肺癌患者化療前后腦脊液容量的變化及其臨床意義

趙秋月，梁雪，榮萍，陳文倩，馬一鳴，韓小偉

0 前言

肺癌（lung cancer, LC）是患病率及死亡率均位居全球首位的癌癥[1-2]。近年來，隨著人口老齡化的發(fā)展以及生活環(huán)境的改變，我國LC患者逐年增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)2020年我國因LC死亡的人數(shù)高達(dá)81萬，占全球LC 死亡人數(shù)的40%[3]。預(yù)估到2025 年，我國每年將有一百萬人死于LC[4]。

除呼吸系統(tǒng)的癥狀外，多項(xiàng)神經(jīng)影像學(xué)研究發(fā)現(xiàn)LC及化療可導(dǎo)致患者多個(gè)腦區(qū)的結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生異常改變[5-6]。一項(xiàng)橫斷面研究顯示，LC 患者大腦左側(cè)楔前葉及右側(cè)額上回等腦區(qū)的皮層厚度和灰質(zhì)體積顯著減小[7]。LIU 等[8]和SIMó 等[9]的研究證明，化療前后LC患者大腦白質(zhì)纖維微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的紊亂。此外，與健康對照（healthy control, HC）組相比，LC患者腦功能網(wǎng)絡(luò)連接減少，并且化療后的LC患者降低程度更加顯著[10]。上述研究利用MRI 神經(jīng)影像學(xué)分析方法證明LC及化療造成患者大腦異常的神經(jīng)影像學(xué)表現(xiàn)，但是目前尚缺乏具體研究來定量探討LC 患者化療前后腦脊液（cerebrospinal fluid,CSF）容量的改變，因此本研究結(jié)合橫向以及縱向分析方法，探討LC及化療對患者顱內(nèi)CSF容量的影響。

1 材料與方法

1.1 研究對象

在橫斷面研究中，回顧性分析2019 年5 月至2021 年12 月期間于我院就診的151 例LC 患者病例，其中38 例已接受化療的肺癌（chemotherapy lung cancer, CLC）患者為CLC 組，113 例未接受化療的肺癌（non-chemotherapy lung cancer, NCLC）患者為NCLC 組，同時(shí)招募年齡、性別以及學(xué)歷均相互匹配的HC 39 例為HC 組。LC 診斷及分型依據(jù)金標(biāo)準(zhǔn)病理結(jié)果。LC 患者和HC 的共同納入標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）年齡＜80 歲；（2）無精神疾病及精神類藥物使用史；（3）顱腦MRI檢查未發(fā)現(xiàn)腦器質(zhì)性病變及明顯的腦萎縮；（4）慢性缺血缺氧性改變Fazekas 分級＜2 級；（5）右利手。三組受試者的排除標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）LC 患者發(fā)生癌癥腦轉(zhuǎn)移；（2）CLC 患者行非鉑化療?？v向研究中，回顧性分析在2020 年7 月至2022 年1 月期間收治本院的另外20 例LC 患者病例，且與橫斷面研究受試者無重復(fù)，其納排除標(biāo)準(zhǔn)同橫斷面研究。該20 例患者先后在一年內(nèi)進(jìn)行兩次相同的顱腦MRI掃描，并且其中有5例患者經(jīng)歷3次掃描，2例患者接受4次掃描，1例患者共接受5次掃描。

本研究遵守《赫爾辛基宣言》，并經(jīng)南京大學(xué)附屬鼓樓醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，免除受試者知情同意，批準(zhǔn)文號：2020-379-01。

1.2 研究方法

1.2.1 臨床基本信息、癌癥相關(guān)數(shù)據(jù)采集

回顧性分析所有受試者包括年齡、性別、學(xué)歷在內(nèi)的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息，并記錄LC 患者癌癥相關(guān)臨床資料，包括病理類型、臨床分期、化療方案及療程、腫瘤大小等。

