DSC-PWI聯合常規MRI特征在預測高級別膠質瘤MGMT啟動子甲基化狀態中的價值

陳小田，蘇春秋，潘婷，魯珊珊，吳飛云，施海彬，洪汛寧

高級別膠質瘤(High-grade gliomas,HGGs) 包括世界衛生組織(World Health Organization, WHO) Ⅲ級和Ⅳ級膠質瘤，是顱內最常見的原發性惡性腫瘤, 術后放療與替莫唑胺(Temozolomide,TMZ)同步化療已成為治療的標準方案，患者對化療藥耐藥是治療效果不佳的原因之一[1]。2016版WHO中樞神經系統腫瘤分類在傳統組織學分型基礎上增加了分子分型，其中O6-甲基鳥嘌呤-DNA-甲基轉移酶(O6-methylguanine-DNA-methyltransferase,MGMT)基因啟動子甲基化狀態與TMZ治療HGGs患者的預后和生存期密切相關[1,2]，有研究表明MGMT啟動子甲基化狀態是原發膠質母細胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)的獨立預后因素[3]，MGMT啟動子甲基化患者有較長的無進展生存期和總生存期[4,5]。病理是診斷的金標準，但是組織學作為一種侵入性的檢查方法，具有創傷性和樣本誤差。因此術前非侵入性預測高級別膠質瘤MGMT啟動子甲基化狀態對判斷預后、預測放化療敏感性具有重要價值，能為精準化治療方案提供有效信息。

在常規MRI特征上，部分研究認為MGMT啟動子甲基化膠質瘤腫瘤位置多位于左側大腦半球，壞死和水腫較少，更易呈實性或結節狀強化[6-8]；但也有一些研究認為兩者在常規MRI特征上沒有明顯差異[9,10]，存在爭議性。倫勃朗視覺感受圖像(visually accessible rembrandt Images,VASARI)特征集(http://wiki.cancerimagingarchive.net/display/ Public/ VASARI+Research+Project)是對膠質瘤MRI圖像特征的一種定量或半定量描述，其每個特征都有定量或半定量的量化值用于評估腫瘤的影像學特征[11]。動態磁敏感對比增強灌注成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging,DSC-PWI) 通過對比劑給藥后T2*加權圖像中信號的丟失來評估腫瘤組織灌注，反映腫瘤的血管增生程度，其與VASARI特征集已在預測膠質瘤分級和預后中得到廣泛應用[12-14]，且已有部分研究證實這兩種方法在預測膠質瘤異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)基因突變中的潛力[15-17]，但在預測MGMT啟動子甲基化狀態中的應用相對較少。本研究通過DSC-PWI聯合常規MRI特征對高級別膠質瘤MGMT啟動子甲基化狀態進行定量分析及影像特征評估，旨在探討其在預測高級別膠質瘤MGMT啟動子甲基化狀態中的應用價值。

材料與方法

1.病例資料

回顧性收集2016年4月至2020年1月本院經手術病理證實的高級別膠質瘤患者48例。病例納入標準：①檢查前均未接受任何放、化療及手術、激素治療；②所有患者均在術前行MRI檢查，包括T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、T1WI增強和DSC-PWI，且圖像質量良好、無偽影；③術后均采用焦磷酸測序法檢測腫瘤MGMT啟動子甲基化狀態。最終納入的44例患者中共有MGMT啟動子甲基化患者25例，其中男16例，女9例，年齡(55.1±12.9)歲，WHO Ⅲ級4例，WHO Ⅳ級21例；MGMT啟動子非甲基化患者19例，其中男13例，女6例，年齡(58.3±13.8)歲，其中WHO Ⅲ級2例，WHO Ⅳ級17例。MGMT啟動子甲基化與非甲基化患者的性別、年齡差異均無統計學意義(P>0.05，表1)。

