功能磁共振成像技術(shù)評(píng)估肝細(xì)胞癌生物學(xué)行為的研究進(jìn)展

周怡然，朱紹成

原發(fā)性肝癌（primary liver cancer）是全球第六大最常見(jiàn)的腫瘤和第三大死亡原因，其中又以肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）為著，約占其總發(fā)病率的75%～85%[1]。HCC的生物學(xué)行為如腫瘤大小、分化程度、微血管浸潤(rùn)（microvascular invasion, MVI）及組織細(xì)胞的侵襲性是影響預(yù)后的重要因素[2-4]，HCC生物學(xué)行為的判定，對(duì)治療決策選擇和預(yù)后評(píng)估至關(guān)重要。近年來(lái)，隨著功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）技術(shù)的發(fā)展，影像已超越傳統(tǒng)的基于形態(tài)學(xué)的定性診斷范疇，并向以疾病為中心的病理生理機(jī)制探索、生物學(xué)行為評(píng)估、療效預(yù)測(cè)和預(yù)后評(píng)估進(jìn)行轉(zhuǎn)變。目前擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion-weighted imaging, DWI）、體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging, IVIM-DWI）、擴(kuò)散峰度成像（diffusion kurtosis imaging, DKI）、酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像（amide proton transfer, APT）、動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI（dynamic contrast enhanced MRI,DCE-MRI）等技術(shù)的發(fā)展可以從擴(kuò)散、灌注等方面評(píng)估腫瘤分子病理、免疫微環(huán)境等異質(zhì)性改變，使HCC 生物學(xué)行為評(píng)估成為可能。本文就fMRI評(píng)估HCC病理分級(jí)、MVI及分子病理相關(guān)因子等生物學(xué)行為展開(kāi)綜述。

1 fMRI對(duì)HCC病理分級(jí)的評(píng)估

HCC的病理分級(jí)與預(yù)后密切相關(guān)，是肝癌切除術(shù)后復(fù)發(fā)和長(zhǎng)期生存的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素之一[3]。然而病理分級(jí)通常由術(shù)后標(biāo)本或活檢組織所得，故精準(zhǔn)的HCC 術(shù)前病理學(xué)分級(jí)是精準(zhǔn)治療決策的關(guān)鍵。fMRI 的快速發(fā)展，使精準(zhǔn)HCC 術(shù)前病理分級(jí)可以使用特征性影像征象和定量參數(shù)進(jìn)行無(wú)創(chuàng)性評(píng)估。

DWI用于在微觀水平上評(píng)估水分子的布朗運(yùn)動(dòng)，使水分子移動(dòng)可用表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient,ADC）定量描述[5]。近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者研究HCC 病理分級(jí)與ADC 參數(shù)的相關(guān)性，Surov 等[6]認(rèn)為最小ADC 值評(píng)估腫瘤病理分級(jí)較敏感，這是因?yàn)锳DC 值與細(xì)胞計(jì)數(shù)和總核面積相關(guān)，而HCC 病理分級(jí)基于腫瘤細(xì)胞的形態(tài)特征、核酸含量和結(jié)構(gòu)異質(zhì)性。Xu等[7]研究也認(rèn)同此觀點(diǎn)，并且他們還利用ADC直方圖參數(shù)得出了第25 百分位ADC 值與HCC 病理分級(jí)相關(guān)性更強(qiáng)的結(jié)論。

