晚期結(jié)直腸癌中醫(yī)藥干預治療療效預測模型的建立與應用＊

徐鈺瑩，張文麗，楊宇飛＊＊，易丹輝＊＊

（1.北京中醫(yī)藥大學西苑臨床醫(yī)學院 北京 100091；2.中國中醫(yī)科學院西苑醫(yī)院 北京 100091；3.北京中國人民大學統(tǒng)計學院 北京 100872）

晚期結(jié)直腸癌是威脅人類生命健康的主要惡性腫瘤之一，目前尚不能治愈。2019年國家癌癥中心發(fā)布的最新一期全國癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年結(jié)直腸癌的發(fā)病率為9.88% ，位居全部惡性腫瘤發(fā)病率的第3位,死亡率為8% 位居第5位[1]。近20年，結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率在以美國為代表的發(fā)達國家持續(xù)下降[2,3]，而我國卻逐年上升[1]。美國SEER 數(shù)據(jù)庫一項連續(xù)21年（1988-2008）共收集77490 例晚期結(jié)直腸癌的注冊數(shù)據(jù)顯示：真實世界晚期結(jié)直腸癌的中位生存期（OS）最長達14個月[4]，雖然隨著靶向及免疫治療的發(fā)展，晚期結(jié)直腸癌的生存期不斷被延長,但基于基因分型的靶向及免疫治療的適用人群有限，對人群質(zhì)量及經(jīng)濟要求比較高，副作用比較大，仍有大部分患者無法接受或者耐受長期標準西醫(yī)治療。中醫(yī)藥是我國的瑰寶，具有辨證論治、因人制宜、效價比高、應用方便等特點，擅長治療復雜疾病，在改善晚期腫瘤患者癥狀、延長生存期方面獨具特色[5-8]。然而就臨床經(jīng)驗來看，不同的患者在同樣的中醫(yī)藥治療下，常常會出現(xiàn)不同的預后。如能在治療開始之前，就預先對患者進行療效預測，判斷患者的優(yōu)劣勢人群屬性，將能為晚期結(jié)直腸癌的中醫(yī)藥治療提供新的思路及方法。近10 年來我科針對晚期結(jié)直腸癌優(yōu)勢人群特征做了大量研究，基于既往研究基礎(chǔ)，我們依托于首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項項目，納入120例晚期結(jié)直腸癌患者信息作為訓練集，建立中醫(yī)干預治療療效預測模型進行中醫(yī)藥治療晚期結(jié)直腸癌的療效預測即中醫(yī)優(yōu)劣勢人群預測。

1 材料與方法

1.1 診斷標準

結(jié)直腸癌診斷標準參照《WHO消化系統(tǒng)腫瘤病理學和遺傳學》[9]；分期標準參照美國國家綜合癌癥治療網(wǎng)絡（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）臨床指南結(jié)腸癌、直腸癌TNM 分期[10]。中醫(yī)辨證分型標準參照《中醫(yī)臨床診療術(shù)語—證候部分》[11]、《中藥新藥臨床研究指導原則》[12]。

1.2 篩選與分組標準

納入標準：①病理明確診斷為結(jié)直腸癌；②TNM（Tumor Node Metastasis）分期為Ⅳ期；③年齡范圍為18-80歲，性別不限；④既往或即將接受系統(tǒng)中醫(yī)治療（在中醫(yī)腫瘤專業(yè)醫(yī)師處口服辨證論治湯藥）；⑤卡氏評分（KPS）大于等于60 分。排除標準：①既往或合并2 種及以上惡性腫瘤病史；②患者肝、腎、心臟等主要臟器存在非腫瘤性嚴重疾病和功能障礙、活動性腦血管病變、不受控制的感染和代謝性疾病；③患者不能服用湯藥，需要靜脈營養(yǎng)；④患者患有吸收不良綜合征或其它影響胃腸道吸收的疾病，或患有活動性消化性潰瘍病；⑤孕婦、哺乳期婦女、精神病患者。

