非小細胞肺癌CT值與免疫治療療效的相關性探討

霍雨華，張 強（通信作者），莊 翔，張明敏

（1包頭醫(yī)學院 內(nèi)蒙古 包頭 014040）

（2包頭市腫瘤醫(yī)院放射科 內(nèi)蒙古 包頭 014030）

肺癌是全球男性癌癥死亡原因的首位，在女性中排名第二[1]；非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）是其主要的類型，約占肺癌的85% ～90%[2]。癌細胞的糖酵解較為活躍，即使在有氧狀態(tài)下，腫瘤細胞也會優(yōu)先進行糖酵解，這就是著名的瓦博格（Warburg）效應，它不是通過產(chǎn)生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）通過更多的有氧氧化途徑為細胞生長提供能量[3-5]。腫瘤在生長中異常的微血管空間無序化會導致實體瘤的缺氧，限制了腫瘤進行氧化磷酸化的能力，糖酵解在復氧后持續(xù)存在，產(chǎn)生大量乳酸[6]。腫瘤細胞通過細胞膜上的質(zhì)子泵向細胞外分泌H+以逃避酸化，導致腫瘤酸性細胞微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）[7]。

PD-L1是目前應用最廣的免疫治療正性預測生物標志物[8]。腫瘤微環(huán)境乳酸的低pH值使免疫細胞凋亡，后者在腫瘤內(nèi)的分布不均，與PD-L1的表達不穩(wěn)定，引起非小細胞肺癌免疫治療療效的不確定性，臨床迫切需要影像學檢測微環(huán)境。CT值被定義為物質(zhì)衰減系數(shù)與水相比的相對值，可作為預測模型之一。CT紋理分析通過顯示瘤內(nèi)個別圖像元素的分布和強度來反應細胞亞群的不均勻分布，為免疫治療提供量化數(shù)據(jù)[9-10]。最近，越來越多的CT紋理分析或放射組學研究通過特定的影像學征象反映整個腫瘤來評估一些生物學事件，包括腫瘤細胞結(jié)構(gòu)、生長、壞死、腫瘤相關炎癥和血管生成，以指導臨床決策。這些生物事件均可反映腫瘤進展或?qū)γ庖邫z查點抑制劑（ICIs）的反應性[11-12]。如放射紋理Delta（DelRADx）模式可以預測非小細胞肺癌患者對ICI治療的反應和總生存期[13]。影像學檢查為無創(chuàng)性檢查，且圖像可以反映腫瘤內(nèi)、外環(huán)境的表現(xiàn)，因此不受采樣偏差的影響。目前尚未有使用CT值與整個腫瘤體積測定非小細胞肺癌酸化比率與免疫治療相關性的研究。本研究通過分析特定CT值相對范圍與免疫治療療效相關性，探索酸化TME對免疫治療的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年10月—2022年6月包頭市腫瘤醫(yī)院收治的非小細胞肺癌患者42例，其中男性35例，女性7 例?；颊吣挲g58～80歲，平均年齡（65.24±8.95） 歲。納入標準：①經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)肺部占位性病變，且經(jīng)病理組織活檢證實為非小細胞肺癌；②均為實體瘤并經(jīng)CT增強掃描，瘤體至少于5個層面（間隔5 mm，層厚5 mm）可見；③均接受免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors，ICIs）治療，遵循治療規(guī)范治療至少4周；④ 有完整的住院資料者。排除標準：①存在肺外原發(fā)惡性腫瘤病史；②存在活動性肺結(jié)核或其他肺部良性疾病；③未做兩次及以上增強掃描；④縱隔窗觀察腫瘤內(nèi)部存在大量鈣化；⑤縱隔窗觀察腫瘤內(nèi)部存在大量不規(guī)則支氣管及氣泡影；⑥碘過敏者。

1.2 方法

檢查設備采用飛利浦Brilliance CT（16排），掃描時間8.517 s，管電壓120 kV，管電流30 mA，層厚5 mm，間隔5 mm?；颊呶鼩夂笃翚鈷呙?，掃描范圍自胸廓入口至膈平面。平掃后，經(jīng)肘正中靜脈以1.5～2.0 mL/s速率注入碘佛醇65～75 mL，開始注入對比劑后50 s進行增強掃描。

