基于CESM影像與病理指標(biāo)預(yù)測乳腺癌HER-2和Ki-67表達的價值

陳軍, 李慶榮, 劉寧, 楊光, 華蓓, 王勇, 全冠民

乳腺癌已超過肺癌成為世界上最常見的惡性腫瘤,2020年全球新增病例230萬例,死亡68.5萬例[1]。隨著個性化精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展,腫瘤生物標(biāo)志物檢測在臨床診療方面發(fā)揮著越來越重要的作用,其中人類表皮生長因子受體2(human epidermal growth factor receptor-2,HER-2)和腫瘤細胞增殖指數(shù)Ki-67與乳腺癌的生長、發(fā)展息息相關(guān),其表達水平越高,腫瘤侵襲性越強,轉(zhuǎn)移風(fēng)險越高,預(yù)后越差[2,3]。目前Ki-67、HER-2等表達水平的檢測主要通過對活檢或術(shù)后病理標(biāo)本進行免疫組織化學(xué)染色顯示。乳腺癌是一種高度異質(zhì)性腫瘤,活檢或手術(shù)取樣屬于侵入性操作,難以全面地反應(yīng)腫瘤內(nèi)部的異質(zhì)性,可能存在抽樣誤差,影響結(jié)果的準(zhǔn)確性,因此臨床亟須一種早期、有效、簡便的檢測細胞因子表達水平的方法[4]。乳腺X線攝影現(xiàn)已成為乳腺癌篩查的重要手段,且近年來,已有相關(guān)研究表明乳腺癌的X線、超聲及MR影像特征等與HER-2及Ki-67的表達水平有關(guān)[3,4]。對比增強能譜乳腺攝影(contrast enhancement spectral mammography,CESM)是近年來國際上新出現(xiàn)的一種檢查技術(shù),它將常規(guī)乳腺 X 線攝影與對比增強技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)病變形態(tài)與血供信息的完美融合[5]。目前關(guān)于乳腺癌CESM影像特征與Ki-67、HER-2相關(guān)性研究較少。本研究通過分析乳腺癌的CESM影像及病理指標(biāo)與Ki-67、HER-2的相關(guān)性,分別構(gòu)建Ki-67和HER-2預(yù)測模型,早期、有效、簡便地預(yù)測Ki-67、HER-2表達水平,幫助患者制定個性化的治療方案。

材料與方法

1.研究對象

回顧性分析2019年10月-2021年10月行CESM檢查的乳腺癌患者,檢查前均簽署了知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn):①CESM檢查發(fā)現(xiàn)乳腺腫塊型病變;②CESM檢查后1周內(nèi)完成乳腺腫物切除術(shù),術(shù)后病理證實為乳腺導(dǎo)管原位癌或浸潤性導(dǎo)管癌;③術(shù)前未進行任何臨床治療。排除標(biāo)準(zhǔn):①碘對比劑過敏或嚴(yán)重腎功能不全;②圖像質(zhì)量不佳或偽影較重?zé)o法進行分析。

2.CESM掃描方法

采用GE Senographe Essential全數(shù)字乳腺攝影機。對比劑采用碘帕醇(370 mg I/mL,上海博萊科信誼藥業(yè)),劑量為1.22 mL/kg。經(jīng)高壓注射器以3 mL/s的流率高壓注入上臂靜脈,開始注射對比劑2 min后,先拍攝健側(cè)乳腺頭尾位(cranio caudal,CC)、患側(cè)乳腺 CC 位,后依次為健側(cè)內(nèi)外斜位(medial lateral oblique,MLO)、患側(cè) MLO 位,7 min內(nèi)4個體位拍攝完成。拍攝條件采用自動曝光模式,每個體位均采集低能和高能圖像各1幀,經(jīng)乳腺后處理專用工作站接收到的低能圖像及經(jīng)后處理得到“減影”圖像。

