IDH突變與高級別膠質瘤治療后MRI表現(xiàn)及預后的關系

冀曉莉，全冠民，張可心, 黃德尤，袁濤

膠質瘤是一種高度異質性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，包括低級別和高級別膠質瘤(high grade glioma,HGG)。低級別膠質瘤因復發(fā)率較低，患者生存期較長；而HGG雖經(jīng)積極治療，包括手術、同步放化療及替莫唑胺(temozolomide,TMZ)輔助化療的標準化治療[1]，預后仍較差[2]。目前，關于膠質瘤預后的研究多針對術前影像學征象及相關臨床因素，已確定了一些有意義的預后因素，如ADC值、腫瘤大小、病理分級和基因突變類型等[3-4]，但關于異檸檬酸脫氫酶(isocitratedehydrogenase,IDH)表型與HGG治療后影像學征象的關系及其在治療后HGG預后評價中的價值的文獻報道甚少。IDH突變是膠質瘤最常見的基因改變之一[5]。術前MRI研究已證實突變型和野生型HGG的MRI征象差異較明顯，IDH突變型多表現(xiàn)為腫瘤邊緣清楚、信號較均勻、無明顯強化[6]。IDH野生型者預后不良，如Ohgaki等[7]的研究中IDH野生型HGG的中位總生存期(overall survival,OS)僅15個月，而IDH突變型HGG的中位OS可達31個月。目前僅有少數(shù)研究涉及不同IDH基因表型HGG治療后影像表現(xiàn)及預后評估，如Berberich等[8]觀察到表現(xiàn)為斑點狀強化(speckled contrast-enhancing,SCE)的IDH野生型HGG的OS較IDH突變型者長(風險比為0.23,P=0.01)。因此，IDH基因突變型對治療后HGG患者的預后評估有一定影響。我們推測不同IDH基因表型HGG的術后MRI特征存在差異，并由此有可能影響到對HGG患者生存預后的評估。本研究旨在探討IDH突變型和野生型HGG患者術后MRI表現(xiàn)的差異及其與預后的關系。本研究未納入低級別膠質瘤，包括WHO Ⅰ級和Ⅱ級膠質瘤，原因是其復發(fā)率低、預后通常較好，且強化率較低，臨床重要性不及HGG明顯。

材料與方法

1.一般資料

回顧性分析2016年10月-2018年10月本院連續(xù)收治的HGG患者的術后MRI和臨床資料。納入標準：①年齡≥18歲；②組織病理學檢查證實為HGG且具有IDH基因檢測的資料；③按照美國國家綜合癌癥網(wǎng)絡(National Comprehensive Cancer Network,NCCN)指南進行規(guī)范治療，包括腫瘤肉眼全切、放療和化療以及6個周期的替莫唑胺輔助治療[1]；④術后隨訪12個月以上，隨訪資料完整，包括預后信息以及MRI圖像質量滿足評估要求。排除標準：①年齡<18歲；②僅行活檢診斷；③研究期間失訪或MRI隨訪的圖像質量未達到評價要求。

研究期間共分析了83例HGG患者的病例資料，其中13例因下列原因排除：年齡<18歲(n=2)，僅進行活檢(n=2)，失訪(n=6)，MR隨訪圖像質量未達到評價要求(n=3)。最終將符合要求的70例HGG患者納入本研究，包括IDH突變型26例、IDH野生型44例。本研究經(jīng)河北醫(yī)科大學第二醫(yī)院倫理委員會批準，由于屬回顧性研究，無需研究對象簽署書面知情同意書。

70例HGG患者的隨訪時間為16～23個月，中位數(shù)為19個月，MRI復查方法：術后72h內(nèi)、術后2個月放療前、放療結束后、術后6個月，隨后視有無新增強化及T2-FLAIR高信號每隔1～3月復查1次。無進展生存期(progression free survival,PFS)定義為自手術之日至發(fā)現(xiàn)疾病進展或最后一次隨訪之間的時間[9]。OS定義為自手術之日至最后一次隨訪或死亡之日之間的時間[10]。OS> 22個月為預后良好，OS<22個月為預后不良[11]。按照神經(jīng)腫瘤學反應評估(response assessment in neuro-oncology,RANO)標準判斷腫瘤是否進展，其中“真性進展”定義為病人在放化療完成后至少6個月的隨訪期內(nèi)出現(xiàn)新的強化病灶或強化病灶增大至少25%；“假性進展”定義為與基線時最小腫瘤測量值相比，增強病灶增大25%，或T2WI或T2-FLAIR圖像上未增強病灶范圍明顯增大，但至少要經(jīng)過4周MRI重復確認；“穩(wěn)定”定義為：若患者不符合完全緩解、部分緩解或疾病進展，且滿足以下全部條件時，則視為病情穩(wěn)定：與治療前基線相比，在同一劑量或更低劑量激素作用下，非增強病灶(T2WI或T2-FLAIR圖像)穩(wěn)定，且臨床癥狀穩(wěn)定[12-13]。

