酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移加權(quán)成像評(píng)估高級(jí)別膠質(zhì)瘤異檸檬酸脫氫酶基因狀態(tài)

陳永露，謝新鳳，梅穎潔，楊粵龍，吳曉玲，劉紅軍，黃 飚*

(1.廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 廣東省人民醫(yī)院放射科，廣東 廣州 510080；2.飛利浦醫(yī)療保健事業(yè)部，廣東 廣州 510080)

膠質(zhì)瘤是最常見的原發(fā)性腦腫瘤，其中約50%以上為高級(jí)別膠質(zhì)瘤，患者預(yù)后較差[1]。2016年版WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于膠質(zhì)瘤增加了一個(gè)分子學(xué)標(biāo)志物——異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase, IDH)[2-3]。IDH突變型高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者預(yù)后優(yōu)于IDH野生型[4]。研究[1]發(fā)現(xiàn)IDH突變型和野生型間變性星形細(xì)胞瘤患者的生存期分別為65個(gè)月及31個(gè)月，IDH突變型和野生型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的生存期分別為20個(gè)月及15個(gè)月。無創(chuàng)預(yù)測(cè)IDH基因型對(duì)膠質(zhì)瘤患者診療及預(yù)后有重要意義。MR酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移加權(quán)(amide proton transfer weighted, APTw)成像屬化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(chemical exchange saturation transfer, CEST)成像的一種[5]，可無創(chuàng)探測(cè)組織中游離蛋白質(zhì)及多肽鏈上酰胺質(zhì)子與水氫離子交換速率，進(jìn)而對(duì)疾病進(jìn)行診斷[6]。本研究探討高級(jí)別膠質(zhì)瘤APTw成像信號(hào)變化與腫瘤IDH基因型的關(guān)系，以期在術(shù)前提供IDH基因信息，為臨床決策提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年5月—2018年3月本院因疑診膠質(zhì)瘤而接受頭顱MR平掃、增強(qiáng)及APTw成像檢查并經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)為高級(jí)別膠質(zhì)瘤的25例患者，其中IDH野生型組16例，IDH突變型組9例，其一般情況見表1。所有患者M(jìn)R檢查前未接受任何治療及干預(yù)；排除有金屬物置入史、神志不清、幽閉恐懼癥及因運(yùn)動(dòng)偽影而無法達(dá)到診斷要求者。

1.2 儀器與方法 采用Philips Ingenia 3.0T MR儀，15通道頭部線圈。掃描序列包括軸位T1W、T2WI-FLAIR，增強(qiáng)T1W及APTw。采用三維TSE-Dixon序列對(duì)全腫瘤層面行APTw成像，2個(gè)射頻發(fā)射源交替用于飽和脈沖。飽和脈沖強(qiáng)度2 μT，持續(xù)時(shí)間2 s。通過多次采集TSE-Dixon掃描獲得APTw頻率序列(±3.5、±3.42、±3.58、-1 540 ppm)。在±3.5 ppm處采集3個(gè)不同TE獲得用于校正磁場(chǎng)不均勻性的B0圖。成像參數(shù)：TR 5 775 ms，TE 6 ms，F(xiàn)OV 212 mm×182 mm×40 mm，體素1.8 mm×1.8 mm×4.4 mm，掃描時(shí)間6 min 15 s。

1.3 APTw圖像分析 采用Philips磁共振儀自帶軟件自動(dòng)重建B0校正ATPw圖像。在APTw圖像±3.5 ppm處計(jì)算偏置磁化轉(zhuǎn)移率(asymmetric magnetization transfer ratio， MTRasym)：MTRasym(3.5 ppm)=Ssat(-3.5 ppm)/S0-Ssat(+3.5 ppm)/S0，其中Ssat及S0分別為有和無射頻的成像信號(hào)強(qiáng)度。所得MTRasym值定義為APT值，APT值越大，APT信號(hào)越高。由1名有20年以上神經(jīng)影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師在不知病理結(jié)果的情況下獨(dú)立分析圖像。于T2WI-FLAIR圖像上逐層勾畫腫瘤實(shí)質(zhì)部分，在APTw圖像上獲得相應(yīng)層面腫瘤實(shí)性部分為ROI，避開常規(guī)序列中發(fā)現(xiàn)的血管、囊變、壞死區(qū)及易出現(xiàn)磁敏感偽影區(qū)，逐層測(cè)量APT值(圖1、2)，計(jì)算各層均值。間隔1周后由同1名醫(yī)師以同樣方法再次測(cè)量APT值。

