基于LASSO回歸的慢性乙型肝炎肝纖維化無(wú)創(chuàng)診斷模型的構(gòu)建及驗(yàn)證

壯 健， 朱韋文， 張 超

南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州第二人民醫(yī)院 超聲科， 江蘇 常州 213000

肝硬化被認(rèn)為是肝炎進(jìn)展至肝癌的中間階段，而肝纖維化是肝硬化的早期病變，因此，準(zhǔn)確診斷肝纖維化對(duì)預(yù)防肝硬化進(jìn)展、降低肝癌發(fā)病率和死亡率具有重要的臨床意義[1-2]。肝臟活組織檢查是肝纖維化診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但缺點(diǎn)也很明顯，創(chuàng)傷大、并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)高、采樣變異性和成本貴，不適合定期監(jiān)測(cè)[3]。開發(fā)新的無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確的肝纖維化診斷方法至關(guān)重要。前期研究[4]探索了多種血清生物標(biāo)志物和影像學(xué)測(cè)量肝臟硬度(liver stiffness measurement，LSM)對(duì)肝纖維化診斷的價(jià)值。同時(shí)，基于臨床信息和生化標(biāo)志物的血清學(xué)模型也被開發(fā)應(yīng)用于肝纖維化診斷，如AST-PLT比率指數(shù)(APRI)、FIB-4指數(shù)等[5-6]。近期研究[7-8]還發(fā)現(xiàn)，二維剪切波彈性成像也可用于無(wú)創(chuàng)評(píng)估慢性肝病患者的肝纖維化。基于此，本研究進(jìn)一步建立基于LASSO回歸的慢性乙型肝炎(CHB)相關(guān)肝纖維化的無(wú)創(chuàng)診斷模型，并進(jìn)行驗(yàn)證。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 納入2019年9月—2021年9月于本院診斷的CHB患者為研究對(duì)象，納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡>18歲；(2)血清學(xué)檢測(cè)HBsAg陽(yáng)性，持續(xù)6個(gè)月以上；(3)成功獲得肝穿刺活檢和病理結(jié)果；(4)臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)已經(jīng)確診肝硬化和肝癌、合并嚴(yán)重肝功能障礙、自身免疫性肝炎、肝移植；(2)重癥感染、嚴(yán)重心肺腎功能障礙、血液系統(tǒng)疾病、胃腸腫瘤；(3)近期大手術(shù)、創(chuàng)傷史、長(zhǎng)期服用影響肝功能的藥物；(4)妊娠、哺乳期女性。

1.2 研究方法 根據(jù)Metavir分期方法[9]將肝纖維化分為5個(gè)階段：F0，無(wú)纖維化；F1，匯管區(qū)有纖維化但無(wú)分隔，為輕度纖維化；F2，匯管區(qū)有纖維化伴少量分隔，為中度纖維化；F3，有大量分隔但無(wú)肝硬化，為重度纖維化；F4，肝硬化。本研究將F0～1歸為無(wú)顯著纖維化組，F(xiàn)2～4為顯著纖維化組。

使用SiemensAcusonS2000型彩色超聲診斷儀測(cè)量LSM，配套凸面?zhèn)鞲衅鱏C6-1?；颊呷⊙雠P位，充分暴露肝臟右葉區(qū)域，設(shè)置彈性取樣框(約4 cm×3 cm)置于探頭下方1～2 cm處，但不超過(guò)肝包膜下5 cm，盡量避開大血管和膽囊。囑患者屏息3～5 s，快速發(fā)動(dòng)一次高強(qiáng)度低頻的脈沖波并接收肝實(shí)質(zhì)隨即產(chǎn)生的橫向剪切波速度，同一位置獲得5次重復(fù)、有效測(cè)量值，計(jì)算平均值作為最終結(jié)果。血生化指標(biāo)包括ALT、AST、ALP、GGT、Alb、Glo、TBil、DBil、PLT、總膽固醇、低密度脂蛋白、Ⅲ型前膠原、Ⅳ型膠原和透明質(zhì)酸，采用日立3700型全自動(dòng)生化分析儀及配套試劑完成。

