水通道蛋白MRI 在前列腺癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的價(jià)值及其與水通道蛋白1 的相關(guān)性研究

劉昀松，陳麗華，張欽和，王楠，武志剛，孫鵬，王家正，劉愛連，3

（1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011；2.飛利浦醫(yī)療，北京 100016；3.大連市醫(yī)學(xué)影像人工智能工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116011）

前列腺癌（Prostate cancer，PCa）是男性第二大常見的惡性腫瘤[1]，其死亡率占男性泌尿生殖系統(tǒng)腫瘤性疾病的97%以上[2]。近年來，我國PCa 的發(fā)病率呈逐年上升的趨勢[3]。Gleason 評(píng)分是預(yù)測PCa 進(jìn)展和預(yù)后的重要指標(biāo)之一，對(duì)治療方式的選擇起決定性作用[4]。根據(jù)2014 年國際泌尿病理學(xué)會(huì)指南，將PCa 分為高風(fēng)險(xiǎn)組（Gleason 評(píng)分≥4+3＝7）和低風(fēng)險(xiǎn)組（Gleason 評(píng)分≤3+4＝7）[5]。本研究擬采用基于多個(gè)超高b 值的水通道蛋白（AQP）MRI 序列對(duì)PCa 的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并探討其與水通道蛋白1（AQP1）的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批件號(hào)：PJKS-XJS-2021-20）。回顧性收集我院行3.0T MRI 檢查的可疑PCa 患者，依據(jù)Gleason 評(píng)分分為低風(fēng)險(xiǎn)組（Gleason 評(píng)分≤3+4＝7）和高風(fēng)險(xiǎn)組（Gleason 評(píng)分≥4+3＝7）。納入標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)后病理證實(shí)為PCa 者；②術(shù)前4 周內(nèi)行前列腺M(fèi)RI 檢查者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)RI 檢查前接受過前列腺手術(shù)、穿刺活檢或其他治療者；②MRI 圖像質(zhì)量不佳（信噪比低）或偽影重，影響觀察者；③切片免疫組化染色不滿意者。最后入組：PCa 患者43例，年齡為56～87歲，平均（71.07±7.20）歲。其中高風(fēng)險(xiǎn)組26例，年齡61～87歲，平均（72.62±6.63）歲；低風(fēng)險(xiǎn)組17例，年齡56～79歲，平均（68.71±7.58）歲。出入組流程見圖1。記錄臨床資料，詳見表1。

表1 基本臨床資料

1.2 MRI 掃描

使用3.0T MR（Signa HDxt，GE Medical Systems，USA）掃描儀，采用16 通道腹部線圈。檢查前禁食禁水4 h。MRI 序列包括：常規(guī)軸位T1WI、T2WI、DWI（b=0、1 000 s/mm2）及超高b 值DWI（b=2 000 s/mm2、3 000 s/mm2、4 000 s/mm2）序列（AQP MRI），具體掃描參數(shù)見表2。

表2 各序列掃描參數(shù)

1.3 AQP 檢測

1 名有1 年免疫組化實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的研究生采用AQP1 抗體等試劑，對(duì)納入的PCa 組織的石蠟切片（由1 名具有10 年病理蠟塊切片經(jīng)驗(yàn)的病理科醫(yī)師制成4 μm 切片）進(jìn)行AQP1 檢測。

1.4 圖像處理

掃描后圖像導(dǎo)入Philips ISP V10 工作站，通過后處理將DWI（0、1 000 s/mm2）生成ADC 圖、超高b值DWI（2 000 s/mm2、3 000 s/mm2、4 000 s/mm2）圖像擬合得到AQP-ADC 圖。DWI 及超高b 值DWI 成像公式分別為[6]：S/S0=exp（-b×ADC），b=0、1 000 s/mm2；S/S0=exp（-b×ADC），b≥2 000 s/mm2。

由2 名觀察者（分別具有6 年及2 年前列腺M(fèi)RI 閱片經(jīng)驗(yàn)）獨(dú)立進(jìn)行測量。參照T2WI 及DWI 圖像確定病灶的最大層面，在DWI、超高b 值DWI 圖像上沿病灶邊緣勾畫感興趣區(qū)（Region of interest，ROI），同時(shí)避開出血、壞死、囊變區(qū)，使ROI 面積覆蓋病灶實(shí)性區(qū)域，ROI 自動(dòng)匹配于同一層面的ADC圖及AQP-ADC 圖上，得到平均ADC 值、AQP-ADC值（圖2）。