1.2.1 勾畫感興趣區(qū)（region of interest，ROI）

ROI包括完整的單處原發(fā)病灶，酸化區(qū)域定義設定為CT值18～35 HU，為了避免酸化區(qū)域內(nèi)體素相差過大，均化物質(zhì)的密度造成誤差，選取平均差σ＜13 HU的區(qū)域。分別測量腫瘤第1～n層（腫瘤于n層可見）的面積Si與第1～n’層酸化區(qū)域的總面積△Si。為了避免部分容積均化效應，選擇層厚為5 mm的圖像，見圖1。

圖1 典型病例CT圖像

1.2.2 公式計算瘤體酸化比率（tumor acidification rate，TAR）

1.2.3 療效評價

療效評價依據(jù)免疫實體腫瘤療效評價（immune response evaluation criteria in solid tumor，iRECIST）標準，分為完全緩解（complete remission,CR）、部分緩解（partial response，PR）、穩(wěn)定（stable disease，SD）和進展（progressive disease，PD），如為未經(jīng)證實的進展（unconfirmed progressive disease，iUPD），則4～8周后復查再評估。

1.3 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)。符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差（）表示，采用t檢驗；不符合正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)（四分位間距）[P50（P25，P75）]表示，采用Kruskal-Wallis H非參數(shù)秩和檢驗。計數(shù)資料以頻數(shù)（n）、百分率（%）表示，采用χ2檢驗，2個等級資料組間比較用Mann-Whitney U檢驗，多個等級資料組間比較用Kruskal-Wallis H非參數(shù)秩和檢驗。等級資料相關性用Spearman相關性分析。用ROC曲線確定指標診斷截點并進行指標評價。圖形用Graphpad Prism 7.0軟件繪制。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 非小細胞肺癌患者增強CT縱隔窗表現(xiàn)

所測非小細胞肺癌瘤體內(nèi)反映為強化明顯區(qū)域扭曲的微血管、微血管瘺，強化區(qū)域增殖的瘤細胞，低強化的酸化區(qū)域，無強化的囊變壞死區(qū)域，見圖2。

圖2 典型病例CT圖像

2.2 不同療效組間的治療前酸化比率相關性分析及療效與酸化比率的相關性與PD-L1與療效的相關性強弱比較

PR組的酸化比率顯著低于PD、SD組（P＜0.01）。不同PD-L1組別間的療效經(jīng)Kruskal-Wallis H檢驗，差異顯著（P＜0.01），且隨著療效變好，PD-L1陽性越來越高，經(jīng)Spearman相關性分析，療效與酸化比率的相關性較PD-L1強（|r酸化比率|＞|PD-L1|），見表1。

表1 不同療效組間的治療前酸化比率比較

2.3 不同PD-L1組間的治療前酸化比率與療效的相關性分析

經(jīng)Spearman相關性分析，PD-L1陰性組的治療前酸化比率與療效間無顯著相關關系（P＞0.05），PD-L1在1%～49%組和≥50%組的治療前酸化比率與療效間呈負相關（P＜0.05），見表2及圖3。

表2 不同PD-L1組別間的治療前酸化比率與療效的相關性分析

圖3 不同PD-L1組間的治療前酸化比率與療效的相關性分析

2.4 不同療效組間的治療前后差值比較

不同療效組間治療前后酸化比率比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），且兩兩比較結(jié)果顯示，PR組的酸化比率差值顯著低于PD組，見表3。

表3 不同療效組間的治療前后差值比較

2.5 不同病理類型組間的療效比較

不同病理類型組間的療效比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞ 0.05），見表4。

表4 不同病理類型組間的療效比較[n（%）]

2.6 治療前酸化比率預測進展的診斷價值

判斷治療前的酸化比率指標是否發(fā)生進展，選擇ROC曲線分析。未進展組（PR和SD）的酸化比率為（16.219±15.311）%，進展組（PD）的酸化比率為（39.759±27.479）%，兩組間酸化比率經(jīng)Mann-Whitney U檢驗，差異有統(tǒng)計學意義（Z=-2.952，P=0.003）。治療前的酸化比率指標曲線下面積0.788，標準誤0.078，P=0.003，95%置信區(qū)間（0.635～0.940），表明治療前的酸化比率指標診斷疾病的診斷靈敏度為61.5%，特異度為93.1%，診斷截點為37.915%，見圖4。