1.4 病理及分子檢查 對(duì)膠質(zhì)瘤手術(shù)標(biāo)本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，依據(jù)2016年版WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類進(jìn)行定性和分級(jí)。將術(shù)后腫瘤組織固定、包埋、切片，切片厚度10 μm。采用ABI3500Dx測(cè)序儀對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)序。IDH1野生型：IDH1基因394位堿基為CC，395位堿基為GG，132位密碼子為CGT，氨基酸為R/R。IDH1突變型：IDH1基因395位堿基發(fā)生G>A突變，導(dǎo)致精氨酸被組氨酸取代。

表1 IDH野生型和突變型患者一般資料

圖1 患者女，47歲，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(IDH突變型，WHO Ⅳ級(jí)) A.腫瘤主體位于左側(cè)額頂葉，腫瘤實(shí)性成分T1WI呈低信號(hào)； B.腫瘤實(shí)性成分T2WI呈稍高信號(hào)； C.增強(qiáng)掃描實(shí)性成分輕度不均勻強(qiáng)化，周圍水腫帶未見強(qiáng)化； D.腫瘤實(shí)性成分在T2WI-FLAIR呈稍高信號(hào)； E.于T2WI-FLAIR圖像中腫瘤實(shí)性成分繪制ROI； F.APTw示腫瘤實(shí)性區(qū)域呈高信號(hào)，APT值為1.7% (箭示腫瘤實(shí)性成分；箭頭示腫瘤周圍水腫帶) 圖2 患者女，59歲，間變性星形細(xì)胞瘤(IDH野生型，WHO Ⅲ級(jí)) A.腫瘤主體位于左側(cè)頂顳葉，腫瘤實(shí)性成分增強(qiáng)掃描呈環(huán)形強(qiáng)化，中央見壞死囊變區(qū)，周圍水腫帶未見強(qiáng)化； B.腫瘤實(shí)性成分在T2WI-FLAIR呈稍高信號(hào)，中央囊變壞死呈低信號(hào)，于T2WI-FLAIR勾畫腫瘤實(shí)性成分為ROI(藍(lán)色區(qū)域)，避開囊變壞死區(qū)； C.APTw圖像腫瘤實(shí)性區(qū)域呈高信號(hào)，APT值2.18% (箭示腫瘤實(shí)性成分；箭頭示腫瘤周圍水腫帶)

2 結(jié)果

IDH突變型組9例中，4例腫瘤僅累及單一腦葉，其中額葉2例，顳葉1例，島葉1例；另5例為跨腦葉生長(zhǎng)。IDH野生型組16例中，9例腫瘤累及單一腦葉，其中頂葉4例，額葉3例，顳葉1例，枕葉1例；7例腫瘤跨腦葉生長(zhǎng)，其中2例位于中線區(qū)。

IDH突變型(圖1)腫瘤信號(hào)尚均勻，其實(shí)性成分呈T1WI低信號(hào)，T2WI-FLAIR高信號(hào)(較周圍水腫稍低)，強(qiáng)化不均勻，部分區(qū)域強(qiáng)化較弱，APTw圖像呈高信號(hào)，較瘤周水腫組織信號(hào)明顯增高。IDH野生組(圖2)腫瘤內(nèi)信號(hào)混雜，常規(guī)序列圖像顯示腫瘤內(nèi)多發(fā)斑片狀、類圓形長(zhǎng)T1長(zhǎng)T2信號(hào)，T2WI-FLAIR呈稍高、等信號(hào)，強(qiáng)化不均勻，APTw圖像腫瘤實(shí)性成分表現(xiàn)為高信號(hào)，較對(duì)側(cè)正常腦白質(zhì)明顯增高。