3.圖像分析

采用上海岱嘉PACS-UniWeb軟件后處理圖像。由兩名具有5年乳腺影像診斷經(jīng)驗的主治醫(yī)師在不知曉患者病例資料的情況下根據(jù)乳腺影像報告與數(shù)據(jù)系統(tǒng)(breast imaging reporting and data system,BI-RADS)標(biāo)準(zhǔn)[6]進行閱片,二者意見不同時經(jīng)協(xié)商達成一致。對于乳腺多發(fā)腫塊,選擇直徑最大者進行分析。納入分析的定性參數(shù):腺體密度(非致密型/致密型)、背景實質(zhì)強化分型(輕微/輕度/中度/顯著)、腫塊位置(包括側(cè)別、象限)、數(shù)目(單發(fā)/多發(fā))、密度(低密度/等密度/高密度)、形態(tài)(規(guī)則/不規(guī)則)、強化均勻性(均勻/不均勻)、有無邊緣毛刺征、有無可疑惡性微鈣化(沙粒狀、細多形性、細線性或細分支性簇狀微鈣化,視為可疑惡性微鈣化)。納入分析的定量參數(shù):發(fā)病年齡、最大徑(CC位或MLO位減影圖測量最大徑)、相對強化灰度比值(the percentage rate of signal of enhancing lesion and background of CC or MLO,RS%CC、RS%MLO)[7]、相對強化灰度差值(relative signal difference,RSD)[8](RS%CC/MLO=(S'c-S'b)/S'b×100%;RSD=(RS%MLO-RS%CC)/%RSCC×100%:CC位或MLO位減影圖上病變強化明顯且均勻區(qū)域手動勾畫ROI1(避開出血、壞死區(qū)域,約0.5～2 cm2),記錄CC位(早期)或MLO位(晚期)強化灰度值,記為S'c(signal in enhancing lesion of CC or MLO);并在同一圖像中乳腺脂肪強化均勻區(qū)域勾畫 ROI2(約1 cm2),記錄CC位或MLO位背景灰度值,記為S'b(signal in the background of CC or MLO),每個部位均測量3次并取平均值。參考動態(tài)增強MRI(dynamic contrast enhance-MRI,DCE-MRI),將病灶強化曲線分為三種類型:上升型(RSD≥10%)、穩(wěn)定型(-10%

4.術(shù)后病理

記錄乳腺癌組織學(xué)類型及分級、脈管侵犯情況、腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況。組織學(xué)分級采用改良的Scarff-Bloom-Richardson分級系統(tǒng),根據(jù)癌組織中小管或腺體形成、細胞核多形性和核分裂象技術(shù)進行分級。每項指標(biāo)都分別評分1～3分,將這3項指標(biāo)得分相加:3～5分為Ⅰ級;6～7分為Ⅱ級;8～9分為Ⅲ級,其中導(dǎo)管原位癌視為0級。觀察雌激素受體(estrogen receptor,ER)、孕激素受體(progesterone receptor,PR)、人類表皮生長因子受體2(human epidermal growth factor receptor 2,HER-2)及Ki-67表達。以陽性細胞≥10%為ER/PR表達陽性,<10%為ER/PR表達陰性;以陽性細胞≥14%為Ki-67陽性,<14%為Ki-67陰性;HER-2表達分為0、+、及,將0和+判定為表達陰性、為表達陽性,對HER-2()情況進一步行熒光原位雜交檢測,若HER-2基因擴增則判定為表達陽性,反之為陰性。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

1.基本資料

本研究最終納入200例患者,均為女性,年齡30～74歲,平均(50.44±9.71)歲。按照7:3比例分為訓(xùn)練集(n=140)和驗證集(n=60)。CESM檢查與手術(shù)間隔時間平均(3.14±1.12)天。所有病例經(jīng)手術(shù)病理證實,包括導(dǎo)管原位癌22例(低核級8例、中核級10例、高核級4級,伴微浸潤4例),浸潤性導(dǎo)管癌178例(1級29例、2級124例、3級25例)。訓(xùn)練集與驗證集間患者年齡、CESM影像征象、乳腺病理指標(biāo)間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