分組標準：在前期制定的中醫(yī)優(yōu)勢人群概念的基礎(chǔ)上（即接受現(xiàn)代醫(yī)學規(guī)范化治療的晚期結(jié)直腸癌幸存者，經(jīng)過同步中醫(yī)藥治療后，生存期超過基于循證醫(yī)學指導的現(xiàn)代規(guī)范化治療下的平均生存期者；或未能接受現(xiàn)代醫(yī)學規(guī)范化治療的晚期結(jié)直腸癌幸存者，經(jīng)單純中醫(yī)藥治療后，生存期超過平均生存期者，稱為中醫(yī)優(yōu)勢人群），根據(jù)現(xiàn)代醫(yī)學規(guī)范治療研究結(jié)果及美國SEER 數(shù)據(jù)庫一項連續(xù)21 年（1988-2008）涉及77490例晚期結(jié)直腸癌真實世界中位生存期的結(jié)果[4]，采用專家咨詢法咨詢39位全國擁有主任醫(yī)師職稱的中、西醫(yī)腫瘤專家，制定出晚期結(jié)直腸癌中醫(yī)優(yōu)勢人群標準：即截至患者死亡或最后一次隨訪時間（2018 年9 月30日）基因全野生型，Ⅳ期生存期大于30 月；RAS 突變型，Ⅳ期生存期大于24 月；BRAF 突變型，Ⅳ期生存期大于18月；未行基因檢測，Ⅳ期生存期大于18月者；而中醫(yī)劣勢人群的標準則為達到生存終點且Ⅳ期生存期小于等于12 月；介于兩者之間則為中間人群，即除去中醫(yī)優(yōu)勢人群與中醫(yī)劣勢人群的剩余人群。

1.3 一般材料

本研究已通過中國中醫(yī)科學院西苑醫(yī)院倫理委員會批準（2016XLA136-1）、申報專利（專利號：201910636553.9）。從2016 年10 月13 日-2018 年3 月29日中國中醫(yī)科學院西苑醫(yī)院腫瘤科楊宇飛主任213例晚期結(jié)直腸癌門診注冊病例中篩選出符合本研究可入組隨訪的病例120例，其中中醫(yī)優(yōu)勢人群42例，中醫(yī)劣勢人群14例，中間人群64例，截至數(shù)據(jù)隨訪截止時間2018 年9 月30 日，120 例患者有48 人達到生存結(jié)局，2人失訪，剩余70例仍在后續(xù)隨訪過程中。

1.4 觀察指標

患者的人口學信息（性別、年齡、KPS 評分）、疾病信息（發(fā)病部位、轉(zhuǎn)移部位、基因分型）、中醫(yī)辨證分型（以病例觀察表中記錄頻率最高的證型為主）、生活質(zhì)量（MADASI量表中文版）、中醫(yī)主癥及癥狀評分等（主癥與癥狀評分參照疼痛NRS分級法，用區(qū)間（0-10分）代表不同程度的癥狀，即0分為無癥狀，10分為癥狀最嚴重[13]。

1.5 研究方法與過程

收集120 例晚期結(jié)直腸癌患者的人口學信息、疾病信息、治療信息等進行深入觀察隨訪，根據(jù)生存結(jié)果計算患者Ⅳ期生存期，計算公式為：Ⅳ期生存期=[患者死亡或最后一次隨訪時間（2018年9月30日）-發(fā)現(xiàn)Ⅳ期的時間]，以生存期為因變量，將發(fā)病部位（左半腸，右半腸）、年齡（65歲左右）、性別（男或女）、基因（全野生，KRAS/NRAS 突變，BRAF 突變）、轉(zhuǎn)移部位、KPS 評分（連續(xù)指標）、中醫(yī)辨證分型（單證型臟腑辨證）、中醫(yī)主癥評分、中醫(yī)癥狀總分、生活質(zhì)量評分作為自變量利用R 軟件建立形式為的Cox 模型,其中為基準風險率，基xp為影響因素。通過Cox 模型進行預后因素篩選，選取有顯著統(tǒng)計學差異（P<0.05）的變量，結(jié)合臨床經(jīng)驗和描述分析的結(jié)果，加入中醫(yī)證型進行判別分析，建立四種判別函數(shù)，根據(jù)模型預測結(jié)果選擇預測效果最好的二次判別分析（QDA）模型作為最終晚期結(jié)直腸癌中醫(yī)干預治療療效預測模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 一般情況