傳統(tǒng)DWI是單指數(shù)模型計(jì)算ADC值，忽略微血管灌注的影響而不能完全代表水分子的擴(kuò)散，而IVIM-DWI 則可以更好地區(qū)分水分子的擴(kuò)散和微血管灌注[8]，它不僅應(yīng)用于有對(duì)比劑禁忌證的患者（如腎功能嚴(yán)重受損），還不涉及電離輻射或注入放射性同位素等危害[9]。Zhu 等[10]分析了IVIM-DWI 衍生參數(shù)和HCC 病理分級(jí)的相關(guān)性，他們認(rèn)為來(lái)自傳統(tǒng)DWI 的ADC 值和IVIM-DWI的真實(shí)擴(kuò)散系數(shù)（D）值與HCC病理分級(jí)均呈顯著負(fù)相關(guān)，這可能是因?yàn)槟[瘤分化差導(dǎo)致細(xì)胞密度增加和細(xì)胞間物質(zhì)數(shù)量減少，水分子在腫瘤組織中的擴(kuò)散受限，除此之外D 值比ADC值具有更高的敏感性和準(zhǔn)確性。而對(duì)于IVIM相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)（D*）值和灌注分?jǐn)?shù)（f）值，Sokmen等[11]認(rèn)為f值可以反映高級(jí)別HCC 灌注增加和血管的新生，故f 值對(duì)評(píng)估HCC 分級(jí)特異性較高。DKI相較于傳統(tǒng)DWI而言，可以檢測(cè)水分子在組織中非高斯擴(kuò)散的特性，從而更加精確地反映組織微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性[12]。Wang[13]等認(rèn)為與傳統(tǒng)DWI 參數(shù)值相比，DKI 的衍生參數(shù)平均擴(kuò)散峰度（mean kurtosis, MK）值和病理分級(jí)有更好的相關(guān)性，可以作為HCC患者術(shù)前預(yù)測(cè)病理分級(jí)的重要參數(shù)。

APT 成像作為化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移（chemical exchange saturation transfer, CEST）成像技術(shù)的一個(gè)延伸和發(fā)展，是通過(guò)選擇性預(yù)飽和內(nèi)源性游離蛋白及多肽中的酰胺質(zhì)子，并和自由水中氫質(zhì)子進(jìn)行交換，探測(cè)與酰胺質(zhì)子交換之后自由水信號(hào)的過(guò)程[14]。APT成像已應(yīng)用于腦腫瘤及其他疾病，對(duì)于肝臟腫瘤的應(yīng)用，Lin等[15]評(píng)估了高、低級(jí)別HCC的APT加權(quán)（APT weighted, APTw）和ADC 值之間的差異，結(jié)果顯示APTw值與病理分級(jí)之間存在中等相關(guān)性且優(yōu)于ADC 值。高級(jí)別HCC 的APTw 值顯著高于低級(jí)別HCC，但ADC 值卻顯著降低。他們還把APTw 和ADC 兩種MRI 參數(shù)組合預(yù)測(cè)高級(jí)別HCC，敏感度竟可以提高到100%。Wu 等[16-17]評(píng)估APT、IVIM-DWI 和DKI 三種成像方式與HCC病理分級(jí)的相關(guān)性，他們認(rèn)為與IVIM和DKI的衍生參數(shù)相比，APT信號(hào)強(qiáng)度（signal intensity, SI）與HCC病理分級(jí)的相關(guān)性更強(qiáng)。此外，受試者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲線比較也表明了APT SI的曲線下面積（area under the curve, AUC）顯著高于各IVIM衍生參數(shù)和DKI衍生參數(shù)。因此，APT成像作為一種新型fMRI技術(shù)能檢測(cè)腫瘤內(nèi)源性蛋白質(zhì)水平，并在分子層面上探索疾病變化，應(yīng)用APT 成像聯(lián)合多種MRI 技術(shù)可以更準(zhǔn)確、全面地評(píng)估HCC病理分級(jí)。

DCE-MRI可以量化藥物在生理方面的藥代動(dòng)力學(xué)分布，是一種評(píng)價(jià)局部組織微灌注和血管通透性的影像方法[18]。Chen等[19]研究了DCE-MRI 參數(shù)與Ki-67 指數(shù)、病理分級(jí)和微血管密度（microvessel density, MVD）之間的關(guān)系，其結(jié)果是容量轉(zhuǎn)移常數(shù)（Ktrans）與Ki-67 增殖狀態(tài)和HCC 病理分級(jí)呈顯著相關(guān)，較低速率常數(shù)（Kep）值和較高血管外細(xì)胞外間隙容積分?jǐn)?shù)（Ve）值與HCC 的較高M(jìn)VD 有關(guān)，這表明了DCE-MRI 的定量參數(shù)可作為一種無(wú)創(chuàng)性影像生物標(biāo)記物來(lái)評(píng)估HCC 的組織學(xué)分級(jí)和微循環(huán)狀態(tài)。

