11C-MET PET/CT篩查幕上較低級別膠質瘤IDH和1p/19q分子分型的應用價值

張 姝 王 凱 楊子皓 喬 真 李曉桐 袁磊磊 艾 林

(首都醫科大學附屬北京天壇醫院核醫學科，北京 100054)

膠質瘤是顱內最常見的原發腫瘤。世界衛生組織(World Health Organization，WHO)根據腫瘤的組織病理學特征將膠質瘤分為Ⅰ～Ⅳ級。通常來說WHO Ⅱ級膠質瘤較WHO Ⅲ級膠質瘤預后好。2015年癌癥基因圖譜數據庫對較低級別膠質瘤(lower-grade glioma, LrGG)，包括WHO Ⅱ～Ⅲ級膠質瘤，進行全基因組分子數據分析，結果顯示，與組織學相比，基因表型更能準確地反映腫瘤的生物學行為及預后，并且根據異檸檬酸脫氫酶(isocitric dehydrogenase, IDH)基因突變及1p/19q共缺失狀態將較低級別膠質瘤分為3類：IDH野生型(IDHwild-type,IDHwt)；IDH突變-1p/19q非共缺失型(IDHmutant 1p/19 intact type,IDHmut1p/19qint)以及IDH突變-1p/19q共缺失型(IDHmutant 1p/19q co-deleted type,IDHmut1p/19qdel)。其中IDH野生型膠質瘤預后較差，與IDH野生型膠質母細胞瘤具有相似的基因表型和生物學行為，具有較高的疾病進展風險，其次為IDH突變1p/19q非共缺失型，IDH突變1p/19q共缺失型腫瘤因其對化學藥物治療(以下簡稱化療)較為敏感而預后較好[1]。

分子分型的診斷主要依賴于活檢或手術切除標本，準確性受腫瘤異質性的影響，而且對于無法手術的患者缺乏有效的評價手段，術前影像檢查為無創性評估膠質瘤分子分型的重要的檢查方法，有助于手術方案的制定以及臨床診療決策。目前對于較低級別膠質瘤分子分型的影像學預測，主要集中于常規磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、功能MRI[2-5]，PET相關的研究報道較少。既往研究[6-9]顯示，正電子發射型計算機斷層顯像/電子計算機斷層顯像(positron emission tomography/computed tomography, PET/CT)和PET/MRI能夠輔助診斷膠質瘤、預測病理分級及分子分型。18F-脫氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose,18F-FDG)是目前最常用的正電子顯像劑，但是正常腦皮質及深部核團具有較高的生理性攝取，一定程度上影響對于病變攝取程度的判斷以及輪廓的顯示。氨基酸代謝類顯像劑，包括11C-蛋氨酸(11C-methionine，11C-MET)、 O-(2-[18F]氟代乙基)-L-酪氨酸(O-(2-[18F]-fluoroethyl)-L-tyrosine,18F-FET)，較18F-FDG對于膠質瘤的診斷更具有優勢，尤其是較低級別膠質瘤。既往研究[7，10]顯示，IDH野生型膠質瘤對于11C-MET、18F-FET的攝取較IDH突變型腫瘤攝取更高，這些研究大多納入膠質母細胞瘤，缺乏針對IDH野生型較低級別膠質瘤代謝程度的研究。另外，低級別膠質瘤1p/19q共缺失對于氨基酸代謝的影響仍有一定的爭議[9, 11]。幕上較低級別膠質瘤多見于成人，與幕下膠質瘤存在臨床和分子分型的差異。因此，本研究以幕上較低級別膠質瘤為研究對象，評估11C-MET PET/CT在篩查分子分型中的價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象

將2016年5月至2018年5月于首都醫科大學附屬北京天壇醫院核醫學科術前行11C-MET PET/CT，后經病理確診為幕上LrGG的患者作為研究對象。納入標準：①病理證實為WHO Ⅱ級或WHO Ⅲ級膠質瘤；②初診未經治療患者；③均行IDH基因突變檢測，對于IDH突變型LrGG，均行1p/19q聯合缺失檢測。排除標準：①曾接受過治療的復發病例；②分子檢測結果不完整。根據IDHR132H抗體免疫組織化學染色結果評估IDH狀態，若IDH檢測為陰性，行焦磷酸測序確定IDH基因突變狀態。采用熒光原位雜交技術對染色體1p/19q進行檢測。最終納入37例患者，其中男性23例，女性14例，平均年齡(41.7±18.1)(8～68)歲，其中WHO Ⅱ級膠質瘤23例，WHO Ⅲ級膠質瘤14例。