顯微鏡下觀察PCa 組織的AQP1 染色情況，放大倍數(shù)選擇200 倍鏡（圖3）。隨后運(yùn)用ImageJ 圖像分析軟件，計(jì)算PCa 組織的AQP1-平均光密度（AOD）值（積分光密度值與視野下陽性部分面積的比值）。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 軟件、MedCalc 軟件和Graph-Pad Prism 8 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（Intra-class correlation coefficients，ICC）評(píng)價(jià)兩名觀察者間測量數(shù)據(jù)的一致性，ICC<0.40 為一致性差，0.40～<0.75 為一致性中等，≥0.75 為一致性好。一致性好，取兩名觀察者測量值的平均值進(jìn)行后續(xù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，否則用中位數(shù)（四分位數(shù)間距）（M（P25，P75））進(jìn)行表示，方差為標(biāo)準(zhǔn)差的平方（s2），反映數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)或非參數(shù)Mann-Whitney U 檢驗(yàn)對(duì)兩組間數(shù)據(jù)的差異性進(jìn)行分析；并計(jì)算方差評(píng)估數(shù)據(jù)與其平均值的離散程度。采用線性回歸分析分別計(jì)算回歸系數(shù)β（即相關(guān)系數(shù)r）及決定系數(shù)R2，用于評(píng)估ADC 值、AQP-ADC 值與AQP1-AOD 值之間的相關(guān)性及模型擬合程度，0～<0.2為相關(guān)性極弱，0.2～<0.4 為相關(guān)性弱，0.4～<0.6 為相關(guān)性中等，0.6～<0.8 為相關(guān)性強(qiáng)，0.8～1.0 為相關(guān)性極強(qiáng)。采用Cocor 分析比較相關(guān)性間的差異性[7]。采用多因素Logistic 回歸分析探討總前列腺特異性抗原（Total prostate specific antigen，tPSA）、AQP-ADC 和ADC 對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)PCa 的影響。另外，采用受試者工作特征（Receiver operator characteristic，ROC）曲線分析ADC 值、AQP-ADC 值及AQP1-AOD 值對(duì)PCa 風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估的效能。采用Delong 檢驗(yàn)比較ROC 曲線下面積（Area under the curve，AUC）的差異。采用最大約登指數(shù)計(jì)算各參數(shù)評(píng)估高風(fēng)險(xiǎn)PCa 的閾值及特異度、敏感度；并采用配對(duì)卡方檢驗(yàn)比較ADC 值、AQP-ADC 值的敏感度、特異度的差異性。P<0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 臨床資料結(jié)果

高、低風(fēng)險(xiǎn)組年齡間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.08）。高風(fēng)險(xiǎn)組tPSA 顯著高于低風(fēng)險(xiǎn)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）（表1）。

2.2 不同風(fēng)險(xiǎn)組PCa 的AQP1-AOD 值比較

高風(fēng)險(xiǎn)組的AQP1-AOD 值（（0.33±0.03）mm2/s）高于低風(fēng)險(xiǎn)組（（0.29±0.02）mm2/s），差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）（圖4）。

2.3 兩名觀察者間數(shù)據(jù)測量的一致性

兩名觀察者對(duì)兩組病灶的ADC 值、AQP-ADC值測量的一致性好（ICC>0.75，P<0.01）（表3）。

表3 兩名觀察者間測量數(shù)值的一致性檢驗(yàn)

2.4 不同風(fēng)險(xiǎn)組PCa 的ADC 值、AQP-ADC 值比較

高風(fēng)險(xiǎn)組的AQP-ADC 值高于低風(fēng)險(xiǎn)組，ADC值低于低風(fēng)險(xiǎn)組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01），AQP-ADC 值的方差明顯小于ADC 值的方差，AQPADC 值離散程度更?。ū? 及圖5）。

表4 兩組ADC 值、AQP-ADC 值比較

2.5 ADC 值、AQP-ADC 值與AQP1-AOD 值的相關(guān)性分析

ADC 值、AQP-ADC 值與AQP1-AOD 值的相關(guān)系數(shù)分別為-0.34 和0.44（P 均<0.01），決定系數(shù)R2分別為0.11 和0.20（圖6）；ADC 值、AQP1-AOD 值間的相關(guān)系數(shù)與AQP-ADC 值、AQP1-AOD 值間的相關(guān)系數(shù)的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.60），但AQPADC 值與AQP1-AOD 值的模型擬合度優(yōu)于ADC 值與AQP1-AOD 值的模型擬合度。