IDH野生型組及IDH突變型組APT值分別為(3.21±0.82)%和(2.23±0.72)%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.98，P<0.05)；觀察者內(nèi)測(cè)量可重復(fù)性高(ICC=0.919)。

鑒別IDH突變型和IDH野生型的ROC曲線見圖3，AUC為0.84(P<0.05)，APT值閾值為2.12%，診斷IDH野生型的敏感度為93.8%，特異度為66.7%。

3 討論

不同高級(jí)別膠質(zhì)瘤對(duì)放射治療的敏感性、耐藥性、術(shù)后復(fù)發(fā)及患者總體生存時(shí)間差異很大，腫瘤IDH突變狀態(tài)對(duì)患者預(yù)后更有至關(guān)重要的影響。本研究觀察高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者術(shù)前APTw成像與IDH突變類型，發(fā)現(xiàn)IDH野生型膠質(zhì)瘤APT值明顯高于IDH突變型，提示APTw成像可在術(shù)前無創(chuàng)預(yù)測(cè)高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者IDH突變狀態(tài)。

APTw成像是一種新型MR分子功能成像方法，在給予細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和多肽的酰胺質(zhì)子特定頻率飽和脈沖后與周邊水質(zhì)子進(jìn)行化學(xué)交換，將部分飽和質(zhì)子的能量轉(zhuǎn)移到水質(zhì)子，通過探測(cè)水質(zhì)子信號(hào)改變來反映APTw信號(hào)強(qiáng)弱[5]?，F(xiàn)階段APTw成像研究主要集中于腦部疾病[6-7]，包括腦卒中、腫瘤和神經(jīng)退行性疾病等。已有多項(xiàng)研究證實(shí)APTw成像可為膠質(zhì)瘤術(shù)前分級(jí)[8-10]及治療效果評(píng)價(jià)[11]提供重要信息。由于膠質(zhì)瘤腫瘤細(xì)胞排列致密及過度增殖的病理生理學(xué)行為導(dǎo)致其過度表達(dá)蛋白質(zhì)和多肽[12]，故腫瘤區(qū)域APTw成像表現(xiàn)為高信號(hào)。

