晚期結直腸癌中醫藥干預治療療效預測模型的建立與應用＊

徐鈺瑩，張文麗，楊宇飛＊＊，易丹輝＊＊

（1.北京中醫藥大學西苑臨床醫學院 北京 100091；2.中國中醫科學院西苑醫院 北京 100091；3.北京中國人民大學統計學院 北京 100872）

晚期結直腸癌是威脅人類生命健康的主要惡性腫瘤之一，目前尚不能治愈。2019年國家癌癥中心發布的最新一期全國癌癥統計數據顯示，2015年結直腸癌的發病率為9.88% ，位居全部惡性腫瘤發病率的第3位,死亡率為8% 位居第5位[1]。近20年，結直腸癌的發病率和死亡率在以美國為代表的發達國家持續下降[2,3]，而我國卻逐年上升[1]。美國SEER 數據庫一項連續21年（1988-2008）共收集77490 例晚期結直腸癌的注冊數據顯示：真實世界晚期結直腸癌的中位生存期（OS）最長達14個月[4]，雖然隨著靶向及免疫治療的發展，晚期結直腸癌的生存期不斷被延長,但基于基因分型的靶向及免疫治療的適用人群有限，對人群質量及經濟要求比較高，副作用比較大，仍有大部分患者無法接受或者耐受長期標準西醫治療。中醫藥是我國的瑰寶，具有辨證論治、因人制宜、效價比高、應用方便等特點，擅長治療復雜疾病，在改善晚期腫瘤患者癥狀、延長生存期方面獨具特色[5-8]。然而就臨床經驗來看，不同的患者在同樣的中醫藥治療下，常常會出現不同的預后。如能在治療開始之前，就預先對患者進行療效預測，判斷患者的優劣勢人群屬性，將能為晚期結直腸癌的中醫藥治療提供新的思路及方法。近10 年來我科針對晚期結直腸癌優勢人群特征做了大量研究，基于既往研究基礎，我們依托于首都衛生發展科研專項項目，納入120例晚期結直腸癌患者信息作為訓練集，建立中醫干預治療療效預測模型進行中醫藥治療晚期結直腸癌的療效預測即中醫優劣勢人群預測。

1 材料與方法

1.1 診斷標準

結直腸癌診斷標準參照《WHO消化系統腫瘤病理學和遺傳學》[9]；分期標準參照美國國家綜合癌癥治療網絡（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）臨床指南結腸癌、直腸癌TNM 分期[10]。中醫辨證分型標準參照《中醫臨床診療術語—證候部分》[11]、《中藥新藥臨床研究指導原則》[12]。

1.2 篩選與分組標準

納入標準：①病理明確診斷為結直腸癌；②TNM（Tumor Node Metastasis）分期為Ⅳ期；③年齡范圍為18-80歲，性別不限；④既往或即將接受系統中醫治療（在中醫腫瘤專業醫師處口服辨證論治湯藥）；⑤卡氏評分（KPS）大于等于60 分。排除標準：①既往或合并2 種及以上惡性腫瘤病史；②患者肝、腎、心臟等主要臟器存在非腫瘤性嚴重疾病和功能障礙、活動性腦血管病變、不受控制的感染和代謝性疾病；③患者不能服用湯藥，需要靜脈營養；④患者患有吸收不良綜合征或其它影響胃腸道吸收的疾病，或患有活動性消化性潰瘍病；⑤孕婦、哺乳期婦女、精神病患者。

分組標準：在前期制定的中醫優勢人群概念的基礎上（即接受現代醫學規范化治療的晚期結直腸癌幸存者，經過同步中醫藥治療后，生存期超過基于循證醫學指導的現代規范化治療下的平均生存期者；或未能接受現代醫學規范化治療的晚期結直腸癌幸存者，經單純中醫藥治療后，生存期超過平均生存期者，稱為中醫優勢人群），根據現代醫學規范治療研究結果及美國SEER 數據庫一項連續21 年（1988-2008）涉及77490例晚期結直腸癌真實世界中位生存期的結果[4]，采用專家咨詢法咨詢39位全國擁有主任醫師職稱的中、西醫腫瘤專家，制定出晚期結直腸癌中醫優勢人群標準：即截至患者死亡或最后一次隨訪時間（2018 年9 月30日）基因全野生型，Ⅳ期生存期大于30 月；RAS 突變型，Ⅳ期生存期大于24 月；BRAF 突變型，Ⅳ期生存期大于18月；未行基因檢測，Ⅳ期生存期大于18月者；而中醫劣勢人群的標準則為達到生存終點且Ⅳ期生存期小于等于12 月；介于兩者之間則為中間人群，即除去中醫優勢人群與中醫劣勢人群的剩余人群。