1.2.2 MRI數(shù)據(jù)采集

使用飛利浦 Ingenia CX 3.0 T 磁共振儀并配有32 通道dStream 頭部相控陣線圈對受試者行顱腦MRI掃描。掃描3D快速擾相梯度回波序列，采集受試者顱腦3D-T1WI 高分辨率結(jié)構(gòu)像。掃描參數(shù)如下：TR 6.6 ms，TE 3.0 ms，翻轉(zhuǎn)角8°，F(xiàn)OV 250 mm×250 mm，矩 陣250×250，體 素 大 小1 mm×1 mm×1 mm，無間隔，信號激勵(lì)次數(shù)1。

1.2.3 圖像處理

使用聯(lián)影智能腦容量測量軟件對3D-T1WI 顱腦MRI 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖像處理步驟如下：（1）圖像灰度自適標(biāo)準(zhǔn)化；（2）頭骨剝離。經(jīng)過上述分析后，計(jì)算獲得受試者全腦容積（腦灰質(zhì)、白質(zhì)及顱內(nèi)腦脊液容積總和）、顱內(nèi)CSF 總量，各亞區(qū)（外周、第三腦室、第四腦室、左側(cè)及右側(cè)側(cè)腦室、側(cè)腦室下角）CSF 容量以及側(cè)腦室脈絡(luò)叢體積，腦脊液及脈絡(luò)叢位置示意見圖1。為避免全腦容積差異造成的結(jié)果偏差，本研究使用相對CSF容量進(jìn)行后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析，公式如下：

1.2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 對人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息及臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，橫斷面研究中，計(jì)量資料使用單因素方差分析，計(jì)數(shù)資料使用卡方檢驗(yàn)比較組間差異，P＜0.05 認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示計(jì)量資料，以例（%）表示計(jì)數(shù)資料。

橫斷面研究中，滿足方差齊性的CSF指標(biāo)使用單因素方差分析比較組間差異，并使用最小顯著差異法（least significant difference, LSD）進(jìn)行事后檢驗(yàn)，對不滿足方差齊性的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后若滿足方差齊性則使用上述方法進(jìn)行分析，否則使用非參數(shù)檢驗(yàn)比較組間差異。對于有顯著組間差異的CSF指標(biāo)，分別在CLC和NCLC患者組與其癌癥相關(guān)臨床資料（臨床分期、化療周期、腫瘤大?。┻M(jìn)行相關(guān)性分析?？v向分析中，兩次隨訪CSF容量差值若滿足正態(tài)分布則使用配對t檢驗(yàn)比較差異性，否則進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后仍不滿足者則使用非參數(shù)檢驗(yàn)法。將顯著變化的CSF 指標(biāo)和隨訪時(shí)間間隔進(jìn)行相關(guān)性分析。上述分析中，P＜0.05 認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息、癌癥相關(guān)臨床數(shù)據(jù)

橫斷面研究中，NCLC組113例，CLC組38例，HC組39 例；縱向研究中LC 患者20 例。受試者的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征、 癌癥相關(guān)臨床資料分析結(jié)果見表1、2。橫斷面研究中，三組受試者的年齡、性別及受教育年限相互匹配（P＞0.05）。LC 患者的主要病理分型為腺癌和鱗癌。

表1 橫斷面研究人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征、肺癌相關(guān)臨床資料Tab.1 Demographic characteristics and clinical data related to lung cancer in the cross-sectional study

表2 縱向研究人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征、肺癌相關(guān)臨床資料Tab.2 Demographic characteristics and clinical data related to lung cancer in the longitudinal study

2.2 橫斷面研究

單因素方差分析結(jié)果顯示，三組受試者的第三腦室（F=5.418，P=0.005）、右側(cè)側(cè)腦室（F=3.953，P=0.021）CSF 容量以及右側(cè)側(cè)腦室脈絡(luò)叢（F=7.913，P=0.001）體積存在顯著組間差異。LSD 事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，NCLC 以及CLC 組的第三腦室、右側(cè)側(cè)腦室CSF 相對容量以及右側(cè)側(cè)腦室脈絡(luò)叢相對體積均顯著高于HC組（P＜0.05），而NCLC 和CLC 組無組間差異（P＞0.05），見圖2。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，在CLC組中，腫瘤大小與第三腦室CSF相對容量呈正相關(guān)關(guān)系（r=0.329，P=0.044），而在NCLC組中，兩者間相關(guān)性并不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（r=0.019，P=0.842），見圖3。