此外，肝細(xì)胞特異性對(duì)比劑也用于預(yù)測(cè)HCC 的病理分級(jí)。釓塞酸二鈉（Gd-EOB-DTPA）具有獨(dú)特的生物學(xué)特征，可通過(guò)肝細(xì)胞肝血竇膜上有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽1B3（organic anion transporting polypeptide 1B3, OATP1B3）被正常肝細(xì)胞吸收，然后通過(guò)多藥耐藥相關(guān)蛋白2（multidrug resistance protein 2, MRP2）經(jīng)膽道排出[20]，Haimerl等[21]研究認(rèn)為Gd-EOB-DTPA的攝取與HCC的惡性程度相關(guān)，隨著HCC病理分級(jí)的增加，OATP1B3的吸收會(huì)降低，MRP2表達(dá)一致或稍增加，這可能是由于高級(jí)別HCC的Gd-EOB-DTPA 攝取較少而膽汁排泄率較高。通過(guò)對(duì)不同分化程度的HCC 定量評(píng)估平掃和Gd-EOB-DTPA 增強(qiáng)MRI 之間的T1弛豫降低率，可以得知高、低級(jí)別HCC的T1弛豫降低率有顯著差異，輔助T1 弛豫測(cè)量可以幫助進(jìn)一步區(qū)分HCC 分級(jí)。另外，關(guān)于應(yīng)用MRI 征象預(yù)測(cè)HCC 病理分級(jí)已有較多研究，其中Huang等[22]分析了Gd-EOB-DTPA增強(qiáng)MRI的各種定性和定量影像特征，發(fā)現(xiàn)腫瘤體積較大、不規(guī)則的腫瘤邊緣、腫瘤內(nèi)新生血管和肝膽期（hepatobiliary phase, HBP）瘤周低信號(hào)等影像特征與較高的HCC病理分級(jí)有關(guān)。

目前關(guān)于fMRI 預(yù)測(cè)HCC 病理分級(jí)的研究和報(bào)道眾多，在肯定fMRI 預(yù)測(cè)腫瘤分化程度有巨大潛力的同時(shí)也面臨一些挑戰(zhàn)：首先，當(dāng)前DWI和IVIM-DWI預(yù)測(cè)病理分級(jí)的參數(shù)有許多差異，可能與不同病灶的血供不同、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)算法不同、b值選擇和感興趣區(qū)（region of interest, ROI）放置不同有關(guān)；其次，DKI 和APT 圖像是使用自由呼吸成像采集獲得，圖像會(huì)有較低的分辨率和信噪比；另外，關(guān)于DKI 和APT 預(yù)測(cè)HCC 病理分級(jí)的國(guó)內(nèi)外研究較少，將兩者聯(lián)合預(yù)測(cè)病理分級(jí)是否更加高效、準(zhǔn)確有待進(jìn)一步研究。

2 fMRI對(duì)HCC MVI的評(píng)估

MVI 是指在顯微鏡下看到腫瘤細(xì)胞覆蓋在內(nèi)皮細(xì)胞的血管腔中，Wang等[23]認(rèn)為HCC的預(yù)后不良取決于MVI的生物學(xué)侵襲性，同樣其他研究也證明了MVI 是影響患者生存和復(fù)發(fā)的危險(xiǎn)因素[24-25]。Yamashita 等[26]認(rèn)為腫瘤周圍（＜1 cm）是MVI的高發(fā)區(qū)，在進(jìn)行肝切除術(shù)時(shí)需要更大的切緣；同時(shí)預(yù)測(cè)MVI也有助于HCC復(fù)發(fā)患者選擇最佳治療方式[27]，因此術(shù)前及時(shí)評(píng)估MVI 是進(jìn)一步延長(zhǎng)患者生存時(shí)間的重要病理因素。影像技術(shù)的發(fā)展使腫瘤血流動(dòng)力學(xué)、細(xì)胞功能和分化水平的評(píng)估成為可能，所以應(yīng)用fMRI術(shù)前精準(zhǔn)預(yù)測(cè)MVI有巨大的潛力。