圖4 治療前酸化比率預測進展的ROC曲線

3 討論

隨著以程序性死亡蛋白-1（programmed cell death-1，PD-1）/PD-L1抗體為代表的免疫檢查點抑制劑（ICIs）作為晚期和轉(zhuǎn)移性NSCLC治療方案被納入到美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）及歐洲腫瘤內(nèi)科學會（European Society for Medical Oncology，ESMO）指南[14-15]，免疫治療給眾多晚期NSCLC患者帶來了新的希望。

TME是免疫細胞和腫瘤細胞的復雜動態(tài)環(huán)境，免疫治療的耐藥主要取決于T細胞的耗盡[4]，重編程能量代謝是癌細胞最常見的特征之一[16]。TME的形成不僅關系到調(diào)控有氧糖酵解限速酶的癌基因與抑癌基因的過表達與低表達[17]，還與CAⅨ[18]和NHE-1[6]在腫瘤浸潤區(qū)的上調(diào)密切相關。乳酸水平在10 mM至40 mM之間時，酸化低于pH 6.5[19]，pH低于6.5將產(chǎn)生有害的影響[20]。隨著亞細胞結(jié)構(gòu)及功能調(diào)查的開展，腫瘤突變負荷（tumor mutational burden，TMB）、腫瘤淋巴細胞浸潤（tumor infiltrating lymphocyte，TLI）等成為新的免疫治療療效的預測因子[4,7,21]。目前影像學尚未有特定CT值相對范圍與免疫治療療效關系的詳細研究。

目前關于CT值研究方面，CT值作為非小細胞肺癌甲狀腺轉(zhuǎn)錄因子1表達狀態(tài)的預測指標之一[22]，作為預測模型判斷肺純磨玻璃結(jié)節(jié)為浸潤性[23]。Pamilo等[24]利用肝的CT值區(qū)別脂肪肝變性患者的輕度、中度、重度組：輕度脂肪肝組的CT值為39～60 HU，中度脂肪肝組的CT值為4～46 HU，重度脂肪肝組的CT值為6 ～16 HU。腫瘤酸化區(qū)域是瘤細胞有氧糖酵解產(chǎn)生乳酸所致[25]，在CT上表現(xiàn)為不同于囊變壞死的低密度區(qū)，通過計算TAR，特定CT值范圍，本研究發(fā)現(xiàn)瘤體內(nèi)酸化區(qū)域CT值為18～35 HU。

通過CT值檢測可以預測肺癌治療療效，肺癌的灌注值、血容量愈高，介入治療近期效果愈好[26]。本研究發(fā)現(xiàn)瘤內(nèi)低CT值酸化區(qū)域的NSCLC實體瘤TAR大于37.915%免疫治療效果較差，AUC為0.788，這與T細胞酸化有關[20]。

Ladwa等[9]曾通過CT紋理分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)納武利尤（Nivolumab）單抗治療獲得較好療效的患者CT掃描腫瘤病灶后顯示出相對均質(zhì)的較高密度影。本研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞增殖、微血管生成區(qū)域，酸化比率較低，CT值較高，PD-L1表達與療效呈正相關，在PD-L1表達1%～49%與 ≥50%組酸化比率與療效呈負相關，不同病理類型（腺癌/鱗癌）對免疫治療療效的預測無價值。

盡管PD-L1在腫瘤內(nèi)分布不均且表達不穩(wěn)定，PD-L1在一定程度上可結(jié)合酸化比率預測免疫治療療效。治療前后酸化比率的變化與療效有關，不同療效組間的治療前后差值比較，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），且兩兩比較結(jié)果顯示，PR組的酸化比率差值顯著低于PD組。這與PD組酸化成分增加，免疫細胞受酸性環(huán)境影響，ICIs無通過解除PD-1/PD-L1免疫檢查點對免疫細胞的抑制作用恢復T細胞對腫瘤的殺傷功能有關[27]。

免疫治療以增強T細胞應答為機制，療效受TME影響，當暴露于酸性環(huán)境時，T細胞和NK細胞等抗腫瘤效應物會失去功能，而TME使髓系細胞和調(diào)節(jié)性T細胞（Treg）等免疫抑制成分受益，阻斷抗腫瘤免疫反應[18-20,28]。通過分析治療前的酸化比率對是否發(fā)生進展的診斷價值，ROC曲線可以實現(xiàn)。在抗腫瘤T細胞應答的上游和下游成分（TMB、TLI等）被聚焦為有效的免疫治療療效預測因子的時代[29]，影像學是可以提供腫瘤酸化機制療效預測有效方法之一。