體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像預(yù)測(cè)腦膠質(zhì)瘤IDH1基因突變的價(jià)值

馮盼盼 王超超 董海波 李亞迪 王洪財(cái) 梁良

腦膠質(zhì)瘤具有高度的侵襲力及增殖能力，是一種發(fā)病率高、復(fù)發(fā)率高、預(yù)后差的中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤，僅依賴常規(guī)病理分級(jí)不能滿足臨床對(duì)腦膠質(zhì)瘤患者的個(gè)性化治療需求[1-2]。研究認(rèn)為，高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤異檸檬酸脫氫酶-1（isocitrate dehydrogenase-1，IDH1）基因?yàn)橥蛔冃驼咂漕A(yù)后明顯好于病理分級(jí)相同的野生型，甚至也好于低級(jí)別野生型，因此，IDH1基因突變可作為腦膠質(zhì)瘤患者預(yù)后相對(duì)良好的標(biāo)志[3-5]。傳統(tǒng)的影像形態(tài)學(xué)分析預(yù)測(cè)腦膠質(zhì)瘤IDH1基因突變的價(jià)值不大。多數(shù)腫瘤組織成像體素內(nèi)既有擴(kuò)散也有灌注成分[6]。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像（IVIM-DWI）可以定量分離擴(kuò)散和灌注成分，無(wú)創(chuàng)地反映腫瘤內(nèi)部的擴(kuò)散和灌注信息[7-8]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于IVIM-DWI預(yù)測(cè)腦膠質(zhì)瘤IDH1基因型的研究較少，本研究回顧性分析IDH1突變型與野生型腦膠質(zhì)瘤患者IVIM-DWI定量參數(shù)的差異，探討其術(shù)前預(yù)測(cè)腦膠質(zhì)瘤IDH1基因突變的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象 回顧分析寧波市醫(yī)療中心李惠利醫(yī)院2016年9月至2020年1月經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)的55例WHOⅡ～Ⅳ級(jí)腦膠質(zhì)瘤，依據(jù)免疫組織化學(xué)法檢測(cè)結(jié)果分為IDH1突變組17例和IDH1野生組38例。IDH1突變組男 8例，女 9例，年齡 32～70（48±3）歲。其中星形細(xì)胞瘤9例，少突星形細(xì)胞瘤3例，少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤3例，間變性少突星形細(xì)胞瘤1例及間變性星形細(xì)胞瘤 1例。IDH1野生組男26例，女12例，年齡25～87（55±2）歲。其中膠質(zhì)母細(xì)胞瘤23例，間變性星形細(xì)胞瘤8例，間變性少突星形細(xì)胞瘤2例，間變性少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤1例及星形細(xì)胞瘤4例。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）MR檢查前患者未進(jìn)行任何治療；（2）MR檢查后2周內(nèi)手術(shù)切除腫瘤，根據(jù)WHO 2016分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行病理學(xué)診斷；（3）影像資料完整，包括MRI平掃、增強(qiáng)及IVIM-DWI序列。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）術(shù)前接受過(guò)放療或化療；（2）由于頭部運(yùn)動(dòng)偽影而無(wú)法獲得MR數(shù)據(jù)；（3）實(shí)體腫瘤成分無(wú)法用于分析（＜20 mm2）。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署書(shū)面知情同意書(shū)。

1.2 方法 采用美國(guó)GE Discovery MR750 3.0 T MR掃描儀和頭部8通道相控陣線圈（GE Medical Systems）。（1）常規(guī)MR平掃：包括橫斷面液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（FLAIR）序列 T1WI，TR 1 850 ms，TE 24 ms，TI 780 ms；基于快速自旋回波（FSE）的刀鋒（PROPELLER）序列T2WI：TR 6 656 ms，TE 105 ms。FOV 240 mm×240 mm，矩陣288×224，層厚4 mm，層間距1 mm，掃描層數(shù)24層。（2）常規(guī)MR增強(qiáng)掃描：注入對(duì)比劑釓噴酸葡胺注射液0.2 ml/kg后橫斷面T1WI序列掃描，參數(shù)同平掃序列。（3）IVIM-DWI：采用軸位單次激發(fā)自旋平面回波擴(kuò)散加權(quán)成像（SS-EPI-DW），TR 4 500 ms，TE 為最小值，b 值分別設(shè)定 0、10、20、30、50、100、150、200、400、800、1 200、2 000、3 000 s/mm2，相應(yīng)的 NEX 取 2、1、1、1、1、1、1、2、2、3、3、5、6，掃描時(shí)間 378 s。FOV240mm×240mm，矩陣 160×160，層厚 4 mm，層間距 1 mm；掃描層數(shù)24層。