1.3 一般材料

本研究已通過中國中醫科學院西苑醫院倫理委員會批準（2016XLA136-1）、申報專利（專利號：201910636553.9）。從2016 年10 月13 日-2018 年3 月29日中國中醫科學院西苑醫院腫瘤科楊宇飛主任213例晚期結直腸癌門診注冊病例中篩選出符合本研究可入組隨訪的病例120例，其中中醫優勢人群42例，中醫劣勢人群14例，中間人群64例，截至數據隨訪截止時間2018 年9 月30 日，120 例患者有48 人達到生存結局，2人失訪，剩余70例仍在后續隨訪過程中。

1.4 觀察指標

患者的人口學信息（性別、年齡、KPS 評分）、疾病信息（發病部位、轉移部位、基因分型）、中醫辨證分型（以病例觀察表中記錄頻率最高的證型為主）、生活質量（MADASI量表中文版）、中醫主癥及癥狀評分等（主癥與癥狀評分參照疼痛NRS分級法，用區間（0-10分）代表不同程度的癥狀，即0分為無癥狀，10分為癥狀最嚴重[13]。

1.5 研究方法與過程

收集120 例晚期結直腸癌患者的人口學信息、疾病信息、治療信息等進行深入觀察隨訪，根據生存結果計算患者Ⅳ期生存期，計算公式為：Ⅳ期生存期=[患者死亡或最后一次隨訪時間（2018年9月30日）-發現Ⅳ期的時間]，以生存期為因變量，將發病部位（左半腸，右半腸）、年齡（65歲左右）、性別（男或女）、基因（全野生，KRAS/NRAS 突變，BRAF 突變）、轉移部位、KPS 評分（連續指標）、中醫辨證分型（單證型臟腑辨證）、中醫主癥評分、中醫癥狀總分、生活質量評分作為自變量利用R 軟件建立形式為的Cox 模型,其中為基準風險率，基xp為影響因素。通過Cox 模型進行預后因素篩選，選取有顯著統計學差異（P<0.05）的變量，結合臨床經驗和描述分析的結果，加入中醫證型進行判別分析，建立四種判別函數，根據模型預測結果選擇預測效果最好的二次判別分析（QDA）模型作為最終晚期結直腸癌中醫干預治療療效預測模型。

2 結果與分析

2.1 一般情況

120例晚期結直腸癌患者的Ⅳ期平均生存時間為24.39 個月，中位生存時間為21 個月。其中女性患者46例，男性患者74例；平均年齡為：60.93歲，其中大于等于65歲者47例，小于65歲者共73例；KPS評分的平均分為75.67 分，其中達到90 分者共12 例、達到80 分者共56例、達到70分者共40例、達到60分者共12例；基因全野生型者共46例，RAS突變型者共47例，BRAF突變型者共5例，未行基因檢測者共22例；原發部位為左半腸（包括結腸脾曲、降結腸、乙狀結腸、直腸、直乙交界、降乙結腸）者共89 例，原發部位為右半腸（包括升結腸、盲腸、橫結腸以及結腸肝曲）者共31例；另外，發生部位轉移者包括60例肝轉移、31例肺轉移、2例骨轉移、1例腦轉移、1例腎轉移、1例卵巢轉移、15例淋巴結轉移、1 例腹腔轉移、20 例其他部位轉移；中醫單證型為脾虛證型者共83例，腎虛證型者共77例、肝虛/郁證型者共61例、肺虛證型者共13例。

表1 變量賦值說明

表2 Cox模型單因素分析結果

表3 中醫證型與生存期統計

2.2 Cox模型預后因素篩選結果

Cox 模型單因素分析發現，與晚期結直腸癌預后相關的因素包括發病部位（左半腸，右半腸）、BRAF基因突變、轉移部位（肝轉移、肺轉移）、KPS評分、主癥評分、癥狀總分及生活質量。經過進一步分析發現：①原發部位為左半腸（HR=0.54，P=0.044）、轉移部位為肺（HR=0.32，P=0.009）的患者死亡風險較低；②BRAF突變型（HR=3.35，P=0.023）與發生肝轉移（HR=1.75，P=0.062）的患者死亡風險較高；③KPS評分越高者，其死亡風險越低（HR=0.95，P=0.001）；④中醫主癥評分（HR=1.03，P=0.025）、臨床癥狀評分（HR=1.18，P=0.002）及生活質量評分（HR=1.05，P=0.01）越高的患者，其癥狀越重，生活質量越差，其死亡風險越高（變量賦值見表1，預后因素篩選結果見表2）。