2.CESM影像與病理指標(biāo)與HER-2、Ki-67的相關(guān)性

乳腺腫塊形態(tài)不規(guī)則、邊緣毛刺征、強化均勻性、可疑惡性微鈣化、RS%CC、RS%MLO、腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、PR在HER-2陰性組和陽性組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。腫塊最大徑、邊緣毛刺征、強化均勻性、RS%CC、RS%MLO、組織學(xué)類型、組織學(xué)分級、脈管浸潤、腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、ER、RP在Ki-67陽性組和陰性組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表1、2。

表1 訓(xùn)練集乳腺癌CESM影像特征與HER-2、Ki-67的相關(guān)性

表2 訓(xùn)練集乳腺癌病理指標(biāo)與與HER-2、Ki-67的相關(guān)性

3.HER-2和Ki-67預(yù)測模型的構(gòu)建及效能評估

為有利于結(jié)果解讀及簡化HER-2及Ki-67預(yù)測模型,根據(jù)ROC曲線Cut-off值將連續(xù)變量轉(zhuǎn)換為二分類變量(最大徑、RS%CC、RS%MLOCut-off值:1.71 cm,3.19%,4.00%;2.71 cm,3.31%,3.02%)。HER-2預(yù)測模型構(gòu)建:以HER-2陽性作為因變量,將上述有統(tǒng)計學(xué)意義的11項指標(biāo)作為自變量(X)建立Logistic回歸模型,結(jié)果顯示:邊緣毛刺征(X1)、強化均勻性(X2)、可疑惡性微鈣化(X3)、腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(X4)為預(yù)測HER-2陽性的獨立預(yù)測因子(表3)。HER-2預(yù)測模型:

Logit(P1)=-4.468+1.185×X1+1.830×X2+ 2.670×X3+ 1.213×X4

(1)

其中邊緣毛刺征陽性、強化不均勻、可疑惡性微鈣化、腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移別記為1分,否則記為0分。Hosmer-Lemeshow檢驗顯示,P=0.458模擬擬合良好。在訓(xùn)練集中,該模型預(yù)測HER-2陽性的ROC曲線下面積(area under curve,AUC)為0.899,敏感度為83.7%,特異度為83.5%;將驗證集代入模型中,得出該模型的AUC值為0.858,敏感度為79.2%,特異度為80.6%(表4,圖1～5)。

圖1 乳腺癌HER-2預(yù)測模型的列線圖。包括邊緣毛刺征、強化均勻性、可疑惡性微鈣化、腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移4個獨立預(yù)測因子。 圖2 訓(xùn)練集HER-2預(yù)測模型校正曲線。校準(zhǔn)預(yù)測曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線貼合良好,提示預(yù)測模型對HER-2陽性的預(yù)測概率與實際概率具有較好的一致性。 圖3 訓(xùn)練集HER-2預(yù)測模型決策曲線。該預(yù)測模型在多數(shù)概率閾值中,具有良好的臨床應(yīng)用價值。 圖4 訓(xùn)練集預(yù)測模型預(yù)測HER-2陽性的ROC曲線。 圖5 驗證集預(yù)測模型預(yù)測HER-2陽性的ROC曲線。

表4 訓(xùn)練集和驗證集HER-2和Ki-67預(yù)測模型的預(yù)測效能

Ki-67預(yù)測模型構(gòu)建:以Ki-67陽性作為因變量,將上述有統(tǒng)計學(xué)意義的 11項指標(biāo)作為自變量(Y)建立Logistic回歸模型,結(jié)果顯示:最大徑(Y1)、邊緣毛刺征(Y2)、強化均勻性(Y3)、RS%CC(Y4)、組織學(xué)分級(Y5)為預(yù)測Ki-67陽性的獨立預(yù)測因子(表3)。Ki-67預(yù)測模型:

Logit(P2)=-9.178+3.121×Y1+1.027×Y2+1.090×Y3+1.493×Y4+1.924×Y5

(2)

其中腫塊最大徑>2.71 cm、邊緣毛刺征陽性、強化不均勻、RS%CC>3.31%分別記為1分,否則記為0分;組織學(xué)分級中導(dǎo)管原位癌記為0分,浸潤性導(dǎo)管癌Ⅰ級記為1分,Ⅱ級為2分,Ⅲ級為3分。Hosmer-Lemeshow檢驗顯示,P=0.251模擬擬合良好。在訓(xùn)練集中,該模型預(yù)測Ki-67陽性的AUC值為0.916,敏感度為93.5%,特異度為80.9%;將驗證集代入模型中,得出該模型的AUC值為0.901,敏感度為92.9%,特異度為77.8%(表4,圖6～10)。

圖6 乳腺癌Ki-67預(yù)測模型的列線圖。包括最大徑、邊緣毛刺征、強化均勻性、RS%CC、組織學(xué)分級5個獨立預(yù)測因子。 圖7 訓(xùn)練集Ki-67預(yù)測模型校正曲線。校準(zhǔn)預(yù)測曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線貼合良好,提示預(yù)測模型對Ki-67陽性的預(yù)測概率與實際概率具有較好的一致性。 圖8 訓(xùn)練集Ki-67預(yù)測模型決策曲線。該預(yù)測模型在多數(shù)概率閾值中,具有良好的臨床應(yīng)用價值。 圖9 訓(xùn)練集預(yù)測模型預(yù)測Ki-67陽性的ROC曲線。 圖10 驗證集預(yù)測模型預(yù)測Ki-67陽性的ROC曲線。

4.預(yù)測模型相關(guān)定量及定性參數(shù)一致性分析

兩位影像診斷醫(yī)師測量腫塊最大徑及強化灰度比值RS%cc均具有良好的一致性(ICC=0.893、0.912);兩者判定邊緣毛刺征、強化均勻性、可疑惡性微鈣化均具有較好的一致性(Kappa=0.817、0.805、0.845)。

討 論

乳腺癌作為一種具有高度異質(zhì)性的疾病,隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,從細胞、分子、基因?qū)W角度研究乳腺癌已是目前臨床治療的熱點。美國臨床腫瘤學(xué)會推薦將HER-2、Ki-67等作為乳腺癌重要的免疫組織化學(xué)指標(biāo),目前已廣泛應(yīng)用于乳腺癌的靶向及內(nèi)分泌治療中[9]。HER-2是表皮生長因子受體家族的一員,屬原癌基因,能夠調(diào)控乳腺癌新生血管上皮細胞增殖、生長、分化;Ki-67是一種表達于增殖細胞的核抗原,能夠調(diào)控癌細胞有絲分裂及增殖活性,因此HER-2和Ki-67表達水平與腫瘤進展、轉(zhuǎn)移及預(yù)后有關(guān)[2,10]。理論上,腫瘤基因及細胞因子介導(dǎo)的病理改變可改變?nèi)橄侔┑慕M織病理學(xué)及生物學(xué)特征,間接影響其影像學(xué)表現(xiàn)[10,11]。本研究通過分析CESM影像特征及病理指標(biāo)與HER-2、Ki-67的相關(guān)性,構(gòu)建預(yù)測模型,結(jié)果顯示HER-2和Ki-67預(yù)測模型具有較好的預(yù)測能力,其AUC值分別為0.858～0.899、0.901～0.916。

