H3K27M突變型與野生型兒童彌漫內(nèi)生型腦橋膠質(zhì)瘤的MRI鑒別診斷

吳晨青， 鄭慧， 鄔昊婷, 李玉華, 汪登斌

2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤新增H3K27M突變的彌漫性中線膠質(zhì)瘤(diffuse midline glioma，DMG)病理分型，確診需滿足以下條件：①腫瘤位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中線部位；②腫瘤呈彌漫性生長(zhǎng)；③腫瘤伴有H3K27M突變，無論其組織學(xué)形態(tài)是否符合高級(jí)別特征均診斷為WHO Ⅳ級(jí)[1]。組蛋白H3主要通過表觀調(diào)節(jié)控制基因表達(dá)，參與細(xì)胞增殖、分化、分裂等多種生物學(xué)活動(dòng)，H3K27M突變指組蛋白H3于27位點(diǎn)的賴氨酸突變?yōu)榧琢虬彼?，降低基因轉(zhuǎn)錄的穩(wěn)定性[2-3]。發(fā)生于腦橋的DMG稱為彌漫內(nèi)生型腦橋膠質(zhì)瘤(diffuse intrinsic pontine glioma,DIPG)，好發(fā)于5～10歲兒童且預(yù)后差，中位生存期僅6個(gè)月～2年，5年生存率不足1%[4-5]。約85%的DIPG伴H3K27M突變，突變型較野生型預(yù)后更差，中位生存期更短[6-9]。DIPG以腦橋?yàn)橹行纳L(zhǎng)，病理活檢難度大，有觀點(diǎn)認(rèn)為典型臨床癥狀及影像特征足以支持診斷[4,5,10]。MRI作為無創(chuàng)性檢查，有助于DIPG的診斷分型及預(yù)后評(píng)估。本文回顧性分析54例突變型和9例野生型DIPG的臨床及MRI影像特征，旨在提高對(duì)該病的認(rèn)識(shí)，為臨床診斷提供參考。

材料與方法

1.病例資料

搜集我院2016年7月-2020年2月經(jīng)病理證實(shí)的腦干膠質(zhì)瘤患兒，病例入組標(biāo)準(zhǔn)：①影像特征符合DIPG，即腫瘤起源于腦橋，累及腦橋2/3以上，腦橋呈彌漫性腫脹[11,12]；②經(jīng)病理證實(shí)為DMG，并進(jìn)行H3K27M免疫組化測(cè)定；③均在治療前行頭顱MRI檢查，圖像無明顯偽影，可進(jìn)行影像學(xué)評(píng)估。最終共63例DIPG患兒納入本研究，包括54例H3K27M突變型和9例野生型。54例突變型患兒的平均年齡為(6.15±2.33)歲，其中男30例(55.5%)。9例野生型患兒的平均年齡為(6.56±1.74)歲，其中男3例(33.3%)?；純旱闹饕R床癥狀包括行走不穩(wěn)(29/63)、肢體乏力(15/63)、眼球斜視(11/63)，少見的癥狀包括飲水嗆咳、意志障礙、頭暈頭痛。入院時(shí)對(duì)患兒行Karnofsky功能狀態(tài)評(píng)分(Karnofsky Performance Statues,KPS)，63例患兒均行腦干病變立體定向活檢手術(shù)。病理科采用多克隆抗體(中杉公司)檢測(cè)H3K27M有無突變。

2.檢查方法

所有患者均行MRI平掃及增強(qiáng)檢查，采用GE igna HDxt 3.0T以及Philip Ingenia 3.0T MRI掃描儀，8通道頭顱線圈，平掃序列包括T1FLAIR(TR 1800 ms,TE 20 ms,層厚5 mm,層間隔6 mm)、T2FLAIR(TR 7000 ms,TE 120 ms,層厚5 mm,層間隔6 mm)、DWI(b=1000 s/mm2)。增強(qiáng)掃描對(duì)比劑采用Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg，行橫軸面、矢狀面及冠狀面增強(qiáng)掃描。對(duì)于不能配合檢查的患兒，給予5%水合氯醛溶液(0.5 mg/kg)鎮(zhèn)靜后進(jìn)行掃描。