圖2 腦脊液相對容量組間差異比較。NCLC 或者CLC 組患者第三腦室腦脊液相對容量（2A）、右側(cè)側(cè)腦室腦脊液相對容量（2B）、右側(cè)側(cè)腦室脈絡(luò)叢相對體積（2C）顯著高于HC 組。*表 示P＜0.05；**表 示P＜0.001；NCLC：未接受化療的肺癌患者；CLC：已接受化療的肺癌患者；HC：健康對照。Fig.2 Comparison of the relative capacity of cerebrospinal fluid (CSF)among groups.The relative capacity of CSF in the third ventricle (2A) and the right ventricle (2B) and the relative volume of choroid plexus in the right ventricle (2C) of NCLC or CLC patients are significantly higher than those of HC.* means P＜0.05; ** means P＜0.001;NCLC: non-chemotherapy lung cancer; CLC: chemotherapy lung cancer; HC: healthy control.

圖3 腫瘤大小和第三腦室CSF 相對容量的相關(guān)性。3A：CLC 患者組中，腫瘤大小和第三腦室CSF 相對容量間的相關(guān)性；3B：NCLC 患者組中，腫瘤大小和第三腦室CSF 相對容量間的相關(guān)性。CSF：腦脊液；CLC：已接受化療的肺癌患者；NCLC：未接受化療的肺癌患者。Fig.3 Correlation between tumor size and the relative capacity of cerebrospinal fluid (CSF) in the third ventricle.3A: The correlation between tumor size and the relative capacity of CSF in the third ventricle in chemotherapy lung cancer (CLC) patients; 3B: The correlation between tumor size and the relative capacity of CSF in the third ventricle in non-chemotherapy lung cancer (NCLC) patients.

2.3 縱向研究

配對t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，與首次行顱腦MRI 掃描時(shí)相比，LC患者顱內(nèi)CSF總量（t=2.228，P=0.038）、外周CSF 相對容量（t=2.243，P=0.037）以及左側(cè)側(cè)腦室CSF 相對容量（t=2.456，P=0.024）均顯著增加。并且相關(guān)性分析結(jié)果顯示，兩次掃描的CSF 總量（r=0.477，P=0.034）、外周CSF 相對容量（r=0.512，P=0.021）以及左側(cè)側(cè)腦室外周CSF相對容量（r=0.492，P=0.027）差值與隨訪時(shí)間間隔之間呈顯著的正相關(guān)性，見圖4。

圖4 隨訪時(shí)間間隔和腦脊液相對容量改變的相關(guān)性。4A～4C 分別為肺癌患者中，隨訪時(shí)間間隔分別和腦脊液總量相對容量（4A）、外周腦脊液相對容量（4B）以及左側(cè)側(cè)腦室腦脊液相對容量（4C）改變間的相關(guān)性。Fig.4 Correlations between follow-up time interval and changes of the relative capacity of cerebrospinal fluid(CSF) in lung cancer patients.4A-4C are correlations between follow-up interval and changes of the relative capacity of total CSF (4A), peripheral CSF (4B) and left lateral ventricular CSF (4C).

在長期縱向隨訪過程中，有5例LC患者行3次相同的顱腦MRI 掃描，2 例患者行4 次MRI 掃描，并且有1 例患者共經(jīng)5 次MRI 掃描。其相關(guān)CSF 指標(biāo)變化趨勢圖如圖5。

3 討論

本研究基于受試者顱腦3D-T1WI序列圖像，利用腦容量測量軟件定量分析其顱內(nèi)總CSF 以及各亞區(qū)CSF 容量。橫斷面研究中，比較CLC、NCLC 以及HC 三組各項(xiàng)CSF 指標(biāo)的差異，研究發(fā)現(xiàn)與HC 組相比，CLC和NCLC 組患者第三腦室、右側(cè)側(cè)腦室CSF 容量以及右側(cè)側(cè)腦室脈絡(luò)叢體積均顯著增加。并且在CLC 組中，腫瘤大小與第三腦室CSF容量之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系?？v向分析中比較LC患者前后兩次隨訪后各項(xiàng)CSF 指標(biāo)的變化，結(jié)果顯示，LC 患者在第二次隨訪后，顱內(nèi)CSF總量、外周CSF以及左側(cè)側(cè)腦室CSF容量顯著增加，并且兩次隨訪時(shí)間間隔與上述CSF指標(biāo)變化量間呈顯著正相關(guān)性。本研究創(chuàng)新性地提出并結(jié)合橫向和縱向分析方法，證明了LC 及癌癥化療對患者CSF 容量的影響，為LC 的預(yù)防、診斷以及治療提供了新的影像學(xué)方法，并且對指導(dǎo)癌癥化療進(jìn)程具有一定臨床意義。