2.6 多因素Logistic 回歸分析

ADC 值、AQP-ADC 值是高風(fēng)險(xiǎn)PCa 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素（P<0.05），tPSA 不是高風(fēng)險(xiǎn)PCa 獨(dú)立危險(xiǎn)因素（P＝0.20）（表5）。

表5 多因素Logistic 回歸分析高風(fēng)險(xiǎn)PCa 的影響因素

2.7 ADC 值、AQP-ADC 值及AQP1-AOD 值評(píng)估PCa風(fēng)險(xiǎn)性的效能分析

AQP-ADC 值的AUC 大于ADC 值的AUC，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.29）。AQP-ADC 值在評(píng)估PCa高低風(fēng)險(xiǎn)組中的敏感度、特異度均高于ADC值，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均為P＝1，χ2=0）（表6，圖7）。

表6 ADC 值、AQP-ADC 值及AQP1-AOD 值評(píng)估高風(fēng)險(xiǎn)PCa 的診斷效能

3 討論

PCa 的診斷主要依靠直腸超聲（TRUS）引導(dǎo)下的前列腺穿刺活檢，但其準(zhǔn)確率僅為40%，漏診的風(fēng)險(xiǎn)較高[8]。而活檢是有創(chuàng)性的，且往往由于取材局限導(dǎo)致Gleason 評(píng)分不夠準(zhǔn)確[9-10]。MRI 具有較高的軟組織分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)多方位、多序列成像，隨著MRI 技術(shù)的發(fā)展，其在前列腺病變的診斷中發(fā)揮著越來越重要的作用。

在Gleason 評(píng)分為3+4=7 與4+3=7 的疾病中，具有小范圍（<5%）和更大范圍模式4 的癌癥可能需要不同的治療方式，而Gleason 評(píng)分=3+3=6 與Gleason 評(píng)分=3+4=7 的患者的預(yù)后相近，且明顯優(yōu)于Gleason 評(píng)分≥4+3=7 的患者[11]，故本研究根據(jù)Gleason 評(píng)分將PCa 分為低風(fēng)險(xiǎn)組（Gleason 評(píng)分≤3+4=7）和高風(fēng)險(xiǎn)組（Gleason 評(píng)分≥4+3=7），并對(duì)其進(jìn)行定量評(píng)估。

除此之外，年齡和tPSA 也可能與PCa 的風(fēng)險(xiǎn)性有關(guān)。王功偉等[12]研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增加，Gleason 評(píng)分呈上升趨勢；Billis等[13]則認(rèn)為年齡與Gleason 評(píng)分間沒有明確的相關(guān)性。血清tPSA 是臨床上進(jìn)行PCa 篩查時(shí)常用的化驗(yàn)指標(biāo)。有研究[14-16]發(fā)現(xiàn)，PCa 患者的Gleason 評(píng)分與tPSA 值呈顯著正相關(guān)。本研究中tPSA 在不同PCa 風(fēng)險(xiǎn)組的水平差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但并不是高風(fēng)險(xiǎn)PCa 的獨(dú)立影響因素。

隨著Gleason 評(píng)分的增大，前列腺的正常腺體破壞、水分減少，腫瘤細(xì)胞越密集，水分子擴(kuò)散越受限，ADC 值降低[17]，理論上可以據(jù)此來評(píng)估PCa 的Gleason 評(píng)分。Boesen等[18]研究顯示ADC 對(duì)評(píng)估PCa的Gleason 評(píng)分具有一定的價(jià)值。但溫茹等[19]研究顯示不同Gleason 評(píng)分PCa 的ADC 值間存在著一定的重疊。傳統(tǒng)DWI 序列在Gleason 評(píng)分中仍有一定的局限性。