近年來,一些研究已證實乳腺癌的影像及病理指標(biāo)與HER-2、Ki-67表達關(guān)系密切。本研究也發(fā)現(xiàn)邊緣毛刺征、強化均勻性、可疑惡性微鈣化、腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與HER-2陽性獨立相關(guān);最大徑、邊緣毛刺征、強化均勻性、RS%CC、組織學(xué)分級與Ki-67陽性獨立相關(guān)。腫瘤大小是乳腺癌重要的預(yù)后因素,任波等[12]發(fā)現(xiàn)腫塊直徑>2.0 cm的浸潤性乳腺癌患者的HER-2和Ki-67陽性率明顯高于腫瘤直徑≤2 cm者;而李翠平等[13]認(rèn)為浸潤性乳腺癌HER-2和Ki-67表達與腫瘤直徑無關(guān)(P>0.05)。本研究發(fā)現(xiàn)HER-2與腫塊最大徑無關(guān)(P=0.104),而Ki-67與最大徑獨立相關(guān)(P=0.024),最佳截斷值為2.71 cm,考慮可能與Ki-67表達水平能夠調(diào)控癌細胞有絲分裂及增殖活性有關(guān)。目前研究普遍認(rèn)為邊緣毛刺征是乳腺癌一個較特異性惡性征象,反映了腫瘤的生長模式及生物學(xué)行為。陳倩等[14]發(fā)現(xiàn)邊緣毛刺征在HER-2和Ki-67陽性組的比例高于陰性組,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),考慮與該研究樣本量(n=70)較小和非腫塊型乳腺癌(n=23)的邊緣特征不典型有關(guān)。苗環(huán)等[15]和閆峰山等[16]納入腫塊型乳腺癌患者,發(fā)現(xiàn)邊緣毛刺征與HER-2、Ki-67陽性密切相關(guān)(P均<0.05),與本研究結(jié)果相一致,考慮可能由于HER-2、Ki-67高水平表達刺激細胞增殖、浸潤和遷移,癌細胞迅速沿間質(zhì)浸潤生長,在影像上表現(xiàn)為毛刺征。研究發(fā)現(xiàn)HER-2基因與SPCA2-Orai1鈣通道相關(guān),隨著HER-2高表達,Orai1通道的開放,使得Ca2+被儲存在細胞內(nèi)[17]。本研究發(fā)現(xiàn)腫塊型乳腺癌伴可疑惡性微鈣化與HER-2陽性密切相關(guān),與何瑩等[11]等研究相一致。李冬芹等[18]進一步分析微鈣化形態(tài),發(fā)現(xiàn)細線或細分支狀、線段狀微鈣化的HER-2高表達,而簇狀、不定形、不均質(zhì)微鈣化的HER-2陰性表達。本研究中可疑惡性微鈣化樣本量(n=50)較小,未能進行惡性微鈣化形態(tài)分類的亞組分析。李敏紅等[19]和閆峰山等[16]發(fā)現(xiàn)腫瘤內(nèi)部強化不均勻與HER-2陽性及Ki-67陽性密切相關(guān)(P均<0.05),與本研究基本一致。HER-2和Ki-67表達直接或間接誘導(dǎo)生成血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF),VEGF促進大量新生微血管生成,同時促進細胞分裂和蛋白水解酶的分泌,導(dǎo)致腫瘤內(nèi)部發(fā)生缺血缺氧、液化壞死,進而導(dǎo)致腫瘤強化不均勻[14]。本研究發(fā)現(xiàn)RS%CC是預(yù)測Ki-67陽性的獨立預(yù)測因子,提示Ki-67表達水平越高,腫瘤新生毛細血管密度高,微血管灌注更明顯,早期強化程度(RS%CC)更顯著。雷昊等[20]發(fā)現(xiàn)達峰時間(time to peak,TTP)與Ki-67表達呈負相關(guān),進一步佐證了早期強化率與Ki-67表達密切相關(guān)。 HER-2高表達能夠促進腫瘤增殖及分化,增強細胞運動能力,更易擴散及轉(zhuǎn)移,因此HER-2高表達與乳腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)[21],與本研究結(jié)果相一致。另外本研究發(fā)現(xiàn)Ki-67表達水平與組織學(xué)類型及分級有關(guān),乳腺浸潤性導(dǎo)管癌Ki-67陽性表達率明顯高于導(dǎo)管原位癌,乳腺浸潤性導(dǎo)管癌Ⅱ級和Ⅲ級的Ki-67陽性表達率高于Ⅰ級,與Shin等[22]研究結(jié)果一致。