無(wú)創(chuàng)血清學(xué)評(píng)分系統(tǒng)計(jì)算方式： APRI=AST(U/L)/正常值上限(40 U/L)×100/PLT(×109/L)，F(xiàn)orns指數(shù)=7.811-3.131×ln[PLT(×109/L)]+0.781×ln[GGT(U/L)]+3.467×ln(年齡)-0.014×ln[膽固醇(mmol/L)]，King評(píng)分=年齡×AST(U/L)×國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化比值(INR)/PLT(×109/L)，F(xiàn)IB-4=年齡×AST(U/L)/[ALT(U/L)1/2×PLT(×109/L)]。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 共納入CHB患者240例，肝穿刺活檢和病理結(jié)果顯示，F(xiàn)0～1期65例，F(xiàn)2期70例，F(xiàn)3期65例，F(xiàn)4期40例，分為顯著纖維化組175例和無(wú)顯著纖維化組65例。F3、F4期與F2、F0～1期患者年齡、血清ALT、AST、ALP、GGT、TBil、PLT、Ⅲ型前膠原、Ⅳ型膠原、透明質(zhì)酸和LSM比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)(表1)。

2.2 CHB肝纖維化的LASSO回歸分析 根據(jù)單因素分析差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)，基于LASSO回歸共篩選出5個(gè)最可能的非零系數(shù)特征變量，即透明質(zhì)酸、Ⅳ型膠原、Ⅲ型前膠原、LSM和PLT(圖1)。

2.3 CHB肝纖維化的多因素logistic回歸分析 多因素logistic回歸分析顯示，透明質(zhì)酸(OR=1.432)、Ⅳ型膠原(OR=1.243)、Ⅲ型前膠原(OR=1.146)和LSM(OR=1.656)是CHB肝纖維化的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，PLT(OR=0.567)是保護(hù)因素(P值均<0.05)(表2)。

2.4 CHB肝纖維化的列線圖模型 根據(jù)回歸分析篩選的主要危險(xiǎn)因素及對(duì)應(yīng)權(quán)重系數(shù)，采用R軟件建立列線圖模型(圖2)。

2.5 肝纖維化不同分期患者列線圖模型評(píng)分、LSM、APRI、King評(píng)分、Forns指數(shù)和FIB-4指數(shù)的比較 F3和F4期患者列線圖模型評(píng)分、LSM、APRI、King評(píng)分、Forns指數(shù)和FIB-4指數(shù)顯著高于F2和F0～1期患者，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)(表3)。

2.6 列線圖模型的ROC曲線 列線圖模型預(yù)測(cè)CHB患者肝纖維化的AUC為0.876，顯著高于LSM、APRI、King評(píng)分、Forns指數(shù)和FIB-4的AUC值，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)(表4，圖3)。

圖1 CHB肝纖維化的LASSO回歸分析

表1 CHB肝纖維化不同分期患者的一般資料比較Table 1 Comparison of baseline data in patients with chronic hepatitis B-related liver fibrosis at different stages

表2 CHB肝纖維化的多因素logistic回歸分析Table 2 Multivariate logistic regression analysis of HBV liver fibrosis

圖2 CHB肝纖維化的列線圖模型Figure 2 Nomogram model of HBV liver fibrosis

表3 肝纖維化不同分期患者評(píng)分系統(tǒng)的比較Table 3 Comparisons of different grading systems in patients with different stages of liver fibrosis

表4 列線圖模型與各評(píng)分系統(tǒng)預(yù)測(cè)CHB肝纖維化的ROC曲線分析Table 4 ROC curve of predicting liver fibrosis in HBV patients by nomogram model and different grading systems

2.7 列線圖模型的Calibration 曲線和Decision曲線 Calibration 曲線顯示列線圖模型的一致性尚可(圖4)。Decision曲線顯示列線圖模型的獲益性尚可，高風(fēng)險(xiǎn)概率值在0.03～0.60(圖5)。

圖3 列線圖模型與各評(píng)分系統(tǒng)預(yù)測(cè)CHB肝纖維化的ROC曲線Figure 3 ROC curve of predicting liver fibrosis in HBV patients by nomogram model and different grading systems