Agre等[20]于1993 年發(fā)現(xiàn)了AQP，證明了水分子通過細(xì)胞膜主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的方式進(jìn)出細(xì)胞。AQP 廣泛存在于人體組織細(xì)胞中，參與水分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。前列腺作為男性特有的性腺器官，有較為豐富的AQP分布。本研究通過免疫組化證明高風(fēng)險(xiǎn)PCa 組的AQP1-AOD 值高于低風(fēng)險(xiǎn)PCa組，說明高風(fēng)險(xiǎn)PCa組的AQP1 較低風(fēng)險(xiǎn)組過表達(dá)，盛華均等[21]在高、低級(jí)別星形細(xì)胞瘤的研究中得到了類似結(jié)果。因此，AQP1 可能成為評(píng)估PCa 高、低風(fēng)險(xiǎn)潛在的生物學(xué)標(biāo)志物。尋找到一種無創(chuàng)、準(zhǔn)確反映前列腺AQP1 表達(dá)水平的技術(shù)，對(duì)PCa 風(fēng)險(xiǎn)性的評(píng)估具有重要的臨床意義。

郭啟勇等[22]通過對(duì)富含AQP 的紅細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了超高b 值（1 700 s/mm2、2 000 s/mm2、2 500 s/mm2、3 000 s/mm2、3 500 s/mm2、4 000 s/mm2、4 500 s/mm2）成像對(duì)于分子水平AQP 檢測的可能性。該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果顯示，低b 值（0～200 s/mm2）下的ADC 值主要反映組織微循環(huán)的灌注，中b 值（300～1 500 s/mm2）下的ADC 值則主要反映的是組織細(xì)胞外間隙、細(xì)胞內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，高b 值（≥1 700 s/mm2）下的ADC 值很可能反映的是細(xì)胞AQP 分子的表達(dá)水平，也就是跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)這一部分水分子的彌散水平。

本研究中，常規(guī)DWI 包含了b 值為0，主要反映了單指數(shù)模型下組織微循環(huán)灌注及傳統(tǒng)意義的水分子彌散水平，而超高b 值DWI 序列則未包括b 值為0 及傳統(tǒng)高b 值部分，剔除了微循環(huán)灌注及細(xì)胞內(nèi)外水分子彌散的貢獻(xiàn)。本文專門對(duì)超高b 值區(qū)間（b=2 000 s/mm2、3 000 s/mm2、4 000 s/mm2）模型即水分子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)行研究。

AQP-ADC 值和AQP1-AOD 值間的相關(guān)系數(shù)與ADC 值和AQP1-AOD 值間的相關(guān)系數(shù)無差異，但AQP-ADC 值與AQP1-AOD 值的線性相關(guān)模型中決定系數(shù)R2值更大，顯示兩者的擬合度更好，說明AQP-ADC 更能反映AQP1 的表達(dá)。高風(fēng)險(xiǎn)PCa的AQP1 表達(dá)水平高，導(dǎo)致水分子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)效率高，而AQP-ADC 反映了水分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)能力[6]，AQP-ADC 值也就更高，因此AQP1 與AQP-ADC 值之間呈正相關(guān)。高風(fēng)險(xiǎn)PCa 的AQP1 表達(dá)水平更高，跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的水分子增多，此部分水分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)傳統(tǒng)DWI 序列不能檢出，但由于更多跨膜到細(xì)胞外的水分子擴(kuò)散受限減輕，導(dǎo)致ADC 值降低，故ADC值與AQP1 表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。

本研究結(jié)果顯示高風(fēng)險(xiǎn)組的AQP-ADC 值高于低風(fēng)險(xiǎn)組，ADC 值低于低風(fēng)險(xiǎn)組，兩者評(píng)估PCa 風(fēng)險(xiǎn)性的效能無差異。但AQP-ADC 值較ADC 值的方差明顯小，說明其數(shù)據(jù)的離散程度更小，能夠?qū)Ca風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行更穩(wěn)定的評(píng)估。

本研究的局限性：①本文屬于回顧性研究，樣本量較小，未能應(yīng)用最新的Gleason 5 級(jí)評(píng)分系統(tǒng)（Gleason 評(píng)分≤6、Gleason 評(píng)分=3+4＝7、Gleason 評(píng)分=4+3＝7、Gleason 評(píng)分=8 和Gleason 評(píng)分=9～10）[23]進(jìn)行分組，有待擴(kuò)大樣本量后進(jìn)行更加細(xì)致的研究；②目前的AQP MRI 僅能非特異性的反映AQP 的表達(dá)水平，不能針對(duì)特定的AQP 亞型進(jìn)行成像。

綜上所述，基于多個(gè)超高b 值的AQP MRI 能夠較好地評(píng)估PCa 的風(fēng)險(xiǎn)性，AQP-ADC 值較ADC值能更好地反映AQP1 的表達(dá)，為PCa 的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了一個(gè)新思路。