在Cox 模型單因素分析中，中醫證型相關的變量沒有得到顯著的結果。結合研究背景，對中醫證型進行更細化的定性研究，發現規律如下（表3）：肺虛證型（n=13，中位OS=24.4 月）患者的中位生存期高于脾虛證型患者（n=83 人，中位OS=21 月）；腎虛證型（n=77，中位OS=21月）患者的中位生存期高于肝郁/虛證型患者（n=61 例，中位OS=20.6 月）且死亡人數比例低于肝郁/虛證型患者。故考慮可能與肺虛證型患者生存預后較好，肝郁/虛證型患者的生存預后較差相關，由于中醫證型與生存期之間不是簡單的線性關系，故在Cox單因素模型中差異不顯著。

2.3 判別分析模型因素選擇

對于判別分析模型因素的選擇，有兩種思路。思路1：將Cox單因素模型中統計結果顯著的變量納入判別分析，包括腫瘤原發部位（左半腸、右半腸）、KPS 評分、轉移部位（肺轉移）、基因突變類型（BRAF 突變型）、主癥評分、中醫臨床癥狀評分、生活質量評分（表4）。思路2：除了納入Cox單因素模型中顯著的變量之外，根據前期臨床研究經驗，再納入肝轉移、RAS 突變型、中醫辨證分型進入判別分析模型（表5）。

2.4 預測模型的篩選與建立

判別分析是用以判別個體所屬群體的一類統計方法，常用的是Fisher判別方法，原理是按類內方差盡可能小、類間方差盡可能大進行分類。判別分析中最簡單的模型為線性判別分析（LDA），將數據在低維度上進行投影，投影后希望每一種類別數據的投影點盡可能接近，而不同類別數據的類別中心之間的距離盡可能大，假設各類協方差矩陣相同。二次判別分析（QDA）比線性判別分析（LDA）更靈活，不假設各類的協方差矩陣相同，通常比線性判別分析得到更加精確的預測結果，但是對每一個類都要求更大的樣本量。混合判別分析（MDA）和靈活判別分析（FDA）是更加復雜的模型，MDA 假設每個類是子類的高斯混合，FDA使用預測變量的非線性組合，例如樣條曲線。應用判別分析方法需注意對連續變量進行標準化，以變量x1為例，

其中表示x1的均值，sd(x1)表示x1的標準差，用標準化后的x1*建立模型。如果自變量之間取值差異過大，沒有對變量進行標準化處理將影響模型預測效果。本次研究建立以上4種判別分析模型，以120名患者所屬人群的預測準確率作為標準，選擇恰當的預測模型。

總體來說，按思路2 建立的模型預測準確率優于思路1建立的模型，說明只將Cox單因素分析結果顯著的因素納入模型會遺漏一些重要的自變量。對于目前120名晚期結直腸癌患者數據，按思路2建立的二次判別分析（QDA）模型是預測效果最好的方法（表6），故將其作為中醫干預治療療效預測的最終模型。經分析發現，該模型總的預測準確率為84.2% ，120 例晚期結直腸癌患者中有101 位患者全部預測正確；中醫劣勢人群預測準確率為100% ；中間人群預測準確率為84.4% ，預測錯誤的10個人（15.6% ）均被預測為優勢人群，其中有7人截至隨訪截止時間仍存活，具有成為優勢人群的可能；優勢人群的預測準確率為78.6% （表7）。

2.5 中醫干預治療療效預測模型應用

判別函數可以自動對新的患者所屬人群分類進行預測。根據概率計算公式：

表4 思路1-納入判別分析模型的變量

表5 思路2-納入判別分析模型的變量

表6 判別分析模型預測結果匯總

表7 二次判別分析模型預測結果的混淆矩陣

y表示因變量，即患者是否為優勢人群，k取值為0或1，1 表示是優勢人群；0 表示不是優勢人群；X 是向量，表示選出的判別因素，即影響患者是否為優勢人群的重要因素，繼而利用R 軟件，通過輸入篩選出的13個變量參數，即可計算出相應概率。例如，輸入某患者如下的13個自變量，可以得出如下內容：“此患者屬于優勢人群概率為：0.9，屬于優勢人群。”從而預測患者中醫干預治療的療效（表8）。