圖4 列線圖模型的Calibration 曲線Figure 4 Calibration curve of nomograph model

圖5 列線圖模型的Decision曲線Figure 5 Decision curve of nomogram model

3 討論

肝硬化的特征是肝纖維化持續(xù)進(jìn)展破壞肝組織結(jié)構(gòu)和功能，肝硬化早期通常是無(wú)癥狀的，直到出現(xiàn)肝臟疾病并發(fā)癥時(shí)才被診斷。肝硬化存在嚴(yán)重的并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，包括腹水、腹膜炎、食管靜脈曲張、肝衰竭和惡性肝腫瘤。血清標(biāo)志物能夠提供纖維化進(jìn)展的動(dòng)態(tài)信息，但是沒有任何一種單一標(biāo)志物能夠準(zhǔn)確評(píng)估肝纖維化，APRI和FIB-4指數(shù)等模型的預(yù)測(cè)精度還需要進(jìn)一步提高[10-11]。

肝纖維化被認(rèn)為是肝硬化的前期階段，準(zhǔn)確診斷纖維化對(duì)積極預(yù)防肝硬化進(jìn)程至關(guān)重要[12-13]。本研究顯示，CHB患者顯著肝纖維化的發(fā)生率高達(dá)72.9%(175/240)。肝纖維化發(fā)生和進(jìn)展導(dǎo)致肝損傷[14-15]，血清學(xué)指標(biāo)是反映肝功能的重要依據(jù)，ALT、AST、ALP、GGT和TBil均是直接反映肝臟功能的客觀指標(biāo)。肝纖維化和肝硬化導(dǎo)致凝血功能障礙，表現(xiàn)為PLT數(shù)量減少和凝血酶原激活[16-18]。Ⅲ型前膠原、Ⅳ型膠原和透明質(zhì)酸被認(rèn)為是肝纖維化的敏感性標(biāo)志物，與肝纖維化的發(fā)生和進(jìn)展密切相關(guān)[19-21]。與血清學(xué)生物標(biāo)志物相比，二維剪切波彈性成像在檢測(cè)肝纖維化方面具有更好的性能。LSM可直接反映肝組織的硬度，硬度越大提示肝臟彈性越差，纖維化程度越重，與纖維化程度具有較好的一致性[22]。但易受到肥胖、占位性組織、腹水以及檢查者經(jīng)驗(yàn)等因素的影響。

本研究建立了一個(gè)操作簡(jiǎn)單、可視化強(qiáng)的列線圖預(yù)測(cè)模型。該模型中透明質(zhì)酸160 ng/mL對(duì)應(yīng)分值為60分，Ⅳ型膠原72 ng/mL對(duì)應(yīng)分值為68分，Ⅲ型前膠原18 ng/mL對(duì)應(yīng)分值為70分，LSM 24 kPa對(duì)應(yīng)分值為90分，PLT 100×109/L對(duì)應(yīng)分值為52分，各項(xiàng)相加得到總分為340分，對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)大于0.996，提示顯著性肝纖維化發(fā)生的概率極高。經(jīng)ROC、Calibration 和Decision曲線證實(shí)列線圖模型有較高的預(yù)測(cè)效能、較好的一致性和獲益性。推測(cè)本研究開發(fā)的列線圖模型預(yù)測(cè)顯著性肝纖維化的臨床應(yīng)用潛力較大。

綜上所述，利用血清學(xué)指標(biāo)透明質(zhì)酸、Ⅳ型膠原、Ⅲ型前膠原、PLT和LSM，基于LASSO回歸建立無(wú)創(chuàng)列線圖模型作為臨床診斷CHB肝纖維化的量化工具，具有較高的診斷效能、一致性和獲益性，值得推廣應(yīng)用。當(dāng)然，本研究也有一定局限性：?jiǎn)沃行臄?shù)據(jù)分析，樣本量有限，需要通過(guò)多中心、更大樣本量數(shù)據(jù)對(duì)本研究結(jié)果進(jìn)行外部驗(yàn)證。

倫理學(xué)聲明：本研究于2019年8月17日經(jīng)由南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州第二人民醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過(guò)，批號(hào)：2019-C013，并取得患者知情同意。

利益沖突聲明：本研究不存在研究者、倫理委員會(huì)成員、受試者監(jiān)護(hù)人以及與公開研究成果有關(guān)的利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：壯健負(fù)責(zé)課題設(shè)計(jì)，資料分析，撰寫論文；張超參與收集數(shù)據(jù)，修改論文；朱韋文負(fù)責(zé)擬定寫作思路，指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。