1.3 圖像分析與后處理 圖像由美國(guó)GE ADW 4.5后處理工作站，F(xiàn)unctool MADC軟件分析IVIM-DWI，獲得偽彩圖。由2位神經(jīng)放射學(xué)副主任醫(yī)師分別沿腫瘤最大實(shí)性區(qū)域的內(nèi)邊緣采用不規(guī)則模型勾畫(huà)感興趣區(qū)（ROI），結(jié)合常規(guī)MR圖像避開(kāi)囊性、出血或壞死區(qū)域，在同層對(duì)側(cè)白質(zhì)區(qū)手動(dòng)放置一個(gè)ROI（約50 mm2），得到腫瘤及對(duì)側(cè)白質(zhì)的表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC），使用雙指數(shù)模型獲得真性水分子擴(kuò)散系數(shù)（D）、微循環(huán)灌注系數(shù)（D*）和灌注分?jǐn)?shù)（f），取平均值。

2 結(jié)果

2.1 一致性分析 2位醫(yī)師測(cè)量ADC、D、D*和f值的ICC 分別為 0.935、0.927、0.933和 0.941，一致性良好。2.2IDH1突變組與野生組IVIM-DWI參數(shù)比較IDH1突變組ADC、D、f值均高于IDH1野生組（均P＜0.05），但D*值在兩組中差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.058）（表1，典型病例見(jiàn)圖 1、2，插頁(yè)）。

表1 IDH1突變組與野生組IVIM-DWI參數(shù)的比較

圖1 70歲男性左側(cè)額葉間變性少突星形細(xì)胞瘤患者，WHOⅢ級(jí)，IDH1突變型 [a：T2WI高信號(hào)；b：T1WI增強(qiáng)少許不均勻強(qiáng)化；c～f：表觀水分子擴(kuò)散系數(shù)（ADC）、真性水分子擴(kuò)散系數(shù)（D）、微循環(huán)灌注系數(shù)（D*）和灌注分?jǐn)?shù)（f）]

圖2 43 歲女性兩側(cè)間變性星形細(xì)胞瘤患者，WHOⅢ級(jí)，IDH1 野生型[a：T2WI高信號(hào)；b：T1WI增強(qiáng)不均勻強(qiáng)化；c～f：ADC、D、D* 和 f]

2.3 ROC曲線預(yù)測(cè)IDH1突變型腦膠質(zhì)瘤的效能ADC、D、f值的 AUC 分別為 0.793、0.807、0.818，臨界值分別為 1.060×10-3mm2/s、0.858×10-3mm2/s、0.282，ADC預(yù)測(cè)的特異度最高，f的靈敏度最高，D*無(wú)顯著診斷效能（P＝0.057）（表 2，圖 3）。

表2 IVIM-DWI定量參數(shù)預(yù)測(cè)腦膠質(zhì)瘤IDH1基因突變的效能

3 討論

2016年《WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類》顛覆性地改變了腦膠質(zhì)瘤傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)分型方法，第一次以分子分型作為腫瘤分型的核心依據(jù)，基因型結(jié)合表觀型的新分型方法增加了診斷準(zhǔn)確性[9-11]。相較于組織學(xué)分類，基因分子生物學(xué)標(biāo)志物對(duì)確定腦膠質(zhì)瘤分子亞型和進(jìn)行個(gè)體化治療及判斷臨床預(yù)后具有重要意義。

IVIM采用雙指數(shù)模型，從理論上可以將擴(kuò)散和灌注信息分離，其中，D值和ADC值與水分子擴(kuò)散相關(guān)，f值和D*值與血流灌注相關(guān)。眾所周知，D值主要反映細(xì)胞密度和水分子運(yùn)動(dòng)等真實(shí)擴(kuò)散狀態(tài)。Wang等[6]認(rèn)為IDH1突變型腦膠質(zhì)瘤的D值高于野生型，但其研究結(jié)果并未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能與病例數(shù)較小有關(guān)。本研究中，IDH1突變型的D值明顯高于IDH1野生型，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，鑒別兩者的臨界值為0.858×10-3mm2/s，AUC為0.807。同時(shí)，本研究顯示低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的IDH1基因突變率高達(dá)78.9%，高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的IDH1基因突變率卻僅為5.6%[9-10]，而低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的細(xì)胞密度和異常增殖能力相對(duì)較低[12]。筆者認(rèn)為，IDH1基因突變型腦膠質(zhì)瘤的細(xì)胞密度較低、異常增殖能力較低，核質(zhì)比更低，細(xì)胞外間隙更大，水分子擴(kuò)散受限相對(duì)較小，故D值較高[13-14]。因此，D值在預(yù)測(cè)IDH1突變方面有一定價(jià)值。

圖3 體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像（IVIM-DWI）定量參數(shù)鑒別腦膠質(zhì)瘤IDH1基因突變的ROC曲線