120例晚期結(jié)直腸癌患者的Ⅳ期平均生存時間為24.39 個月，中位生存時間為21 個月。其中女性患者46例，男性患者74例；平均年齡為：60.93歲，其中大于等于65歲者47例，小于65歲者共73例；KPS評分的平均分為75.67 分，其中達到90 分者共12 例、達到80 分者共56例、達到70分者共40例、達到60分者共12例；基因全野生型者共46例，RAS突變型者共47例，BRAF突變型者共5例，未行基因檢測者共22例；原發(fā)部位為左半腸（包括結(jié)腸脾曲、降結(jié)腸、乙狀結(jié)腸、直腸、直乙交界、降乙結(jié)腸）者共89 例，原發(fā)部位為右半腸（包括升結(jié)腸、盲腸、橫結(jié)腸以及結(jié)腸肝曲）者共31例；另外，發(fā)生部位轉(zhuǎn)移者包括60例肝轉(zhuǎn)移、31例肺轉(zhuǎn)移、2例骨轉(zhuǎn)移、1例腦轉(zhuǎn)移、1例腎轉(zhuǎn)移、1例卵巢轉(zhuǎn)移、15例淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、1 例腹腔轉(zhuǎn)移、20 例其他部位轉(zhuǎn)移；中醫(yī)單證型為脾虛證型者共83例，腎虛證型者共77例、肝虛/郁證型者共61例、肺虛證型者共13例。

表1 變量賦值說明

表2 Cox模型單因素分析結(jié)果

表3 中醫(yī)證型與生存期統(tǒng)計

2.2 Cox模型預后因素篩選結(jié)果

Cox 模型單因素分析發(fā)現(xiàn)，與晚期結(jié)直腸癌預后相關(guān)的因素包括發(fā)病部位（左半腸，右半腸）、BRAF基因突變、轉(zhuǎn)移部位（肝轉(zhuǎn)移、肺轉(zhuǎn)移）、KPS評分、主癥評分、癥狀總分及生活質(zhì)量。經(jīng)過進一步分析發(fā)現(xiàn)：①原發(fā)部位為左半腸（HR=0.54，P=0.044）、轉(zhuǎn)移部位為肺（HR=0.32，P=0.009）的患者死亡風險較低；②BRAF突變型（HR=3.35，P=0.023）與發(fā)生肝轉(zhuǎn)移（HR=1.75，P=0.062）的患者死亡風險較高；③KPS評分越高者，其死亡風險越低（HR=0.95，P=0.001）；④中醫(yī)主癥評分（HR=1.03，P=0.025）、臨床癥狀評分（HR=1.18，P=0.002）及生活質(zhì)量評分（HR=1.05，P=0.01）越高的患者，其癥狀越重，生活質(zhì)量越差，其死亡風險越高（變量賦值見表1，預后因素篩選結(jié)果見表2）。

在Cox 模型單因素分析中，中醫(yī)證型相關(guān)的變量沒有得到顯著的結(jié)果。結(jié)合研究背景，對中醫(yī)證型進行更細化的定性研究，發(fā)現(xiàn)規(guī)律如下（表3）：肺虛證型（n=13，中位OS=24.4 月）患者的中位生存期高于脾虛證型患者（n=83 人，中位OS=21 月）；腎虛證型（n=77，中位OS=21月）患者的中位生存期高于肝郁/虛證型患者（n=61 例，中位OS=20.6 月）且死亡人數(shù)比例低于肝郁/虛證型患者。故考慮可能與肺虛證型患者生存預后較好，肝郁/虛證型患者的生存預后較差相關(guān)，由于中醫(yī)證型與生存期之間不是簡單的線性關(guān)系，故在Cox單因素模型中差異不顯著。

2.3 判別分析模型因素選擇

對于判別分析模型因素的選擇，有兩種思路。思路1：將Cox單因素模型中統(tǒng)計結(jié)果顯著的變量納入判別分析，包括腫瘤原發(fā)部位（左半腸、右半腸）、KPS 評分、轉(zhuǎn)移部位（肺轉(zhuǎn)移）、基因突變類型（BRAF 突變型）、主癥評分、中醫(yī)臨床癥狀評分、生活質(zhì)量評分（表4）。思路2：除了納入Cox單因素模型中顯著的變量之外，根據(jù)前期臨床研究經(jīng)驗，再納入肝轉(zhuǎn)移、RAS 突變型、中醫(yī)辨證分型進入判別分析模型（表5）。