表8 某患者信息

3 討論

中醫藥治療已成為我國腫瘤治療的重要特色及治療手段，現已基本明確了中醫藥在腫瘤治療中的優勢，且通過不斷的臨床實踐發現并非所有的腫瘤患者都能夠從中醫藥治療中獲益。為此，人們進行了中醫藥治療腫瘤優勢人群的探索。目前，腫瘤的中醫優勢人群特征探索多集中在非小細胞肺癌以及腸癌方面[14-17]。而楊宇飛教授團隊是最早開展結直腸癌中醫優勢人群特征探討的團隊，從“最佳-最差”病例到中醫優劣勢人群特征探討作了一系列的嘗試與努力。2012 年在開展國家科技部“十一五”國際科技合作項目期間，開展中醫“最佳-最差”病例研究。2015 年，在第九屆中國老年腫瘤學大會上，正式提出了晚期結直腸癌中醫優勢人群概念。此后，開展的結直腸癌中醫優勢人群特征系列探索，已發現晚期結直腸癌中醫優勢人群可能具有以下特征：即中醫藥干預時間長、血瘀證體質[16]、脾腎虧虛型、年齡范圍在40-59 歲之間[17]。臨床研究的本質是“從臨床中來，到臨床中去”，如果在開展治療前期醫生能預測出中醫藥干預治療晚期結直腸癌的療效，便能有效增加臨床指導的意義。而既往研究表明利用判別分析可以輔助臨床診斷，提高臨床診斷的標準化、客觀性以及準確性，預測疾病發展動向、探索中醫證候分布規律等[18-22]。故我們基于前期研究基礎，通過COX模型篩選預后因素，利用二次判別分析方法建立了晚期結直腸癌中醫干預治療療效預測模型進行晚期結直腸癌中醫干預治療療效預測（即判斷患者屬于中醫優勢人群、劣勢人群還是中間人群）。

本研究通過建立COX 模型篩選預后因素發現，120例晚期結直腸癌患者預后良好的因素可能為腫瘤原發部位為左半腸（HR=0.54，P=0.044）、KPS 評分高（HR=0.95，P=0.001）、肺轉移（HR=0.32，P=0.009），預后不良的因素可能為BRAF 基因突變（HR=3.35，P=0.023）、中醫主癥評分高、臨床癥狀總分高（HR=1.03，P=0.025；HR=1.18，P=0.002），生活質量差（HR=1.05，P=0.01）。已有研究表明左半腸預后稍好于右半腸且較右半腸具有較好的生存優勢[23]，BRAF基因突變影響結直腸癌患者預后，常作為結直腸癌預后不良的標志[24]，KPS評分、主癥變化評分是影響晚期結直腸癌的獨立預后因素且KPS 及主癥評分越低，生存時間越長[25]，這與我們篩選出的預后因素結果相符。隨后，經過不斷地驗證我們發現只將Cox單因素分析顯著的因素納入判別分析模型會遺漏一些重要的自變量，而肝轉移、辨證分型是晚期結直腸癌的預后因素[26]，故我們將其作為判別分析因素與Cox單因素分析顯著的因素一同納入到二次判別分析模型中，建立晚期結直腸癌中醫干預治療療效預測模型，結果發現模型總的預測準確率為84.2% ，劣勢人群預測準確率為100% ，中間人群預測準確率為84.4% ，優勢人群預測準確率為78.6% 。

4 結論

該預測模型是區別于現代醫學分子生物標記等療效預測標準的、具有中醫藥特色的晚期結直腸癌中醫干預治療療效預測模型。晚期結直腸癌患者在進行中醫藥干預前，通過輸入腫瘤發病部位、轉移部位、基因突變類型、辨證分型、KPS評分、中醫臨床癥狀評分、主癥評分、生活質量評分等臨床信息進入模型，經后臺算法運行，得出中醫優/劣勢人群概率（即從中醫藥中獲益的概率），從而預測患者對中醫藥治療的敏感性與有效性，將為后續是否進行中醫藥治療提供借鑒，為制定個體化治療方案提供參考，使晚期結直腸癌的中醫藥治療更具針對性、更規范有效，進而提高患者中醫藥治療的獲益率。為進一步探求中醫臨床決策支持系統奠定基礎。