有研究者系統(tǒng)化評(píng)估單指數(shù)ADC模型和雙指數(shù)IVIM模型預(yù)測(cè)MVI的效力，認(rèn)為最小ADC值和D值均可作為術(shù)前預(yù)測(cè)MVI的重要參數(shù)[6]。但是Wei 等[28]比較了兩種成像方式卻認(rèn)為D 值在評(píng)估MVI 方面明顯優(yōu)于ADC 值。也有研究采用拉伸指數(shù)（stretched exponential model,SEM）模型生成分布擴(kuò)散系數(shù)（distribute diffusion coefficient, DDC）、水分子各向異質(zhì)性（alpha, α）和ADC 值術(shù)前預(yù)測(cè)MVI，結(jié)果顯示MVI 陽(yáng)性的DDC和ADC 值均降低，其中根據(jù)直方圖得知第5 百分位DDC 值有較高的診斷效力[29]。這可能是當(dāng)MVI存在時(shí)，門靜脈、肝靜脈以及其他肝血管微小分支有腫瘤栓塞從而限制了水分子的擴(kuò)散和腫瘤微循環(huán)灌注的下降。Song 等[30]分別比較DCE-MRI 和IVIM-DWI兩種成像方式評(píng)價(jià)原發(fā)性小肝癌微循環(huán)功能狀態(tài)，結(jié)果表明Ktrans值和Kep值在敏感性和特異性方面優(yōu)于D*值和f值，即應(yīng)用DCE-MRI 在評(píng)價(jià)原發(fā)性小肝癌微循環(huán)灌注功能方面有更好的作用。目前基于DWI 和IVIM 模型術(shù)前預(yù)測(cè)MVI 的研究很多，但由于b 值選擇的不同及機(jī)器設(shè)備、后處理方法差異等因素存在造成不同的預(yù)測(cè)截?cái)嘀?，從而缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

MVI的存在會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖、壞死和細(xì)胞外異質(zhì)環(huán)境的變化，而MK值代表了病變組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，Wang等[31]評(píng)估DKI、DWI 和腫瘤的影像特征術(shù)前預(yù)測(cè)HCC 患者M(jìn)VI 的作用，發(fā)現(xiàn)MK 值比ADC 值有更高的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，另外較高的MK 值和不規(guī)則的環(huán)形強(qiáng)化也是預(yù)測(cè)MVI的潛在影像標(biāo)志物。Rao等[32]在Gd-EOB-DTPA 增強(qiáng)MRI 上結(jié)合T1 弛豫時(shí)間和ADC 值預(yù)測(cè)MVI，結(jié)果顯示MVI陽(yáng)性的HCC患者T1弛豫時(shí)間降低率明顯低于MVI陰性患者。