3.圖像分析

由兩位具有豐富兒童神經(jīng)影像診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在不知H3K27M免疫組化結(jié)果時(shí)進(jìn)行圖像分析，意見不一致時(shí)經(jīng)討論達(dá)成一致意見。MRI圖像分析內(nèi)容包括：①腫瘤大小。根據(jù)T2WI FLAIR圖像排除高信號(hào)的瘤周水腫區(qū)域后，在T1WI增強(qiáng)橫軸面圖像上測(cè)量腫瘤最大橫斷面面積、T1WI增強(qiáng)矢狀面沿腦干縱軸測(cè)量腫瘤頭尾長(zhǎng)徑(craniocaudal dimension，CCD)；②腫瘤與周圍結(jié)構(gòu)關(guān)系。a.是否包繞基底動(dòng)脈(完全環(huán)周包繞基底動(dòng)脈定義為有包繞)；b.是否累及丘腦基底節(jié)區(qū)； c.是否跨越小腦中腳；③腫瘤內(nèi)有無急性出血。T1WI平掃及DWI圖像上均呈高信號(hào)定義為急性出血；④腫瘤有無囊變。T2WI呈結(jié)節(jié)狀明顯高信號(hào)定義為囊變；⑤有無瘤周水腫。腫瘤周圍邊界不清的T1WI等低、T2WI FLAIR高信號(hào)、增強(qiáng)后無強(qiáng)化區(qū)定義為瘤周水腫；⑥有無擴(kuò)散受限。DWI呈高信號(hào)且對(duì)應(yīng)區(qū)域表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)下降定義為擴(kuò)散受限；⑦測(cè)量腫瘤最大橫軸面ADC值。避開囊變和出血區(qū)，對(duì)腫瘤最大橫軸面全瘤勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，測(cè)量得到平均ADC值(mean apparent diffusion coefficient,meanADC)及最小ADC值(minADC)，重復(fù)勾畫3次分別計(jì)算得出平均值。⑧腫瘤強(qiáng)化方式。包括無強(qiáng)化、斑片樣強(qiáng)化、環(huán)形強(qiáng)化、小結(jié)節(jié)樣強(qiáng)化、同時(shí)出現(xiàn)環(huán)形強(qiáng)化及小結(jié)節(jié)樣強(qiáng)化等5種方式。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。分類變量的組間比較采用χ2檢驗(yàn)或Fisher精確概率法，連續(xù)變量的組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。通過受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的特征對(duì)H3K27M突變型與野生型的鑒別診斷效能。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 DIPG H3K27M突變型患兒，男，5歲，行走不穩(wěn)近2個(gè)月。a) T2WI FLAIR示腦橋稍高信號(hào)占位(箭)，內(nèi)部信號(hào)均勻，腫瘤包繞基底動(dòng)脈，跨越小腦中腳；b) DWI示腫瘤內(nèi)斑片狀高信號(hào)(箭)，提示擴(kuò)散受限；c) T1WI增強(qiáng)掃描示腫瘤內(nèi)環(huán)形強(qiáng)化(箭)。周水腫 (箭)；b) T2WI FLAIR示腫瘤累及左側(cè)丘腦基底節(jié)(箭)；c) DWI示腫瘤內(nèi)斑片狀高信號(hào)(箭)，提示擴(kuò)散受限；d) T1WI增強(qiáng)掃描示腫瘤內(nèi)環(huán)形強(qiáng)化(箭)。圖2 DIPG H3K27M突變型患兒，女，5歲，行走不穩(wěn)1周。a) T2WI FLAIR示腦橋高信號(hào)占位，內(nèi)部信號(hào)均勻，腫瘤跨越小腦中腳，未包繞基底動(dòng)脈，伴輕度瘤圖3 DIPG H3K27M突變型患兒，女，3歲，行走不穩(wěn)近2周。a) T2WI FLAIR示腦橋高信號(hào)占位，內(nèi)部信號(hào)不均勻，伴結(jié)節(jié)狀囊變(箭)，腫瘤跨越小腦中腳，未包繞基底動(dòng)脈；b) DWI示腫瘤內(nèi)無明顯擴(kuò)散受限；c) T1WI增強(qiáng)掃描示腫瘤內(nèi)環(huán)形強(qiáng)化(箭)。

結(jié) 果

H3K27M突變型與野生型DIPG兩組患兒的性別、年齡、病程和Karnofsky評(píng)分差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05，表1)。

表1 H3K27M突變型與野生型患兒的臨床特征比較

54例H3K27M突變型患兒中腫瘤包繞基底動(dòng)脈34例(圖1)、累及丘腦基底節(jié)5例(圖2)、跨越小腦中腳35例(圖1～3)。9例野生型患兒中腫瘤包繞基底動(dòng)脈5例(圖4)、跨越小腦中腳2例，均未累及丘腦基底節(jié)，均無明顯擴(kuò)散受限(圖4、5)。突變型腫瘤較野生型跨越小腦中腳的比例更高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表2)。無論突變型或野生型，腫瘤伴急性出血、擴(kuò)散受限及瘤周水腫均較少見。

