多b值DWI在WHOⅡ～Ⅲ級(jí)腦星形細(xì)胞瘤IDH基因型的診斷價(jià)值

鄧曉琳，張輝，王效春，譚艷，秦江波

星形細(xì)胞瘤(astrocytoma)是顱內(nèi)最常見(jiàn)的原發(fā)性腫瘤，具有進(jìn)展快、預(yù)后差、復(fù)發(fā)率高等特點(diǎn)[1]。2016版世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)腫瘤分類中，依據(jù)分子學(xué)特征，將其分成IDH突變型、IDH野生型及NOS三種類型[2]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤IDH基因突變能作用于體內(nèi)免疫微環(huán)境進(jìn)而影響患者的預(yù)后[3]，IDH突變是提示膠質(zhì)瘤預(yù)后較好的因素之一[4]，目前檢測(cè)IDH突變主要是DNA直接測(cè)序、焦磷酸測(cè)序、抗體法等[5]，存在診斷滯后、成本昂貴等不足。因此無(wú)創(chuàng)診斷星形細(xì)胞瘤IDH基因型對(duì)于治療方式的選擇和預(yù)后的評(píng)估具有重要臨床意義。多b值擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)可以量化腫瘤組織的灌注和擴(kuò)散信息，檢測(cè)組織微觀結(jié)構(gòu)變化。本研究旨在探討多b值DWI對(duì)WHO Ⅱ～Ⅲ級(jí)星形細(xì)胞瘤IDH基因型的診斷價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析我院2015至2018年經(jīng)病理確診的WHOⅡ～Ⅲ級(jí)共32例，標(biāo)本送至北京泰普舜康醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)所進(jìn)行Sanger (雙脫氧末端終止法)測(cè)序得到IDH基因型，將其分成IDH突變組和IDH野生組，患者術(shù)前均行顱腦常規(guī)MRI平掃、增強(qiáng)掃描及多b值DWI掃描。本研究已獲得倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受試者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 圖像采集

使用GE Signa HDx 3.0 T MR超導(dǎo)型，采用8通道相控陣線圈收集圖像。常規(guī)MRI掃描序列包括：軸位、矢狀位T1WI：TR 1674 ms，TE 20 ms，F(xiàn)OV 24.6 cm×24.6 cm；軸位T2WI：TR 6820 ms，TE 1.6 ms，F(xiàn)OV 22 cm×22 cm；軸位T2FLAIR：TR 8024 ms，TE 126.8 ms，F(xiàn)OV 22 cm×22 cm，層厚均為6.0 mm。增強(qiáng)掃描：TR 1500 ms，TE 14.5 ms，F(xiàn)A 90°，激勵(lì)次數(shù)1，視野240×255，矩陣128×128。

多b值DWI采用平面回波序列(echo-planar imaging，EPI)，掃描參數(shù)：采用總計(jì)13個(gè)b值(0、20、50、100、200、400、800、1200、1800、2500、3000、3500、4000 s/mm2)，TR 3000 s，TE 115.5 s，NEX為3，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣128×128，層厚6.0 mm，層間距為1.0 mm。

1.3 圖像后處理及參數(shù)測(cè)量

將原始圖像導(dǎo)入GE AW 4.4工作站，通過(guò)MADC及水通道蛋白(aquaporine，AQP)后處理軟件得到AQP相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)(aquaporines related diffusion coef ficient，AQP-ADC)、純擴(kuò)散系數(shù)(true diffusion coefficient，D)、灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)(perfusion related diffusion coefficient，D*)、灌注分?jǐn)?shù)(perfusion fraction，f)偽彩圖，結(jié)合患者平掃及增強(qiáng)圖像，由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的影像科醫(yī)師指導(dǎo)，筆者在腫瘤強(qiáng)化最明顯區(qū)域和同一層面對(duì)側(cè)正常腦實(shí)質(zhì)勾畫(huà)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，ROI大小約20～30 mm2，選取時(shí)盡量避開(kāi)壞死、囊變、出血、鈣化等區(qū)域。每個(gè)ROI測(cè)量三次取平均值，計(jì)算校正后參數(shù)值：相對(duì)AQP-ADC (relative AQP-ADC)、相對(duì)D (relative D)、相對(duì)D*(relative D*)和相對(duì)f (relative f)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)量資料采用(x±s)表示，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，對(duì)于符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，運(yùn)用兩樣本t檢驗(yàn)分析IDH突變組與IDH野生組腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)各參數(shù)值差異，對(duì)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)的參數(shù)，進(jìn)一步繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，并計(jì)算其敏感性、特異性。

2 結(jié)果

2.1 患者一般資料比較

所收集的32例腦星形細(xì)胞瘤患者中，IDH突變組17例(男9例，女8例)，IDH野生組15例(男9例，女6例)，突變組平均年齡為(44.41±12.28)歲，野生組平均年齡(58.20±12.57)歲，各組間年齡及性別差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

表1 不同IDH基因型的星形細(xì)胞瘤多b值DWI參數(shù)比較(x±s)Tab. 1 Comparison of multi b-values DWI parameters in astrocytomas with different genotypes (x±s)

2.2 多b值DWI參數(shù)比較

腦星形細(xì)胞瘤IDH突變組rD值高于IDH野生組，D*、rD*、rf值低于野生組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，兩組間AQP-ADC、rAQP-ADC、D、f值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)(表1；圖1，2)。rD、D*、rD*、rf值對(duì)于星形細(xì)胞瘤IDH基因型的診斷效能詳見(jiàn)表2，ROC曲線見(jiàn)圖3。

圖1 男，47歲，WHO Ⅲ級(jí)IDH突變型 圖2 女，62歲，WHO Ⅲ級(jí)IDH野生型。A～E：分別對(duì)應(yīng)同層面的增強(qiáng)、D*、f、D、AQP-ADC圖Fig. 1 Male, 47 years old, WHO grade Ⅲ astrocytoma with mutation of IDH. Fig. 2 Female, 62 years old, WHO grade Ⅲ astrocytoma with IDH wide-type. A—E:The image of enhancement, D*, f, D and AQP-ADC at the same level.