當(dāng)b值＞200 s/mm2，D值與ADC值呈正相關(guān)[15]。小樣本研究已經(jīng)提示DWI的最小ADC值可以鑒別IDH1的突變狀態(tài)[16]。有研究也證實(shí)了無(wú)論高級(jí)別還是低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤，IDH1突變型的ADC值均高于IDH1野生型[6]。本研究顯示，IDH1突變型的ADC值明顯高于野生型，鑒別兩者的臨界值為1.060×10-3mm2/s，AUC為0.793，預(yù)測(cè)的特異度最高（0.800）。這表明雖然ADC值包含了一定的灌注信息，但在預(yù)測(cè)IDH1突變方面仍有一定價(jià)值。

IDH1基因突變的腦膠質(zhì)瘤通過(guò)抑制缺氧誘導(dǎo)因子亞單位（HIF-1）的活性途徑導(dǎo)致血管生成減少[17]。依據(jù)IVIM理論，D*值反映灌注情況，其數(shù)值與毛細(xì)血管的密度相關(guān)。Wang等[6]研究顯示僅在高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤中，IDH1突變型的D*值較野生型低，而低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤中D*值則差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明不同級(jí)別腦膠質(zhì)瘤內(nèi)灌注情況存在差異。本研究中，IDH1突變型腦腦膠質(zhì)瘤的D*值低于野生型腦膠質(zhì)瘤，但兩組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，除了可能與樣變量較少、沒(méi)有對(duì)高低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤突變與否的D*值分開(kāi)研究外，也一定程度提示D*值對(duì)預(yù)測(cè)IDH1基因突變價(jià)值不大。Wang等[6]研究表明僅在高級(jí)別腦膠質(zhì)瘤中，IDH1突變型的f值較野生型低，而低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤中沒(méi)有明顯差別。本研究中，IDH1突變型腦膠質(zhì)瘤的f值顯著大于IDH1野生型，與Wang等[6]的結(jié)論有所差異。筆者認(rèn)為，與D*值反映毛細(xì)血管的密度有所不同，f值是指體素內(nèi)微循環(huán)灌注成分在整個(gè)病變組織中的所占比例，由于IDH1突變型腦膠質(zhì)瘤的細(xì)胞增殖程度低、細(xì)胞密度相對(duì)較小，核質(zhì)比較低，其擴(kuò)散成分所占比例相對(duì)較低，而微循環(huán)灌注成分所占比例相對(duì)升高，所以f值升高，而IDH1野生型腦膠質(zhì)瘤恰好相反[14]。本組中，IDH1突變型腦膠質(zhì)瘤f值的ROC及靈敏度均最高，表明f值在預(yù)測(cè)IDH1基因突變方面有重要價(jià)值。

IDH1基因突變可改變IDH1與底物親和力以及代謝的方向，使腫瘤代謝和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。多項(xiàng)試驗(yàn)表明，IDH1突變可增加腫瘤細(xì)胞的放射敏感性[18-19]和化療敏感性[20-22]。目前的標(biāo)準(zhǔn)治療方式為手術(shù)聯(lián)合替莫唑胺（TMZ）輔助放化療等綜合治療。Rohle等[23]研究顯示，可穿過(guò)血腦屏障的小分子IDH1基因突變特異性抑制劑（AGI-5198）在體內(nèi)和體外均顯示較好的療效。AGI-5198可反轉(zhuǎn)因IDH1基因突變導(dǎo)致的細(xì)胞分化改變并降低 2-羥基戊二酸（2-bydroxyglutarate，2-HG）含量。由于IDH1基因突變改變腦膠質(zhì)瘤的甲基化譜，對(duì)烷化劑化療藥的療效產(chǎn)生影響[24-25]。因此，IVIM-DWI定量預(yù)測(cè)腦膠質(zhì)瘤IDH基因突變不僅可指導(dǎo)臨床判斷預(yù)后，而且有助于治療方案的選擇和靶向藥物的研發(fā)。本研究也存在一些局限性：首先，病例數(shù)較少；其次，研究采用回顧性分析方法，有可能漏掉一些未行IVIMDWI數(shù)據(jù)采集和分子病理檢測(cè)的病例；IVIM-DWI的參數(shù)選擇如不同的b值、TE對(duì)結(jié)果也有影響；再次，勾畫(huà)ROI僅為腫瘤增殖活躍區(qū)，而未能對(duì)腫瘤的異質(zhì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。今后，筆者將采用前瞻性研究方法，納入不同基因型的腦膠質(zhì)瘤病例，同時(shí)采用“最大值法”、“全瘤分析法”及“瘤周分析法”評(píng)價(jià)IVIM-DWI對(duì)鑒別IDH1基因型的價(jià)值。

總之，IVIM-DWI的定量參數(shù)ADC、D、f值在術(shù)前預(yù)測(cè)腦膠質(zhì)瘤IDH1基因突變有重要價(jià)值，以f值效能最高。