H3K27M突變型與野生型腫瘤的最大橫斷面面積、最大橫斷面meanADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；H3K27M突變型與野生型腫瘤的CCD、最大橫斷面minADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表3)。突變型患兒的腫瘤CCD更高，最大橫斷面minADC值更低。ROC曲線分析結(jié)果顯示，當(dāng)腫瘤CCD>4.16 cm時(shí)，ROC曲線下面積、診斷靈敏度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值和陰性預(yù)測(cè)值分別為0.722、50.0%、88.9%、96.4%和22.9%；當(dāng)最大橫斷面minADC值<0.717×10-3s/mm2時(shí)，ROC曲線下面積、診斷靈敏度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值和陰性預(yù)測(cè)值分別為0.691、77.5%、94.4%、87.9%和21.4%。通過多因素logistics回歸分析，兩者聯(lián)合診斷的ROC曲線下面積為0.842 (95%CI:0.718～0.965)。

表2 突變型與野生型患兒的MRI表現(xiàn)(分類變量)比較 (n，%)

圖4 DIPG H3K27M野生型患兒，女，10歲，行走不穩(wěn)10天。a) T2WI FLAIR示腦橋彌漫性腫大，可見稍高信號(hào)占位，內(nèi)部信號(hào)不均勻(箭)，腫瘤包繞基底動(dòng)脈，未跨越小腦中腳，無明顯瘤周水腫；b) DWI示腫瘤內(nèi)無明顯擴(kuò)散受限；c) T1WI增強(qiáng)掃描示腫瘤內(nèi)環(huán)形強(qiáng)化(箭)。 圖5 DIPG H3K27M野生型患兒，男，8歲，頭痛1周。a) T2WI FLAIR示腦橋彌漫性腫大，可見一邊界清楚的稍高信號(hào)占位，內(nèi)部信號(hào)較均勻，腫瘤未包繞基底動(dòng)脈，未跨越小腦中腳，無明顯瘤周水腫；b) DWI示腫瘤內(nèi)無明顯擴(kuò)散受限；c) T1WI增強(qiáng)掃描示腫瘤無明顯強(qiáng)化。

表3 H3K27M突變型與野生型患兒的MRI連續(xù)變量比較

討 論

DIPG是兒童腦干腫瘤中最常見的類型，約占80%，無法手術(shù)完整切除，預(yù)后差，中位生存期短[4,13]。根據(jù)2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤病理分型，對(duì)于DIPG H3K27M突變型，無論其組織學(xué)形態(tài)是否符合高級(jí)別特征均診斷為WHO Ⅳ級(jí)腫瘤，并且突變型較野生型預(yù)后更差，約85%的患者在確診后2年內(nèi)死亡，因此鑒別H3K27M突變型與野生型對(duì)腫瘤分級(jí)、預(yù)后評(píng)估極為重要[6,9,14,15]。MRI作為一種無創(chuàng)性檢查方法，能多方位清晰顯示腫瘤大小、位置、形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，亦可顯示腫瘤與周圍結(jié)構(gòu)關(guān)系，有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值。目前關(guān)于DIPG的MRI研究較少，尚無關(guān)于H3K27M突變型與野生型的MRI鑒別診斷的報(bào)道。

圖6 腫瘤CCD(紅色實(shí)線)、最大橫斷面minADC值(藍(lán)色實(shí)線)以及兩者聯(lián)合(綠色實(shí)線)鑒別診斷DIPG伴H3K27M突變型與野生型的ROC曲線。

分子生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)H3K27M突變將激活下游多種腫瘤基因，包括EZH2基因過度激活，這一過程與多種惡性腫瘤局部侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[16-17]。H3K27M突變同時(shí)激活缺氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)、下調(diào)抑癌基因表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、局部浸潤[18]，MRI能夠多參數(shù)反映腫瘤形態(tài)、內(nèi)部特征及生物學(xué)行為[19-20]。本研究通過分析比較DIPG H3K27M突變型與野生型腫瘤的多參數(shù)MRI表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)突變型與野生型腫瘤在有無跨越小腦中腳、頭尾長(zhǎng)徑(CCD)和最大橫斷面的最小ADC值(minADC)上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

小腦中腳又稱腦橋臂，由腦橋基底部對(duì)側(cè)的腦橋核發(fā)出的白質(zhì)纖維束橫向交叉后形成，是小腦最主要的傳入纖維，參與控制隨意運(yùn)動(dòng)，小腦中腳損傷可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)功能障礙，可能與患兒行走不穩(wěn)、肢體乏力等癥狀有關(guān)[21-22]。國外相關(guān)研究認(rèn)為腫瘤是否浸潤小腦中腳與預(yù)后相關(guān)：Makepeace等[23]發(fā)現(xiàn)伴小腦中腳浸潤的DIPG患者生存時(shí)間短、預(yù)后差；Hoffman等[24]的多中心研究報(bào)道短生存期DIPG患兒(<2年)腫瘤多向腦橋外生長(zhǎng)，累及小腦中腳、基底節(jié)區(qū)。本研究進(jìn)一步比較了H3K27M突變型與野生型腫瘤的小腦中腳浸潤發(fā)生率，結(jié)果顯示兩組的發(fā)生率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(分別為64.81%和22.22%,P=0.042),提示小腦中腳浸潤可能是導(dǎo)致H3K27M突變型腫瘤預(yù)后較差的原因之一。

