級(jí)[3]。隨著基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，除了傳統(tǒng)的病理特征外，膠質(zhì)瘤的分子病理診斷也被進(jìn)一步細(xì)化。最新的《NCCN 臨床實(shí)踐指南：中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤》中，通過基因和分子檢測(cè)手段對(duì)組織學(xué)相似的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤預(yù)后及治療方案進(jìn)行了更精準(zhǔn)的區(qū)分并提出了個(gè)體化措施，對(duì)臨床醫(yī)師制訂診療策略具有重要意義[2，20]。同時(shí)，最新的一項(xiàng)多中心回顧性研究發(fā)現(xiàn)，1p/19q 共缺失患者的手術(shù)治療效果并不理想[3]。

突變和基因表達(dá)決定了腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為。不同的細(xì)胞生物學(xué)行為會(huì)產(chǎn)生不同的組織學(xué)特異性，從而導(dǎo)致神經(jīng)影像學(xué)的異質(zhì)性。雖然目前的成像技術(shù)并不能像組織學(xué)和分子病理一樣準(zhǔn)確描述細(xì)胞的基因狀態(tài)，但CT、MRI、PET-CT 和PET-MRI 等神經(jīng)成像技術(shù)在這個(gè)領(lǐng)域仍能提供包括組織學(xué)分級(jí)、腫瘤細(xì)胞增殖、微血管狀態(tài)等在內(nèi)的大量信息。同時(shí)，基于影像學(xué)檢查無創(chuàng)性和便捷性的優(yōu)點(diǎn)，各種成像技術(shù)是膠質(zhì)瘤患者不可或缺的術(shù)前評(píng)估工具。其中11CMET-PET/CT 因其對(duì)膠質(zhì)瘤的診斷具有較高的敏感度和特異度，而適用于大多數(shù)惡性腫瘤的病灶描述和立體定向活檢取材[21-22]，同時(shí)可用于觀察輔助治療效果及病變進(jìn)展?fàn)顟B(tài)。

本研究探討了神經(jīng)膠質(zhì)瘤分子病理標(biāo)志物與11C-MET-PET/CT 之間的關(guān)系。研究結(jié)果顯示，膠質(zhì)瘤1p/19q 共缺失狀態(tài)與MET 攝取之間存在相關(guān)性，非1p/19q 共缺失患者M(jìn)ET 攝取能力可能更強(qiáng)。腫瘤的MET 代謝特征與病理分級(jí)、1p/19q 共缺失之間密切相關(guān)，組織學(xué)分級(jí)較高且非1p/19q 共缺失的腫瘤患者顯示出較高的SUVmax和SUVmean；分級(jí)為WHO Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤患者中，1p/19q 共缺失患者的病灶顯示出較高的TNRmax、TNRmean、Entropy 和DiffEntropy。

本研究發(fā)現(xiàn)，一些11C-MET-PET 參數(shù)與染色體1p/19q 共缺失狀態(tài)相關(guān)。盡管可能的機(jī)制尚待進(jìn)一步的研究，但有理由認(rèn)為紋理分析參數(shù)的Entropy 和DiffEntropy 可以作為1p/19q 共缺失的重要預(yù)測(cè)因子。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，全部患者中，1p/19q 共缺失患者的SUVmax和SUVmean較低，而在WHO Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤患者的亞組分析中，1p/19q 共缺失患者的TNRmax和TNRmean均較高。WHOⅡ級(jí)膠質(zhì)瘤患者所顯示的結(jié)果與2012 年Saito 等[23]所提交的報(bào)告中的結(jié)果一致。鑒于高級(jí)別膠質(zhì)瘤存在血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）的潛在破壞和血管通透性增加的現(xiàn)象，本研究結(jié)果表明MET 值與1p/19q 狀態(tài)相關(guān)，且不受腫瘤內(nèi)微血管通透性等情況的影響。同時(shí)，通過對(duì)所有患者的分析得出，腫瘤內(nèi)微血管的狀態(tài)對(duì)PET/CT 中的MET 值有較大的影響。

研究表明，11C-MET-PET/CT 圖像平均標(biāo)準(zhǔn)攝取值與L 型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體1（L type amino acid transporter 1，LAT1）呈現(xiàn)相關(guān)性[24]。LAT1 是一種中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，對(duì)包括MET 在內(nèi)的幾種人體必需氨基酸具有高親和力[25]。在高級(jí)別膠質(zhì)瘤中，隨著腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞中微血管的增加以及LAT1 的密度或活性的增加，MET 的攝取也可能增加[26]。同時(shí)，1p/19q 共缺失可能調(diào)節(jié)下游通路網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的表達(dá)和激活以及微血管特征的改變[26-28]。這些變化是否會(huì)影響11C-MET-PET/CT 檢查結(jié)果仍需進(jìn)一步的研究。

雖然膠質(zhì)瘤具有不同特征，但SUVmax、SUVmean、TNRmax、TNRmean仍是診斷和判斷預(yù)后的最有價(jià)值的參數(shù)。同時(shí)，紋理分析進(jìn)一步提高了11C-MET-PET/CT對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)瘤分類、分型的效能，為神經(jīng)外科醫(yī)師對(duì)疾病做出合理的診療決策提供了更多的參考。

本研究仍具有一定的局限性，主要體現(xiàn)在以下2 個(gè)方面：（1）研究納入了WHO Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)腫瘤患者，患者的異質(zhì)性可能導(dǎo)致呈現(xiàn)不同的生物學(xué)特征，應(yīng)用亞組分析將與病變等級(jí)相關(guān)的選擇性偏差降至最低，得到了與之前研究一致的結(jié)果。但由于治療手段的不同和樣本量的限制，未評(píng)估患者的生存期及預(yù)后情況，未來將針對(duì)上述局限進(jìn)行進(jìn)一步研究。（2）由于研究樣本的限制，無法避免選擇性偏差，期待后續(xù)研究可以通過增加樣本量對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，探索更好的技術(shù)手段，以為膠質(zhì)瘤患者的臨床診斷和治療提供更好的幫助。