2.4 預測模型的篩選與建立

判別分析是用以判別個體所屬群體的一類統(tǒng)計方法，常用的是Fisher判別方法，原理是按類內(nèi)方差盡可能小、類間方差盡可能大進行分類。判別分析中最簡單的模型為線性判別分析（LDA），將數(shù)據(jù)在低維度上進行投影，投影后希望每一種類別數(shù)據(jù)的投影點盡可能接近，而不同類別數(shù)據(jù)的類別中心之間的距離盡可能大，假設(shè)各類協(xié)方差矩陣相同。二次判別分析（QDA）比線性判別分析（LDA）更靈活，不假設(shè)各類的協(xié)方差矩陣相同，通常比線性判別分析得到更加精確的預測結(jié)果，但是對每一個類都要求更大的樣本量?；旌吓袆e分析（MDA）和靈活判別分析（FDA）是更加復雜的模型，MDA 假設(shè)每個類是子類的高斯混合，F(xiàn)DA使用預測變量的非線性組合，例如樣條曲線。應用判別分析方法需注意對連續(xù)變量進行標準化，以變量x1為例，

其中表示x1的均值，sd(x1)表示x1的標準差，用標準化后的x1*建立模型。如果自變量之間取值差異過大，沒有對變量進行標準化處理將影響模型預測效果。本次研究建立以上4種判別分析模型，以120名患者所屬人群的預測準確率作為標準，選擇恰當?shù)念A測模型。

總體來說，按思路2 建立的模型預測準確率優(yōu)于思路1建立的模型，說明只將Cox單因素分析結(jié)果顯著的因素納入模型會遺漏一些重要的自變量。對于目前120名晚期結(jié)直腸癌患者數(shù)據(jù)，按思路2建立的二次判別分析（QDA）模型是預測效果最好的方法（表6），故將其作為中醫(yī)干預治療療效預測的最終模型。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，該模型總的預測準確率為84.2% ，120 例晚期結(jié)直腸癌患者中有101 位患者全部預測正確；中醫(yī)劣勢人群預測準確率為100% ；中間人群預測準確率為84.4% ，預測錯誤的10個人（15.6% ）均被預測為優(yōu)勢人群，其中有7人截至隨訪截止時間仍存活，具有成為優(yōu)勢人群的可能；優(yōu)勢人群的預測準確率為78.6% （表7）。

2.5 中醫(yī)干預治療療效預測模型應用

判別函數(shù)可以自動對新的患者所屬人群分類進行預測。根據(jù)概率計算公式：

表4 思路1-納入判別分析模型的變量

表5 思路2-納入判別分析模型的變量

表6 判別分析模型預測結(jié)果匯總

表7 二次判別分析模型預測結(jié)果的混淆矩陣

y表示因變量，即患者是否為優(yōu)勢人群，k取值為0或1，1 表示是優(yōu)勢人群；0 表示不是優(yōu)勢人群；X 是向量，表示選出的判別因素，即影響患者是否為優(yōu)勢人群的重要因素，繼而利用R 軟件，通過輸入篩選出的13個變量參數(shù)，即可計算出相應概率。例如，輸入某患者如下的13個自變量，可以得出如下內(nèi)容：“此患者屬于優(yōu)勢人群概率為：0.9，屬于優(yōu)勢人群?！睆亩A測患者中醫(yī)干預治療的療效（表8）。