本研究通過測(cè)量腫瘤沿腦干縱軸CCD值，結(jié)果顯示突變型較野生型腫瘤的CCD值更高[分別為(4.10±0.47)cm 和 (3.75±0.35)cm]，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.039),提示H3K27M突變型DIPG較野生型的體積更大，對(duì)腦干皮質(zhì)脊髓束正常結(jié)構(gòu)的影響更明顯。本研究結(jié)果顯示，突變型腫瘤最大橫斷面的meanADC和minADC值均較野生型小,且minADC值在兩組中差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。突變型腫瘤組織中多核巨細(xì)胞更多見，而野生型腫瘤組織中大小相似的小圓形細(xì)胞更多見，推測(cè)突變型腫瘤的內(nèi)部水分子擴(kuò)散受限更顯著從而造成ADC值更低[15]。ROC曲線分析結(jié)果顯示，聯(lián)合腫瘤CCD值和最大橫斷面minADC值能較好地鑒別H3K27M突變型與野生型，AUC為0.842 (95%CI:0.718～0.965)。國外相關(guān)研究顯示DIPG腫瘤的CCD值、ADC值與預(yù)后相關(guān)：Hoffman等[24]報(bào)道短生存期患兒(<2年)較長(zhǎng)生存期患兒(>2年)腫瘤沿腦干頭尾長(zhǎng)徑更長(zhǎng)；Lober等[25]和Poussaint等[26]分別報(bào)道了腫瘤平均ADC值與患兒中位生存期、無進(jìn)展生存期(progression-free survival，PFS)存在相關(guān)性，低ADC值可能提示預(yù)后不良。結(jié)合本研究結(jié)果，筆者認(rèn)為H3K27M突變型DIPG預(yù)后不良可能與其細(xì)胞增殖快、侵襲能力強(qiáng)有關(guān)。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)突變型腫瘤伴囊變(40.74%，22/54)的比例較野生型(22.22%，2/9)更高，伴囊變的DIPG增強(qiáng)掃描多表現(xiàn)為環(huán)形強(qiáng)化或同時(shí)出現(xiàn)環(huán)形強(qiáng)化與小結(jié)節(jié)樣強(qiáng)化(79.17%，19/24)。相關(guān)組織病理學(xué)研究報(bào)道DIPG H3K27M突變型腫瘤的組織學(xué)分型大多屬于高級(jí)別膠質(zhì)瘤，以膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(WHO Ⅳ級(jí))最常見，細(xì)胞分化程度低、增殖速度快[3，6，9]。突變型腫瘤內(nèi)組織異質(zhì)性明顯，缺血壞死常見，與本研究突變型腫瘤伴囊變比例更高的結(jié)論相一致[15，27]。有無囊變及強(qiáng)化方式亦與DIPG預(yù)后相關(guān)：Hoffman等[24]對(duì)短生存期(<2年)與長(zhǎng)生存期(>2年)患兒進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)腫瘤伴有囊變與無囊變差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，短生存期組囊變較多見；Jansen等[28]和van Zanten等[29]研究發(fā)現(xiàn)DIPG伴環(huán)形強(qiáng)化提示預(yù)后不良。

本研究存在以下局限性：①本研究為回顧性分析，H3K27M野生型樣本量較少，僅為突變型的1/6，相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異有待進(jìn)一步證實(shí)；②手動(dòng)測(cè)量腫瘤大小及勾畫ROI測(cè)量ADC值可能存在誤差，接下來需進(jìn)一步通過自動(dòng)分割對(duì)腫瘤進(jìn)行勾畫和測(cè)量；③本研究?jī)H探討了常規(guī)MRI掃描序列對(duì)突變型與野生型的鑒別診斷價(jià)值，擴(kuò)散張量成像、磁共振波譜、磁共振灌注成像等技術(shù)可能有助于進(jìn)一步解釋突變型與野生型的組織病理及生物學(xué)行為差異。

綜上所述，MRI檢查對(duì)于DIPG H3K27M突變型與野生型的鑒別診斷具有重要價(jià)值。當(dāng)DIPG跨越小腦中腳、CCD>4.16 cm、最大橫斷面的minADC值<0.717×10-3s/mm2時(shí)，傾向于診斷為H3K27M突變型。