2.MRI檢查方法

使用Philips Achieva 3.0T磁共振掃描儀進行頭顱MRI掃描。掃描序列包括平掃T1WI、T2WI、T2-FLAIR和對比增強T1WI，各序列的掃描層厚6.5 mm、層間距1.3 mm，其它掃描參數(shù)如下。T1WI：TR 2000 ms，TE 20 ms，TI 800 ms；T2WI： TR 1518 ms，TE 80 ms；T2-FLAIR序列：TR 9000 ms，TE 140 ms，TI 2600 ms，矩陣232×181，視野230 mm×220 mm；DWI：TR 2208 ms，TE 96 ms，矩陣168×105，視野230 mm×220 mm。增強掃描使用對比劑Gd-DTPA，以3.0 mL/s的流率靜脈注射。

3.圖像分析

從PACS中導出所有患者的DICOM格式的MR圖像。采用術后6個月時的MRI復查資料分析治療后表現(xiàn)，對照歷次MRI檢查資料、特別是最末一次MR檢查確定新增強化灶是否為真性進展。因為標準治療后首次復查可能有治療后改變，且主要探討IDH與治療后MRI表現(xiàn)及生存預后的關系，并非早期診斷復發(fā)和進展，因此未分析標準治療后首次MRI檢查資料。與放療結束時MRI檢查資料比較，遠處新增強化病灶(new distal enhancement,nDE)定義：與殘腔不相鄰處(間距>1.5 cm)出現(xiàn)新的強化灶[14]。新增室管膜下強化(new subventricular zone enhancement,nSVZE)即術前未累及室管膜下區(qū)，在標準化治療后復查時顯示室管膜下區(qū)新出現(xiàn)的強化病變。殘腔壁的強化類型分為4型：1型為無明顯強化，2型為細線樣強化(殘腔壁表現(xiàn)為局部或全壁強化，厚度<3 mm)，3型為粗線樣強化(殘腔壁局部或環(huán)周強化，厚度3～5 mm)，4型為結節(jié)樣強化(直徑為5～10 mm的強化結節(jié))[15]。根據(jù)RANO標準判斷T2-FLAIR上高信號范圍變化[12-13]。在DWI上呈高信號、且在ADC圖上呈低信號的區(qū)域為擴散受限區(qū)。所有觀察征象分別由兩位具有5年和20年影像診斷經(jīng)驗的醫(yī)師共同閱片并達成一致意見。

4.IDH基因突變的檢測

采用聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction,PCR)擴增IDH基因突變引物，并使用1%瓊脂糖凝膠進行電泳分析(目標片段481bp)，出現(xiàn)目標條帶者為IDH突變型，否則為IDH野生型。所有檢測結果分別由兩位具有5年和19年神經(jīng)病理學診斷經(jīng)驗的病理科醫(yī)師進行判讀，出現(xiàn)分歧時徑協(xié)商達成一致意見。

5.統(tǒng)計學分析

采用組內(nèi)相關系數(shù)(intraclass correlation coefficient,ICC)評價觀察者間的一致性，ICC=0.8～1.0認為一致性好。

定量資料中服從正態(tài)分布時以均值±標準差表示，非正態(tài)分布時以中位數(shù)±四分位數(shù)間距表示。對IDH突變型組和IDH野生型組的臨床資料和MRI特征中的計數(shù)資料的比較，包括性別、病理級別、T2-FLAIR高信號改變、殘腔壁強化類型、有無nDE與nSVZE、有無擴散受限，采用卡方檢驗，當樣本量<40時采用Fisher確切概率法。年齡為連續(xù)變量，符合正態(tài)分布，采用t檢驗進行組間比較。