2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類首次引入分子參量，促進(jìn)了腦腫瘤的臨床、實(shí)驗(yàn)室檢查、影像學(xué)及流行病學(xué)研究[1,3]，其中IDH在膠質(zhì)瘤分類中尤為重要。Verhaak等[13]研究發(fā)現(xiàn)IDH與膠質(zhì)瘤的預(yù)后有密切關(guān)系，IDH突變型膠質(zhì)瘤患者較IDH野生型患者有較長(zhǎng)無進(jìn)展生存期，對(duì)高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后有較高的預(yù)測(cè)價(jià)值。IDH1表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)和過氧化物酶體，是三羧酸循環(huán)中的一種關(guān)鍵限速酶，2008年有學(xué)者[14]在癌癥基因組測(cè)序計(jì)劃中發(fā)現(xiàn)IDH1基因突變與膠質(zhì)瘤關(guān)系密切。本研究中分子學(xué)檢測(cè)主要根據(jù)IDH1基因相應(yīng)堿基位點(diǎn)是否出現(xiàn)突變，基因突變后，三羧酸循環(huán)過程受阻，腫瘤增殖細(xì)胞蛋白質(zhì)和多肽表達(dá)減少[14]。目前對(duì)膠質(zhì)瘤患者IDH突變的檢查方法多為手術(shù)或活檢后的基因及DNA檢測(cè)，均屬于有創(chuàng)檢查。盡管有學(xué)者[15]通過改良2D-MRS參數(shù)及波譜解析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了因IDH基因突變積累的產(chǎn)物2-羥基戊二酸的在體評(píng)估，以了解其突變狀態(tài)，但2-羥基戊二酸體濃度很低，需制作專用體模及專用的MRS分析軟件，所得結(jié)果的可靠性尚需探索，使得MRS評(píng)估IDH基因狀態(tài)的臨床應(yīng)用受限。近年來，隨著影像組學(xué)的發(fā)展，Zhang等[16]從常規(guī)序列中提取2 970個(gè)影像特征與臨床數(shù)據(jù)整合產(chǎn)生的模型在實(shí)驗(yàn)組和驗(yàn)證組中判斷IDH基因狀態(tài)準(zhǔn)確率分別為86%和89%；但由于樣本量及不同儀器影像特征一致性等問題，還需進(jìn)行更廣泛的多中心研究。本研究發(fā)現(xiàn)高級(jí)別膠質(zhì)瘤IDH野生型組APTw信號(hào)明顯高于IDH突變型組，與膠質(zhì)瘤的分子學(xué)水平相關(guān)研究結(jié)果[1,12]相符。Jiang等[17]對(duì)27例WHO Ⅱ級(jí)膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行APTw分子影像學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)基于多個(gè)ROI，IDH野生型組的最大和最小APT值以及平均APT值均明顯高于IDH突變型；Paech等[18]采用7.0T MR掃描儀對(duì)31例膠質(zhì)瘤(低級(jí)別膠質(zhì)瘤6例，高級(jí)別膠質(zhì)瘤25例)患者行CEST成像，同樣發(fā)現(xiàn)IDH野生型組APT值明顯高于IDH突變型組。

圖3 APT值鑒別IDH突變型和IDH野生型的ROC曲線

高級(jí)別膠質(zhì)瘤MRI表現(xiàn)多樣，增強(qiáng)掃描多呈不規(guī)則環(huán)形或花環(huán)樣強(qiáng)化，但有1/3高級(jí)別膠質(zhì)瘤表現(xiàn)為不強(qiáng)化腫塊[19]。Togao等[9-10]在腫瘤強(qiáng)化區(qū)選取ROI，若無強(qiáng)化時(shí)選取T2WI高信號(hào)區(qū)，因ROI選擇標(biāo)準(zhǔn)不一致，結(jié)果準(zhǔn)確性受到影響。本研究以全腫瘤T2WI-FLAIR圖像腫瘤稍高信號(hào)實(shí)性成分區(qū)域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，于APTw圖像中對(duì)應(yīng)腫瘤實(shí)性成分為ROI獲得APT值，包括腫瘤大部分實(shí)性區(qū)域及少許水腫，囊括腫瘤所在每一個(gè)層面，較既往研究的單層測(cè)量，更能體現(xiàn)基因突變后蛋白質(zhì)及多肽表達(dá)的整體情況，發(fā)現(xiàn)以APT值=2.12%為閾值，診斷IDH野生型的敏感度達(dá)93.8%。本研究結(jié)果提示，在后續(xù)膠質(zhì)瘤復(fù)查隨訪中，采用常規(guī)序列及APTw成像可提供更多腫瘤治療后改變的有效信息。但本研究所獲結(jié)果的特異度僅為66.7%，可能與樣本量偏小、且研究對(duì)象均為高級(jí)別膠質(zhì)瘤、腫瘤表達(dá)蛋白較多有關(guān)，后續(xù)將繼續(xù)增加樣本量并納入低級(jí)別膠質(zhì)瘤進(jìn)一步觀察。

總之，作為一種有價(jià)值的生物標(biāo)志物成像方法，APTw成像具有無創(chuàng)、無輻射、無需對(duì)比劑且分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，可在術(shù)前預(yù)測(cè)高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者IDH突變狀態(tài)，為臨床提供有價(jià)值的信息。