表8 某患者信息

3 討論

中醫(yī)藥治療已成為我國腫瘤治療的重要特色及治療手段，現(xiàn)已基本明確了中醫(yī)藥在腫瘤治療中的優(yōu)勢，且通過不斷的臨床實踐發(fā)現(xiàn)并非所有的腫瘤患者都能夠從中醫(yī)藥治療中獲益。為此，人們進行了中醫(yī)藥治療腫瘤優(yōu)勢人群的探索。目前，腫瘤的中醫(yī)優(yōu)勢人群特征探索多集中在非小細胞肺癌以及腸癌方面[14-17]。而楊宇飛教授團隊是最早開展結(jié)直腸癌中醫(yī)優(yōu)勢人群特征探討的團隊，從“最佳-最差”病例到中醫(yī)優(yōu)劣勢人群特征探討作了一系列的嘗試與努力。2012 年在開展國家科技部“十一五”國際科技合作項目期間，開展中醫(yī)“最佳-最差”病例研究。2015 年，在第九屆中國老年腫瘤學大會上，正式提出了晚期結(jié)直腸癌中醫(yī)優(yōu)勢人群概念。此后，開展的結(jié)直腸癌中醫(yī)優(yōu)勢人群特征系列探索，已發(fā)現(xiàn)晚期結(jié)直腸癌中醫(yī)優(yōu)勢人群可能具有以下特征：即中醫(yī)藥干預時間長、血瘀證體質(zhì)[16]、脾腎虧虛型、年齡范圍在40-59 歲之間[17]。臨床研究的本質(zhì)是“從臨床中來，到臨床中去”，如果在開展治療前期醫(yī)生能預測出中醫(yī)藥干預治療晚期結(jié)直腸癌的療效，便能有效增加臨床指導的意義。而既往研究表明利用判別分析可以輔助臨床診斷，提高臨床診斷的標準化、客觀性以及準確性，預測疾病發(fā)展動向、探索中醫(yī)證候分布規(guī)律等[18-22]。故我們基于前期研究基礎(chǔ)，通過COX模型篩選預后因素，利用二次判別分析方法建立了晚期結(jié)直腸癌中醫(yī)干預治療療效預測模型進行晚期結(jié)直腸癌中醫(yī)干預治療療效預測（即判斷患者屬于中醫(yī)優(yōu)勢人群、劣勢人群還是中間人群）。

本研究通過建立COX 模型篩選預后因素發(fā)現(xiàn)，120例晚期結(jié)直腸癌患者預后良好的因素可能為腫瘤原發(fā)部位為左半腸（HR=0.54，P=0.044）、KPS 評分高（HR=0.95，P=0.001）、肺轉(zhuǎn)移（HR=0.32，P=0.009），預后不良的因素可能為BRAF 基因突變（HR=3.35，P=0.023）、中醫(yī)主癥評分高、臨床癥狀總分高（HR=1.03，P=0.025；HR=1.18，P=0.002），生活質(zhì)量差（HR=1.05，P=0.01）。已有研究表明左半腸預后稍好于右半腸且較右半腸具有較好的生存優(yōu)勢[23]，BRAF基因突變影響結(jié)直腸癌患者預后，常作為結(jié)直腸癌預后不良的標志[24]，KPS評分、主癥變化評分是影響晚期結(jié)直腸癌的獨立預后因素且KPS 及主癥評分越低，生存時間越長[25]，這與我們篩選出的預后因素結(jié)果相符。隨后，經(jīng)過不斷地驗證我們發(fā)現(xiàn)只將Cox單因素分析顯著的因素納入判別分析模型會遺漏一些重要的自變量，而肝轉(zhuǎn)移、辨證分型是晚期結(jié)直腸癌的預后因素[26]，故我們將其作為判別分析因素與Cox單因素分析顯著的因素一同納入到二次判別分析模型中，建立晚期結(jié)直腸癌中醫(yī)干預治療療效預測模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)模型總的預測準確率為84.2% ，劣勢人群預測準確率為100% ，中間人群預測準確率為84.4% ，優(yōu)勢人群預測準確率為78.6% 。

4 結(jié)論

該預測模型是區(qū)別于現(xiàn)代醫(yī)學分子生物標記等療效預測標準的、具有中醫(yī)藥特色的晚期結(jié)直腸癌中醫(yī)干預治療療效預測模型。晚期結(jié)直腸癌患者在進行中醫(yī)藥干預前，通過輸入腫瘤發(fā)病部位、轉(zhuǎn)移部位、基因突變類型、辨證分型、KPS評分、中醫(yī)臨床癥狀評分、主癥評分、生活質(zhì)量評分等臨床信息進入模型，經(jīng)后臺算法運行，得出中醫(yī)優(yōu)/劣勢人群概率（即從中醫(yī)藥中獲益的概率），從而預測患者對中醫(yī)藥治療的敏感性與有效性，將為后續(xù)是否進行中醫(yī)藥治療提供借鑒，為制定個體化治療方案提供參考，使晚期結(jié)直腸癌的中醫(yī)藥治療更具針對性、更規(guī)范有效，進而提高患者中醫(yī)藥治療的獲益率。為進一步探求中醫(yī)臨床決策支持系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。