表1 兩組患者的一般資料比較

2.檢查方法

患者取仰臥位，采用德國Siemens 3.0T磁共振掃描儀，頭顱8通道正交線圈先行橫軸面T1WI、T2WI、FLAIR、DWI掃描，隨后行DSC灌注成像掃描，予靜脈團注對比劑釓噴替酸普甲胺 (Gd-DTPA),劑量0.2 mmol/kg,注射流率為4 mL/s，注藥時機選擇為掃描第5個時相，掃描50個時相。然后行T1WI橫軸面、冠狀面和矢狀面增強掃描，對比劑注射完成后以相同流率團注等量生理鹽水沖管。具體掃描參數：T1WI,TR 250 ms，TE 2.5 ms；T2WI,TR 6000 ms，TE 93 ms；掃描層厚均為5 mm，層間距1.25 mm，矩陣128×128，視野230 mm×230 mm。DWI采用平面回波成像序列，TR 4800 ms，TE 100 ms，b值為0、1000 s/mm2;DSC-PWI使用單次激發梯度回波-平面回波成像(GRE-EPI)序列，TR 1400 ms，TE 32 ms，視野230 mm×230 mm，矩陣128×128，層數18，層厚5 mm，間隔1.25 mm。

3.圖像分析

常規MRI特征分析：常規MRI特征從VASARI特征集中的選取臨床意義較高，可重復性較高的VASARI特征包括腫瘤定位、腫瘤中心側、增強程度、增強比例、非增強比例、壞死比例、水腫比例、囊變、強化邊緣厚度、強化部分邊界、出血、擴散及腦深部白質浸潤,評分標準見表2。由兩位分別有4年和3年工作經驗的神經影像醫師在不知病理結果的前提下獨立評分，意見不一致時由一位有25年工作經驗的神經影像主任醫師確定最終結果。

DSC數據處理：將采集的原始數據導入Siemens后處理工作站，在Perfusion軟件內以鄰近腫瘤側的大腦中動脈作為感興趣區(ROI)，計算動脈輸入函數，獲得腦血流量 (cerebral blood flow,CBF)圖和腦血容量(cerebral blood volume,CBV)圖。參考T1WI增強和FLAIR圖像，在腫瘤CBF、CBV最高的區域放置ROI，大小約40～50 mm2，避開囊變、壞死、出血和大血管區域，得到平均值為最大CBF及最大CBV，每個ROI測量3次，取其平均值為CBFmax和CBVmax。隨后選取腫瘤最大層面，在T1WI增強圖像上沿著腫瘤的實性部分手動勾畫ROI，復制至CBF和CBV圖像的對應區域，得到平均值為CBFmean和CBVmean(圖1、2)。為了減小患者間個體差異，在相應圖像上對側半卵圓中心正常白質內放置ROI，大小約40～50 mm2，得到平均值作為參考標準，將上述CBFmax、CBVmax、CBFmean和CBVmean與之比值求得腫瘤實性區域的灌注參數的相對值，分別為rCBFmax、rCBVmax、rCBFmean和rCBVmean。

圖1 男，67歲，右側顳枕葉GBM，MGMT啟動子甲基化。a) T1WI示腫瘤呈低信號(箭)；b) T2WI示病灶呈混雜高信號，瘤周水腫程度>33%(箭)； c) FLAIR示病灶呈混雜高信號(箭); d) DWI示腫瘤強化部分擴散不受限(箭)； e) ADC圖示腫瘤強化部分擴散不受限(箭); f) 增強T1WI示腫瘤呈實性強化，中央壞死比例<33%(箭); g) DSC-PWI中CBVmaxROI提取示意圖(箭); h) DSC-PWI中CBVmean ROI提取示意圖(箭)。

圖2 女，71歲，左側額葉GBM，MGMT啟動子非甲基化。a) T1WI示腫瘤呈低信號(箭)； b) T2WI示病灶呈混雜高信號，瘤周水腫程度>33%(箭)； c) FLAIR示病灶呈混雜高信號(箭); d) DWI示腫瘤強化部分局部擴散受限(箭)； e) ADC圖示腫瘤強化部分局部擴散受限(箭); f) 增強T1WI示腫瘤呈薄壁環形強化，中央不強化壞死比例>33%(箭)； g) DSC-PWI中CBVmax ROI提取示意圖(箭); h) DSC-PWI中CBVmean ROI提取示意圖(箭)。