當(dāng)前通過影像學(xué)檢查預(yù)測乳腺癌HER-2和Ki-67表達水平已是國內(nèi)外研究的熱點。部分學(xué)者通過分析乳腺癌X線、超聲及MRI特征,構(gòu)建Nomogram模型或深度學(xué)習(xí)模型,旨在預(yù)測HER-2及Ki-67的表達水平,為臨床個性化治療提供決策支持[23,24]。乳腺X線攝影是乳腺疾病檢查的重要影像學(xué)方法之一,帥鴿等[3]基于乳腺X線攝影影像組學(xué)特征構(gòu)建預(yù)測模型,預(yù)測HER-2陽性的AUC值為0.889～0.927;Tagliafico等[25]基于數(shù)字乳腺斷層攝影影像組學(xué)特征構(gòu)建模型,預(yù)測Ki-67陽性的AUC值為0.698。隨著CESM技術(shù)的成熟及廣泛應(yīng)用,部分學(xué)者嘗試通過CESM影像特征預(yù)測乳腺癌的分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及腫瘤生物標(biāo)志物水平等[26,27]。Dominique等[27]基于CESM影像組學(xué)特征,構(gòu)建CheXNet深度學(xué)習(xí)模型,預(yù)測HER-2陽性的AUC值為0.608,預(yù)測Ki-67陽性的AUC值為0.600,該研究僅納入CESM明顯強化的乳腺癌,并不包括無強化及弱強化的患者。而La Forgia等[28]納入所有無強化、弱強化及明顯強化的乳腺癌患者,提取CESM影像組學(xué)特征,構(gòu)建多元線性判別模型,發(fā)現(xiàn)其預(yù)測HER-2陽性的AUC為0.908,預(yù)測Ki-67陽性的AUC為0.848。鑒于影像組學(xué)特征提取操作復(fù)雜,數(shù)據(jù)繁雜,解讀困難,耗時長等原因,本研究通過簡便、直觀的人工判讀CESM影像和病理特征,通過Logistic回歸分析,構(gòu)建Nomogram預(yù)測模型,結(jié)果顯示HER-2及Ki-67預(yù)測模型均具有較好的預(yù)測能力,其中HER-2預(yù)測模型的AUC值為0.858～0.899,與帥鴿等[3]和La Forgia等[28]模型預(yù)測效能相似;Ki-67預(yù)測模型的AUC為0.901～0.916,其預(yù)測效能優(yōu)于La Forgia等[28]研究。

本研究的主要局限性:①本研究樣本量較少且為回顧性研究,期待未來擴大樣本量、開展前瞻性研究。②本研究所選取的病例只包括乳腺導(dǎo)管原位癌及浸潤性導(dǎo)管癌,并不涉及其他特殊類型乳腺癌(乳頭狀癌、粘液癌、髓樣癌等),因此該模型僅適用于預(yù)測非特殊類型乳腺癌的HER-2和Ki-67表達水平。③本研究HER-2和Ki-67預(yù)測模型的構(gòu)建是基于腫塊型乳腺癌的CESM影像特征及病理指標(biāo),因此該模型并不適用于乳腺非腫塊型病變(如結(jié)構(gòu)扭曲、不對稱致密等),后期仍需要進一步探索乳腺非腫塊型病變的HER-2和Ki-67預(yù)測模型。

綜上所述,乳腺癌的HER-2和Ki-67表達水平與部分CESM影像學(xué)特征及病理指標(biāo)關(guān)系密切,HER-2和Ki-67預(yù)測模型可作為一種有效和簡便的方法用于預(yù)測乳腺癌患者HER-2和Ki-67的表達情況,對于臨床醫(yī)生決策及患者預(yù)后有一定幫助。