采用Kaplan-Meier生存曲線評估PFS和OS，log-rank檢驗評估不同IDH表型HGG組間PFS和OS出現(xiàn)率的差異。將影響HGG患者預后的因素以不同組合建立4種預測模型：IDH基因表型的單獨模型、年齡+nDE+nSVZE模型、年齡+組織病理學分級+nDE+nSVZE模型、以及包括所有影響因素的聯(lián)合模型(IDH基因表型+年齡+組織病理學分級+nDE+nSVZE)，采用受試者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線分析評價上述4種預測模型評估HGG預后不良的診斷符合率、敏感度、特異度。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

圖1 左側額顳葉間變性星形細胞瘤(WHO Ⅲ級)IDH野生型，PFS為10個月，OS為14個月。a) 術后3個月復查MRI，增強T1WI示左側海馬可見結節(jié)狀強化灶(箭)； b) 術后6個月復查MRI，對比增強T1WI示原結節(jié)狀強化灶的范圍較前縮小(箭)； c) 術后10個月復查，增強T1WI示右側小腦半球內(nèi)新增1個結節(jié)狀強化灶(箭)。

結 果

1.臨床資料的比較

兩組患者的主要臨床資料和MRI征象的比較見表1。IDH野生型患者確診時的年齡稍大于IDH突變型者，但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；兩組之間性別無明顯差異(P>0.05)。HGG病理級別的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，IDH野生型中Ⅲ級腫瘤相對多見，IDH突變型中Ⅳ級腫瘤更常見。兩組腫瘤在額葉分布方面的差異無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。

2.術后MRI征象

①T2-FLAIR上高信號范圍增大者29例，其中IDH突變型8例、 IDH野生型21例，兩型之間這種高信號范圍變化無明顯差異(P=0.164)。②殘腔壁強化類型：IDH突變型和野生型之間殘腔壁強化類型的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，IDH野生型中殘腔壁呈粗線及結節(jié)樣強化者相對較多。③nDE和nSVZE：70例中有25例出現(xiàn)nDE，其中IDH突變型6例、野生型19例；30例出現(xiàn)nSVZE，其中IDH突變型7例、野生型23例；兩組間nDE和nSVZE這兩種征象出現(xiàn)率的差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。④擴散受限：34例有DWI資料，其中IDH野生型23例，突變型11例，兩組間擴散受限征象出現(xiàn)率的差異無統(tǒng)計學意義(P=0.262)。兩種IDH表型HCC的代表性MRI征象見圖1、2。⑤各種MRI征象出現(xiàn)的時間。FLAIR未強化區(qū)增大：IDH突變型組為(3.3±1.0)個月，野生型組為(3.8±2.7)個月。粗線及結節(jié)樣強化：IDH突變型組為(3.6±2.0)個月，野生型組為(3.9±1.7)個月。nED：IDH突變型組為(3.6±1.0)個月，野生型組為(4.3±2.5)個月。nSVZE：IDH突變型組為(4.1±2.3)個月，野生型組為(4.6±2.7)個月。擴散受限：IDH突變組為(3.5±2.6)個月，野生型組為(3.4±1.1)個月。兩組病例上述征象出現(xiàn)時間的差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。

3.觀察者間的一致性

兩位影像學醫(yī)師對5個影像學征象(T2-FLAIR高信號范圍增大與否、殘腔的強化類型、nDE、nSVZE及DWI上擴散受限)的評估結果的ICC值分別為0.903、0.906、0.951、0.954和0.900，一致性均較好。

4.預后情況

70例HGG患者的中位PFS為12.0個月，95% CI為11.4～15.2個月；中位OS為16.5個月，95% CI為15.0～18.6個月。在隨訪截止期之內(nèi)70例中有32例(45.7%)死亡。70例HGG患者的PFS和OS的Kaplan-Meier曲線分析結果見圖3～4。IDH野生型HGG患者的PFS中位數(shù)(10個月，95% CI為9.0～11.6個月)明顯低于IDH突變型者(17個月，95% CI為14.5～22.4)，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。同樣，IDH野生型HGG患者的OS中位數(shù)(13個月，95% CI為11.7～14.7個月)明顯低于IDH突變型者(22.5個月，95% CI為20.1～25.8個月)，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。IDH突變型組中預后良好者15例，預后不良者11例；IDH野生型組中預后良好者2例，預后不良者42例。