4.統計學分析

采用SPSS 25.0進行統計學分析。符合正態分布的計量數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；不符合正態分布計量資料的組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗。采用Kappa檢驗評價兩位醫師對常規MRI特征評分結果的一致性。采用χ2檢驗比較兩組間的性別和常規MRI特征的差異。運用Logistic回歸分析計算DSC-PWI及常規MRI特征鑒別高級別膠質瘤MGMT啟動子甲基化狀態的獨立危險因素及預測概率。采用MedCalc (version13.1.2，Mariakerke，Belgium) 進行受試者工作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析，并計算曲線下面積(area under curve,AUC)、截斷值、敏感度及特異度。以P<0.05為差異具有統計學意義。

結 果

1.常規MRI特征結果

兩位放射醫師對常規MRI特征評分結果的一致性較好(Kappa值范圍為0.759～0.941)。壞死比例、強化邊緣厚度、擴散在MGMT啟動子甲基化與非甲基化高級別膠質瘤中差異有統計學意義(P<0.05)，與MGMT啟動子非甲基化高級別膠質瘤相比，MGMT啟動子甲基化高級別膠質瘤的壞死比例較低，強化邊緣厚度傾向呈厚壁結節狀、實性強化，擴散不受限(表2)。

表2 兩組常規MRI征象的單因素分析

2.DSC-PWI結果

兩組病例的DSC-PWI參數分析結果顯示，MGMT啟動子非甲基化高級別膠質瘤組的rCBVmax和rCBVmean較甲基化組明顯更高，差異具有統計學意義(P<0.05)；兩組間的rCBFmax和rCBFmean差異無統計學意義(P>0.05，表3)。

表3 兩組DSC-PWI參數統計學分析結果

3.ROC曲線分析

對具有統計學意義的常規MRI特征及DSC-PWI參數進行ROC曲線分析，結果顯示在常規MRI特征中，壞死比例的診斷效能最高，ROC曲線下面積(AUC)為0.736，敏感度為84.0%，特異度為63.2%。在DSC-PWI參數中，rCBVmean的診斷效能最高，AUC為0.821，敏感度為89.5%，特異度為64.0%(表4)。

表4 常規MRI特征、DSC-PWI參數及聯合應用ROC分析

將常規MRI特征及DSC-PWI參數進一步運用Logistic回歸進行多因素分析，結果顯示壞死比例和rCBVmean為鑒別MGMT啟動子甲基化與非甲基化高級別膠質瘤的獨立危險因素(P<0.05)，將得到的預測概率進行ROC分析，得出AUC為0.897，敏感度為96.0%，特異度為84.2%(圖3)，聯合兩者的診斷效能高于任一單一參數。

圖3 壞死比例、rCBVmean 及兩者聯合鑒別MGMT啟動子甲基化與非甲基化高級別膠質瘤的ROC曲線。

討 論

MGMT基因啟動子甲基化狀態與TMZ治療HGGs患者的預后和生存期密切相關，因此術前非侵入性預測高級別膠質瘤MGMT啟動子甲基化狀態對指導治療決策和評估預后具有重要價值。本研究通過對MGMT啟動子甲基化與非甲基化高級別膠質瘤分別進行常規MRI特征和DSC-PWI分析，結果表明常規MRI特征和DSC-PWI有助于預測高級別膠質瘤MGMT啟動子甲基化狀態。

MGMT是一種廣泛存在于真核細胞的DNA修復酶，它能特異性地從DNA中鳥嘌呤的O6位置上去除致突變的烷基，從而保護腫瘤細胞免受烷化劑的影響，作為烷化劑化療藥物的靶點，其高表達會降低藥物敏感性[18,19]。MGMT基因啟動子CpG島甲基化將引起MGMT表達缺失，導致細胞內MGMT含量降低，從而使腫瘤對替莫唑胺反應良好。有研究發現，30%～60%的膠質母細胞瘤伴有MGMT啟動子甲基化[18]，腫瘤內MGMT啟動子甲基化的存在與接受烷化劑治療的膠質母細胞瘤患者較長的無進展生存期和總生存期相關[4,5]。