靜脈浸潤(rùn)的雙預(yù)測(cè)因子（two-trait predictor of venous invasion, PPTVI）是指在動(dòng)脈期腫瘤內(nèi)持續(xù)離散的動(dòng)脈強(qiáng)化和在門靜脈期或延遲期出現(xiàn)的低信號(hào)光暈。Zhang等[33]認(rèn)為腫瘤大小、分化程度以及PPTVI與病理性微血管浸潤(rùn)（pathological microvascular invasion, PMVI）有顯著的相關(guān)性，其中PPTVI是唯一重要的風(fēng)險(xiǎn)因素。也有研究者將基于Gd-EOB-DTPA 增強(qiáng)MRI 中腫瘤大小、包膜、瘤周強(qiáng)化、HBP 期瘤周低信號(hào)、非光滑的腫瘤邊緣，暈狀強(qiáng)化等影像特征認(rèn)為是術(shù)前預(yù)測(cè)MVI 的重要因素[34]。還有王靜等[35]認(rèn)為動(dòng)脈期瘤周高信號(hào)環(huán)、HBP 期瘤周低信號(hào)及腫瘤邊緣是預(yù)測(cè)MVI 分級(jí)的有效指標(biāo)。更有學(xué)者將腫瘤的形態(tài)學(xué)特征詳細(xì)分類，認(rèn)為HBP 期腫瘤的毛刺征能預(yù)測(cè)小肝癌的MVI 發(fā)生[36]。目前使用影像特征預(yù)測(cè)MVI 的研究結(jié)果各異，因其易受圖像處理、觀察者之間差異性等人為因素的影響，故預(yù)測(cè)MVI 的準(zhǔn)確性尚待考證。雖然fMRI 對(duì)預(yù)測(cè)MVI 提供了可靠的影像學(xué)依據(jù)，但其中一些技術(shù)對(duì)設(shè)備和患者的要求較高，較長(zhǎng)的操作時(shí)間及呼吸、胃腸蠕動(dòng)等偽影的存在使fMRI常規(guī)應(yīng)用于肝臟疾病受限。

3 fMRI對(duì)HCC分子病理相關(guān)因子表達(dá)的評(píng)估

HCC 是具有組織學(xué)、遺傳畸變和蛋白質(zhì)表達(dá)異質(zhì)性的腫瘤，可根據(jù)轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征分為許多分子亞型[37]，HCC 分子病理特征改變有促腫瘤的微血管生成、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的功能，術(shù)前通過(guò)影像檢查預(yù)測(cè)與HCC 侵襲性相關(guān)的分子病理相關(guān)因子有助于HCC早期的診斷和提供相應(yīng)的靶向治療。

角蛋白位于上皮細(xì)胞胞漿中，是構(gòu)成細(xì)胞骨架的一類中間絲狀物。肝祖細(xì)胞可以分化為肝細(xì)胞或膽管細(xì)胞，并表達(dá)特異性標(biāo)志物如上皮細(xì)胞黏附分子和細(xì)胞角蛋白（cytokeratin 19, CK19）[38]。既往研究證實(shí)CK19 陽(yáng)性HCC 侵襲性高，對(duì)放化療有耐藥性，并在肝切除術(shù)或肝移植術(shù)后預(yù)后差，有較高的復(fù)發(fā)率及轉(zhuǎn)移率[39-40]；有學(xué)者認(rèn)為CK19 陽(yáng)性HCC 與血清甲胎蛋白（AFP）升高（≥400 ng/mL）相關(guān)[41]，這同樣提示著預(yù)后不良。因此術(shù)前預(yù)測(cè)CK19的表達(dá)對(duì)HCC患者的治療和預(yù)后有重要意義。一些研究者認(rèn)為在Gd-EOB-DTPA 增強(qiáng)MRI 中，HBP 期腫瘤不規(guī)則邊緣、動(dòng)脈期邊緣強(qiáng)化、較低的腫瘤/肝臟ADC比值和腫瘤/肝臟SI比值是預(yù)測(cè)CK19陽(yáng)性HCC的定性指標(biāo)[42]。Guo等[43]評(píng)估和比較了從DWI、IVIM-DWI、SEM、DKI和分?jǐn)?shù)階微積分（fractional order calculus, FROC）中獲得的各種參數(shù)值術(shù)前預(yù)測(cè)CK19 表達(dá)的有效性。在所有個(gè)體參數(shù)中，HCC 患者CK19 陽(yáng)性的ADC、DDC、Dt、Dp、AD 和D 值明顯低于CK19 陰性的HCC，但FROC 衍生空間分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)（β）值顯著高于CK19 陰性組，其中AD 值在區(qū)分CK19陽(yáng)性和陰性方面表現(xiàn)出最好的診斷性能。由于來(lái)自細(xì)胞數(shù)量相關(guān)（AD 值）、血管灌注（Dp 值）和微觀結(jié)構(gòu)異質(zhì)性（β 值）的不同生物學(xué)信息可以反映腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移和侵襲引起的不同組織特性，所以結(jié)合β、Dp和AD值建立診斷模型較所有個(gè)體參數(shù)而言有更好的診斷效果。