圖3 IDH突變型和野生型HGG患者PFS的Kaplan-Meier曲線。 圖4 IDH突變型和野生型HGG患者OS的Kaplan-Meier曲線。 圖5 不同模型預測HGG患者不良生存預后的ROC曲線。

表1 兩種表型HGG的臨床和MRI征象的比較 (例)

5.診斷效能分析

采用IDH基因表型來預測HGG患者預后的ROC曲線下面積(area under curve,AUC)為0.583；年齡聯(lián)合nDE、nSVZE預測預后的AUC為0.879；三者聯(lián)合組織病理學分級時，預測預后的AUC為0.885；年齡、組織病理學分級、nDE、nSVZE及IDH基因表型聯(lián)合診斷模型預測預后的AUC達0.922(圖5)。

討 論

本研究比較了不同IDH基因表型HGG患者術后MRI征象的差異，且這種差異與患者的術后生存情況之間有一定相關性；在年齡、nDE、nSVZE的聯(lián)合模型中加入IDH基因表型這個指標后，有助于改善對HGG患者不良預后的評估效能。上述結果提示，對治療后HGG患者進行預后的評估時，不僅需要注意這種MRI征象的差異，還應結合IDH基因表型信息。

筆者觀察了不同IDH基因表型HGG在治療后MRI征象的差異。目前大多數(shù)研究討論術前各種影像學征象及臨床因素與IDH基因表型的相關性，本組術后研究顯示了一些與術前不同的MRI征象差異。①部位特點。既往有多項研究結果提示IDH突變型膠質瘤主要發(fā)生于額葉[16-18]。本研究結果顯示IDH突變型HGG發(fā)生于額葉的比例(15/26)要高于IDH野生型(22/44)，但差異無統(tǒng)計學意義。筆者認為可能與本研究中納入的病例數(shù)相對較少有關，尚需增加樣本量進一步進行大宗病例的分析。②新增強化病灶的特點。腫瘤強化程度及部位在一定程度上反映了腫瘤的血供及生長情況。張勁松等[19]認為IDH突變型HGG的強化程度明顯低于IDH野生型，原因是后者血供豐富。Wen等[20]研究中提到術前GBM患者的室管膜下區(qū)(subventricle zone,SVZ)受累與IDH突變狀態(tài)無顯著相關性。而本研究結果顯示野生型HGG組中更常出現(xiàn)此征象。既往的術前研究中未考慮各種治療方式對膠質瘤MRI表現(xiàn)的影響，因此本研究中對治療后HGG的影像征象進行分析可能有助于彌補這種局限性。本研究中納入的病例在手術后均按NCCN指南進行標準治療，包括劑量為(59.5±3.5)Gy的放療、化療以及6個周期的替莫唑胺輔助治療，雖然對進展期病例采取了不同的治療方法(挽救性或二線治療方案)，包括再次手術、再次放療以及增加抗血管生成藥物，但本研究中評估的是標準治療后第2次即術后6個月復查的MRI資料，而對于進展期患者的上述后續(xù)治療方法均是在采用標準治療方案第2次MRI復查之后進行的，可能會影響患者最終的生存狀態(tài)，但不會影響所分析時間點時病灶的MRI表現(xiàn)。查閱文獻未檢索到對IDH突變與野生型HGG治療后影像學征象進行比較的相關報道。本研究中IDH野生型中nDE和nSVZE的出現(xiàn)率較高。出現(xiàn)nDE的原因可能是殘留的少量腫瘤細胞復發(fā)，雖然經(jīng)過手術全切，但由于殘余腫瘤細胞處可能出現(xiàn)血管生成點，從而導致新生血管形成。腫瘤細胞從SVZ向遠隔部位遷移也可引起腫瘤復發(fā)[21]，組織學上SVZ為干細胞池，nSVZE病灶與神經(jīng)元干細胞的遷移和聚集有關，這些細胞不受限制地增殖，IDH突變可抑制缺氧誘導因子-1α(hypoxia-inducible factors-1α,HIF-1α)的活性[22]，而HIF-1α進一步激活干細胞和新生血管的形成，這可能是IDH野生型在治療后易出現(xiàn)nDE和nSVZE的原因。③其它治療后MRI征象。不同IDH基因表型的殘腔壁強化類型雖然無明顯差異，但IDH野生型術后殘腔周圍相對更易出現(xiàn)粗線樣或結節(jié)樣強化，提示該部位血管豐富，也可能與IDH基因對HIF-1α活性的影響有關，增加樣本量可能會有進一步的發(fā)現(xiàn)。IDH突變型與野生型之間擴散受限表現(xiàn)的出現(xiàn)率無明顯差異，原因可能是進行DWI檢查的病例較少且未進行定量分析，而ADC值可能對預測IDH基因突變有一定價值[23]。既往研究認為T2-FLAIR高信號且不強化的區(qū)域難以評價[24]，其意義不明，原因是此處組織成分混雜，既包括水腫，也可能存在少量腫瘤細胞的浸潤，本研究中兩組間此征象出現(xiàn)率的差異無統(tǒng)計學意義。④本研究中還分析了IDH野生型與突變型兩組之間5種MRI征象出現(xiàn)時間的差異，即FLAIR未強化區(qū)增大、強化類型、nED、nSVZE和擴散受限，除擴散受限外，其它征象均以突變型組的出現(xiàn)時間較早，但組間差異并無統(tǒng)計學意義，可能是由于本研究中樣本量較少、未能充分展示各征象的出現(xiàn)時間的規(guī)律。