3.1 CLC和NCLC患者CSF容量發(fā)生改變

與LV 等[11]的研究結(jié)果一致，本文中橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，CLC 和NCLC 患者第三腦室、右側(cè)側(cè)腦室CSF 容量以及右側(cè)側(cè)腦室脈絡(luò)叢體積較HC 組均顯著增加。近年來，隨著生物技術(shù)的高效發(fā)展，CSF 成分檢測常被用于追蹤腫瘤的進(jìn)展[12-13]。既往研究顯示，CSF 成分改變是LC 患者尤其是LC 伴腦膜轉(zhuǎn)移患者神經(jīng)系統(tǒng)的腫瘤標(biāo)記物之一[14-16]。腫瘤細(xì)胞可沿神經(jīng)軸擴(kuò)散進(jìn)入CSF，破壞中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system, CNS）微環(huán)境，損傷患者免疫系統(tǒng)進(jìn)而引起神經(jīng)炎癥[17-18]。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，LC 小鼠模型的CNS 中多種神經(jīng)炎癥因子顯著增加[19]。脈絡(luò)叢組織負(fù)責(zé)CNS中CSF 的產(chǎn)生，對神經(jīng)炎癥高度敏感[20]。炎癥反應(yīng)可以破壞脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞間的緊密連接蛋白，損傷血液-腦脊液屏障的完整性，從而引起CSF 微環(huán)境改變[21]。多項(xiàng)研究顯示CNS 炎癥反應(yīng)導(dǎo)致脈絡(luò)叢體積增加[22-23]，可能與免疫細(xì)胞進(jìn)入CNS 后對脈絡(luò)叢上皮產(chǎn)生繼發(fā)性浸潤有關(guān)[24]，同時(shí)CNS 炎癥反應(yīng)可引起脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞氧化損傷，線粒體功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致組織反應(yīng)性增大[25]。有報(bào)道稱炎癥反應(yīng)將使CSF 循環(huán)系統(tǒng)障礙，CSF 過量產(chǎn)生并且清除系統(tǒng)受損從而引起腦室改變[26-27]。根據(jù)上述理論機(jī)制，本研究中LC患者的癌細(xì)胞可能通過引發(fā)神經(jīng)炎癥反應(yīng)從而造成CSF 容量和脈絡(luò)叢體積改變。與既往研究結(jié)果不同[11]，本研究中CLC 和NCLC 兩組間上述各項(xiàng)CSF 指標(biāo)無顯著性差異，造成結(jié)果不一致的原因可能有以下兩點(diǎn)：（1）測量CSF容量的方法不同，本研究使用聯(lián)影智能腦容量測量軟件對受試者顱腦3D-T1WI 結(jié)構(gòu)像進(jìn)行預(yù)處理和定量分析，而LV等使用的是vol2Brain在線測量軟件，不同的測量方法可能會對結(jié)果產(chǎn)生一定影響；（2）癌癥化療周期不同，化療周期越長對患者神經(jīng)系統(tǒng)的影響越大[28]，這可能是導(dǎo)致本研究與既往研究不一致的原因之一。