表2 多b值DWI參數(shù)對(duì)星形細(xì)胞瘤IDH基因型的診斷效能Tab. 2 Diagnostic ef ficacy of multiple b-values DWI parameters in genotypes of IDH on astrocytomas

圖3 瘤體的AQP-ADC、rD、D*、以及rf的ROC曲線Fig. 3 ROC curves of the rD, D*, rD* and rf.

3 討論

3.1 臨床資料分析

本次實(shí)驗(yàn)收集的32例腦星形細(xì)胞瘤IDH基因突變率為53.13%，證實(shí)在WHO Ⅱ～Ⅲ星形細(xì)胞瘤中IDH突變現(xiàn)象普遍存在[6]，與王川等[7]報(bào)道的Ⅱ級(jí)突變率54.6%和Ⅲ級(jí)突變率69.2%基本相符。研究發(fā)現(xiàn)腦星形細(xì)胞瘤患者IDH突變組平均年齡低于野生組，星形細(xì)胞瘤IDH發(fā)生突變現(xiàn)象在年輕患者中更加普遍，這與Metellus等[8]觀點(diǎn)一致。

3.2 多b值DWI參數(shù)分析

DWI是一種反映水分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的成像方式，已被廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腹盆等部位的疾病診斷。傳統(tǒng)的DWI量化得到的ADC，僅反映了細(xì)胞間水分子自由擴(kuò)散情況，忽視了微循環(huán)毛細(xì)血管血流量的影響，多b值DWI通過(guò)設(shè)定由低到高多個(gè)b值可以把擴(kuò)散和灌注信息分開(kāi)，得到D*、D和f值，AQP與腫瘤細(xì)胞遷移、細(xì)胞骨架變化有關(guān)，超高b值(b＞1700 s/mm2)時(shí)測(cè)得的AQP-ADC可以量化水孔蛋白進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的水分子信息[9-10]，因此多b值DWI較傳統(tǒng)DWI能更準(zhǔn)確反映腫瘤組織微觀變化。

在本研究中筆者發(fā)現(xiàn)星形細(xì)胞瘤IDH突變組中rD值高于野生組(P＜0.05)，影響擴(kuò)散的因素包括細(xì)胞密度、細(xì)胞膜的完整性、細(xì)胞內(nèi)外間隙等，提示IDH突變型中腫瘤細(xì)胞數(shù)較少，細(xì)胞間隙大，水分子擴(kuò)散受限程度輕，與武文杰等[11]通過(guò)擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)研究膠質(zhì)瘤IDH基因型結(jié)果相符。推測(cè)原因可能有以下兩點(diǎn)：(1) IDH發(fā)生突變使體內(nèi)三羧酸循環(huán)途徑受影響，腫瘤細(xì)胞處于低能量狀態(tài)，細(xì)胞增殖呈相對(duì)不活躍，表現(xiàn)為rD值升高；(2)IDH的突變導(dǎo)致還原型輔酶Ⅱ生成下降，腫瘤細(xì)胞更易受外界氧化破壞[12]。

筆者還發(fā)現(xiàn)星形細(xì)胞瘤IDH突變型的D*、rD*和rf值低于野生組，D*反映毛細(xì)血管灌注，f代表D*所占的容積分?jǐn)?shù)，二者主要與微血管密度、血容量及血流速度等有關(guān)，說(shuō)明在IDH野生型中微循環(huán)灌注更加豐富。Kickingereder等[13]通過(guò)相對(duì)腦血容量(relative cerebral blood volume，rCBV)來(lái)定量分析IDH突變與HIF-1α的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)IDH突變型中rCBV低于野生型，Xing等[14]通過(guò)聯(lián)合擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)和動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)(dynamic susceptibility contrast，DSC)研究星形細(xì)胞瘤基因突變情況，發(fā)現(xiàn)IDH突變型患者腦血容量下降，進(jìn)一步證明IDH突變型中灌注減低。這可能是由于IDH突變型中α-酮戊二酸(α-ketoglutarate，α-KG)轉(zhuǎn)變成2-羥基戊二酸(2-hydroxyglutarate，2-HG)，影響α-KG-脯氨酰羥化酶(prolyl hydroxylases，PHD) -缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia induced factor-1α，HIF-1α)信號(hào)通路，改變體內(nèi)HIF-1α含量[15-16]，HIF-1α在缺氧環(huán)境下維持癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和繁殖，IDH突變型中2-HG的積聚能使HIF-1α的降解增加[17-19]，新生血管形成減少，表現(xiàn)為灌注的減低。

然而，本研究仍存在以下不足：收集的病例數(shù)較少，手工勾畫(huà)感興趣區(qū)存在一定誤差。接下來(lái)筆者將繼續(xù)收集病例，并結(jié)合其他功能磁共振技術(shù)進(jìn)一步探究影像與膠質(zhì)瘤IDH基因型的關(guān)系。

綜上所述，多b值DWI的rD、D*、rD*、rf參數(shù)值能無(wú)創(chuàng)評(píng)估腦星形細(xì)胞瘤IDH基因型，其中rD和D*的敏感度和特異度均較高，有助于指導(dǎo)腦星形細(xì)胞瘤IDH作用位點(diǎn)靶向藥物治療的研究以及對(duì)預(yù)后的評(píng)估。

利益沖突：無(wú)。