高級別膠質瘤中壞死成分是腫瘤快速增殖造成的慢性缺血性損傷所致，被認為是生長迅速的惡性生物學行為征象。一項臨床前模型研究顯示，MGMT啟動子甲基化的細胞生長增殖速度較慢，不易發生缺血壞死[20]。本研究中MGMT啟動子甲基化組的高級別膠質瘤壞死比例較非甲基化組低，這與既往研究一致[6,21]。在強化方式上，本研究發現MGMT啟動子甲基化HGGs可能因為有較少的壞死成分而更易呈厚壁、結節狀及實性強化，而非甲基化HGGs則因壞死成分較多而多呈薄壁環形強化，也與既往研究一致[7,21]；但本研究采用VASARI特征集，通過量化的方法定量描述腫塊的壞死比例及強化方式，可能會更有助于MGMT啟動子甲基化狀態的預測。

擴散加權成像可提供有關腫瘤結構的信息，間接反映了水分子運動，因為大多數水分子運動發生在細胞外空間，故細胞密度越大，擴散越受限。既往研究表明，MGMT啟動子甲基化GBM的ADC值高于非甲基化GBM[22]，平均ADC值與MGMT啟動子甲基化比率呈正相關[23]。本研究發現MGMT非甲基化高級別膠質瘤相比甲基化擴散更受限，與文獻報道相符，這可能與MGMT啟動子非甲基化膠質瘤異質性更高有關。

DSC-PWI是一種常用的灌注方法，它利用靜脈團注順磁性對比劑通過微血管時形成的局部磁場不均勻而導致T2WI信號強度的降低來計算腦組織或腫瘤組織的相關參數。既往研究表明，rCBV與膠質瘤病理級別有顯著相關性，是腫瘤血管生成的替代指標，為DSC-PWI中最有效的成像參數[14,15]。一項使用GBM細胞株的研究發現MGMT啟動子非甲基化細胞表達更多的血管內皮生長因子A(Vascular endothelial growth factor A,VEGFA)[20]，VEGFA是促進血管生成的主要介質之一，所以可以推測MGMT啟動子非甲基化腫瘤為促血管生成的表型。Ryoo等[24]對25例GBM進行半自動分割，發現MGMT啟動子甲基化陽性組GBM的CBV值顯著低于陰性組，AUC為0.677，敏感度和特異度分別為73.3%和85.7%。本研究選用熱點法和最大層面ROI勾畫，結果顯示MGMT啟動子非甲基化高級別膠質瘤組的rCBVmax和rCBVmean均較甲基化組明顯偏高，差異有統計學意義(P<0.05)，與Ryoo等[24]的研究結果相符，本研究樣本量更大并通過手動勾畫的方法，預測MGMT啟動子甲基化狀態更可靠。

本研究結果顯示，壞死比例和rCBFmean為判斷高級別膠質瘤MGMT啟動子甲基化狀態的獨立危險因素，聯合兩者診斷的AUC為0.897，優于任一單一參數。壞死為常規MRI特征中反映腫瘤侵襲性的征象，CBV為DSC-PWI中最能反映腫瘤血管生成的參數，本研究聯合結構和功能上的兩種方法，能夠更全面地預測高級別膠質瘤的MGMT啟動子甲基化狀態。

本研究存在以下局限性與不足：首先，樣本量相對較小，并且為回顧性研究；其次，由于放射科醫師肉眼視覺定位及手工繪制感興趣區，結果可能存在偏倚；最后，未能收集全部患者術后的預后信息以便研究高級別膠質瘤MGMT啟動子甲基化狀態與術后生存期的關系，這有待于繼續隨訪及擴大樣本量行進一步研究。