3.2 CLC患者CSF容量和腫瘤大小的相關(guān)性

橫向研究中，相關(guān)性分析結(jié)果顯示，CLC 患者組中，腫瘤大小和第三腦室CSF容量間具有顯著的正相關(guān)性，即腫瘤尺寸越大，第三腦室CSF 容量越大。腫瘤大小是LC 分期的重要依據(jù)[29]，腫瘤較大者預(yù)后較差，并且術(shù)后復(fù)發(fā)的可能性較大[30-31]，據(jù)此推測其可能通過上述神經(jīng)炎癥機(jī)制對CNS產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響。此前多項(xiàng)研究闡述了腫瘤化療的神經(jīng)毒性理論[32-33]，化療藥物可通過與DNA相互作用、激活促炎細(xì)胞因子以及誘導(dǎo)氧化應(yīng)激等多種途徑導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡[34-36]。由于在NCLC 患者組中并未發(fā)現(xiàn)腫瘤大小和CSF 容量間的顯著相關(guān)性，因此推測化療可能進(jìn)一步加重腫瘤大小對LC患者CNS的影響。

3.3 縱向隨訪LC患者CSF容量的改變

縱向研究結(jié)果顯示，LC 患者顱內(nèi)CSF 總量、外周CSF以及左側(cè)側(cè)腦室CSF容量隨著隨訪間隔時(shí)間的延長逐漸增加，并且多次隨訪趨勢圖表明LC 患者CSF總量等指標(biāo)呈明顯上升趨勢。LC 是造成腦轉(zhuǎn)移癌的主要原發(fā)腫瘤之一，有報(bào)道稱23%～36%的LC 患者會發(fā)生CNS 轉(zhuǎn)移[17]，并且小細(xì)胞LC 患者中近60%的患者在兩年內(nèi)出現(xiàn)CNS侵犯[37]。既往研究提出檢測CSF流量及體積的改變可能作為監(jiān)測腦腫瘤發(fā)展的重要生物學(xué)技術(shù)[38]，由于此次試驗(yàn)招募的LC 患者暫未發(fā)生CNS 轉(zhuǎn)移，因此結(jié)合上述理論研究推測，測量LC 患者CSF 容量變化可能成為監(jiān)測腫瘤發(fā)展以及預(yù)防癌細(xì)胞侵犯CNS 的較為敏感的神經(jīng)影像學(xué)標(biāo)記。與既往利用CSF 遺傳學(xué)或細(xì)胞學(xué)檢測診斷LC 腦轉(zhuǎn)移等方法[39-41]相比較，本研究使用的MRI 神經(jīng)影像學(xué)定量分析CSF容量的方法創(chuàng)傷性更小，患者耐受性更高。

3.4 局限性

本研究尚存在以下局限性：（1）納入的樣本量偏小，可能造成研究結(jié)果偏倚，今后將招募更大樣本對本研究結(jié)果進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證；（2）本研究缺少認(rèn)知行為學(xué)指標(biāo)，未能說明腦形態(tài)學(xué)改變對行為學(xué)表現(xiàn)潛在的影響，之后的研究中將評估受試者的多項(xiàng)認(rèn)知功能；（3）缺乏完整的生物遺傳學(xué)數(shù)據(jù)，無法提供LC 患者神經(jīng)影像學(xué)改變的生物學(xué)機(jī)制，未來將考慮收集受試者的遺傳學(xué)數(shù)據(jù)，探索LC 及化療引起CSF 改變的生物學(xué)機(jī)制。

4 結(jié)論

綜上所述，本研究結(jié)合橫向和縱向分析方法，無創(chuàng)性評估和證明了LC 及化療導(dǎo)致患者多個(gè)腦室CSF容量以及脈絡(luò)叢體積顯著增加，并且化療后，腫瘤大小和第三腦室CSF 容量間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。本研究有助于加深LC以及癌癥化療對神經(jīng)系統(tǒng)影響的理解，對LC的預(yù)防和早期診斷具有一定臨床價(jià)值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：韓小偉醞釀和設(shè)計(jì)試驗(yàn)，對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱，獲得了國家自然科學(xué)基金的資助；趙秋月參與試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析和解釋本研究的數(shù)據(jù)，實(shí)施研究，統(tǒng)計(jì)分析，撰寫文章；梁雪、榮萍、陳文倩、馬一鳴參與設(shè)計(jì)試驗(yàn)，實(shí)施研究，采集數(shù)據(jù)，分析和解釋本研究的數(shù)據(jù)；全體作者均同意發(fā)表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負(fù)責(zé)，確保本研究的準(zhǔn)確性和誠信。