Persons等[25]2008年首次發(fā)現(xiàn)膠質瘤IDH基因突變，隨后對IDH基因突變的作用進行大量研究，證明IDH基因突變不僅參與腫瘤細胞發(fā)生[26]，也可抑制膠質瘤細胞生長[27]。一般認為，IDH突變型膠質瘤預后較好[28-29]，如IDH突變型HGG的PFS和OS均長于IDH野生型HGG(OS：27.4 vs. 14.0個月，P<0.01；PFS：55.0 vs. 8.8個月，P<0.01)，本研究結果也證實了IDH野生型HGG患者的生存期較短。但IDH表型作為一個獨立預后預測因子仍有待商榷[28,30]，因為HGG預后評估受到多種因素影響，如腫瘤切除范圍、放化療和挽救性治療方法等。正如本研究結果所顯示的，將IDH基因表型單獨用來評估HGG患者預后的AUC較低(0.583)，單純依靠IDH基因表型對治療后HGG預后評估有很大局限性。目前對HGG患者采取標準化治療，但不同患者的療效存在個體差異，可能導致與IDH表型相關的不同術后影像學征象，本研究也證實治療后IDH野生型HGG患者更易于出現(xiàn)nDE與nSVZE，作者的前期研究也證實出現(xiàn)nDE與nSVZE這兩種術后影像學征象者預后不良。IDH基因突變聯(lián)合這些影像學指標可改善對HGG預后評估的準確性，提示應將術后MRI征象、臨床因素與IDH突變狀態(tài)均納入聯(lián)合診斷模型。

本研究的局限性：第一，樣本量較小。但本研究的目的不是生成一個診斷標準，而是評估術后影像學特征與IDH基因表型的相關性，并初步建立一個聯(lián)合指標來評估治療后HGG患者生存預后的價值。將來隨著病例積累和更長期隨訪，進一步大宗病例的研究結論將更具有可信性。第二，本研究中僅納入HGG(Ⅲ、Ⅳ級)病例，存在選擇偏倚；雖然HGG患者的預后更令人關注，但IDH基因突變也發(fā)生于較低級別膠質瘤(如WHO Ⅱ級)，推測其與低級別HGG的術后MRI特點及預后也具有一定相關性，因此筆者已著手進行較低級別膠質瘤的相關研究。第三，本研究中未進行其它MR功能成像，如灌注加權成像和MRS等，這些功能成像指標對不同IDH表型HGG患者的生存狀態(tài)的評估價值尚不清楚。第四，本研究中僅納入IDH突變這一基因信息，其它HGG相關基因可能也與治療后預后具有一定的相關性，如O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉移酶(O6-methylguanine-DNA methyltransferase,MGMT)啟動子甲基化狀態(tài)、1p19q共缺失和端粒酶逆轉錄酶(telomerase reverse transcriptase,TERT)啟動子突變等，還有待在今后進一步聯(lián)合多基因信息進行深入研究。

綜上所述，本組資料表明不同IDH基因表型治療后HGG的影像學征象及患者的生存預后有一定差異，IDH基因突變信息可改善基于MRI征象評估治療后HGG患者預后的能力。因此，術后HGG患者應常規(guī)進行IDH基因表型的檢測，預后評估中關注不同MRI征象與預后的關系，并建議將IDH表型信息納入HGG治療后預后評估的綜合診斷模型中。