Glypican-3（GPC3）是通過(guò)糖基磷脂酰肌醇錨定附著在細(xì)胞膜上的癌胚蛋白多糖，GPC3在人類胚胎中廣泛表達(dá)，但在健康成年人肝臟中不表達(dá)，與正常肝臟和非腫瘤性肝病相比，HCC細(xì)胞中GPC3表達(dá)顯著升高[44]。研究發(fā)現(xiàn)GPC3主要通過(guò)經(jīng)典WNT信號(hào)通路影響和刺激HCC的發(fā)生和發(fā)展，GPC3的高表達(dá)是HCC患者根治性肝切除術(shù)后預(yù)后不良的重要因素[45]，GPC3既可以作為HCC 的分子標(biāo)志物，也可成為HCC 治療干預(yù)的靶點(diǎn)。由于GPC3 高表達(dá)可以促進(jìn)HCC 侵襲性發(fā)展，因此GPC3 陽(yáng)性HCC 的早期識(shí)別對(duì)治療選擇和預(yù)后評(píng)估極為重要。Zhao 等[46]研究認(rèn)為血清AFP＞20 ng/mL 以及從DWI 直方圖得出的低于75% ADC 值有助于預(yù)測(cè)GPC3 陽(yáng)性HCC，而且他們認(rèn)為GPC3 陽(yáng)性HCC 更容易出現(xiàn)MVI。還有Chen 等[47]認(rèn)為基于最小二乘法估計(jì)和不對(duì)稱回波迭代分解水和脂肪的脂肪成像（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least squares estimation,IDEAL-IQ）得出R2*值可以在術(shù)前檢測(cè)GPC3的表達(dá)，達(dá)到對(duì)HCC免疫治療的指導(dǎo)作用。

CK19 及GPC3 陽(yáng)性是HCC 預(yù)后重要的分子病理表達(dá)，雖然fMRI 成為術(shù)前預(yù)測(cè)HCC 分化及腫瘤細(xì)胞侵襲性的一種新方式，但事實(shí)上目前大多都是小樣本量、單中心以及回顧性研究，MRI 參數(shù)與分子病理相關(guān)因子的相關(guān)性機(jī)制尚未清楚，還需要大樣本、聯(lián)合多學(xué)科或影像組學(xué)、人工智能等方法進(jìn)一步探索和驗(yàn)證。

4 總結(jié)和展望

探索HCC 生物學(xué)行為的無(wú)創(chuàng)影像評(píng)價(jià)體系是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)診療和提高預(yù)后的關(guān)鍵所在。既往研究得知fMRI參數(shù)與HCC異質(zhì)性相關(guān)，應(yīng)用fMRI 可以對(duì)HCC 組織分化程度及分子病理特征進(jìn)行多層面的可視化、定量化評(píng)估，其影像征象和相關(guān)參數(shù)在評(píng)估生物學(xué)行為中有較高的敏感性和特異性，具有良好的應(yīng)用前景，不僅可以為臨床提供個(gè)性化治療方案，甚至可以延長(zhǎng)HCC 患者生存期。但目前大多數(shù)研究處于科研階段，仍存在差異性的研究方法和欠規(guī)范化操作流程等問(wèn)題，在未來(lái)具體實(shí)踐中需要有規(guī)范化及統(tǒng)一化的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，能多方面聯(lián)合診斷，為臨床提供可靠的影像學(xué)依據(jù)。相信在不久的將來(lái)，fMRI能在評(píng)估HCC生物學(xué)行為中廣泛應(yīng)用。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。