根據IDH基因以及1p/19q檢測結果，將患者分為IDHwtLrGG、IDHmut1p/19qdelLrGG和IDHmut1p/19qintLrGG 3組。所有患者檢查前均簽署知情同意書。本研究利用的研究信息不含有使受試者的身份被直接識別或通過與其相關的識別物識別的信息，免除倫理審查。

1.2 11C-MET PET/CT顯像

檢查前無需特殊準備。靜脈注射11C-MET 555-740 MBq(10～20 mci)后10～15 min行腦PET/CT顯像。PET/CT掃描儀均采用 Discovery Elite機型(GE公司，美國)。掃描參數： 10 min/床位，采集1個床位。電壓120kV，電流160 mA，層厚3.0 mm。采用CT圖像對PET圖像進行衰減矯正。采用有序子集最大期望值方法進行圖像重建。

1.3 圖像分析

將掃描得到的11C-MET PET/CT圖像傳至Advantage Workstation工作站,由2名有經驗的核醫學科醫師共同閱片，對病灶進行半定量分析。所有病灶對11C-MET的攝取均高于背景攝取值。在病灶攝取增高區域，結合MRI圖像上病灶的范圍，基于42%最大標準攝取值(maximum standardized uptake value, SUVmax)進行半自動勾畫[12]，測量SUVmax、平均標準攝取值(mean SUV, SUVmean)以及標準攝取值峰值(peak SUV, SUVpeak)。在對側正常額頂葉，勾畫新月形的感興趣區，包括灰白質，測量SUVmean，記錄為正常組織標準攝取值(SUV of normal tissue，SUVnormal)。

計算最大腫瘤/正常組織攝取比值(maximum tumor/normal tissue uptake ratio, TNRmax)：SUVmax/SUVnormal,平均腫瘤/正常組織攝取比值(mean TNR , TNRmean): SUVmean/SUVnormal, 以及腫瘤/正常組織攝取比值峰值(peak TNR, TNRpeak):SUVpeak/SUVnormal[13]。

1.4 統計學方法

2 結果

2.1 LrGG基因表達情況

37例入組患者中，IDHwtLrGG，共12例，其中間變星形細胞瘤10例，星形細胞瘤1例，間變少突膠質細胞瘤1例；IDHmut1p/19qdelLrGG，共14例，其中少突膠質細胞瘤13例，間變少突膠質細胞瘤1例；IDHmut1p/19qintLrGG，共11例，其中星形細胞瘤8例，間變星形細胞瘤3例。

2.2 不同種類LrGG對于11C-MET攝取的比較

IDHwtLrGG 組TNRmax、TNRmean、TNRpeak最高，其次為IDHmut1p/19qdelLrGG，IDHmut1p/19qintLrGG最低。TNRmax、TNRmean、TNRpeak在3組間差異均具有統計學意義(P<0.05)。詳見表1和圖1。各組患者典型圖像見圖2。

表1 不同種類較低級別膠質瘤對于11C-MET攝取程度比較Tab.1 Comparision of 11C-MET uptake in different types of LrGG

表1 不同種類較低級別膠質瘤對于11C-MET攝取程度比較Tab.1 Comparision of 11C-MET uptake in different types of LrGG

ParametersIDHwt (n=12)IDHmut1p/19qdel(n=14)IDHmut1p/19qint(n=11)HPTNRmax5.25±1.643.69±1.222.54(1.70, 3.05)13.6960.000TNRmean3.03±0.962.03±0.651.38(0.93, 1.66)15.3140.001TNRpeak3.53±1.172.61±0.871.65(1.00, 2.01)13.6540.001

11C-MET: 11C-methionine; LrGG：lower-grade glioma；IDHwt：isocitric dehydrogenase wild type； IDHmut1p/19qdel：IDH mutant-1p/19q co-deleted type；IDHmut1p/19qint：IDH mutant-1p/19q intact type；TNRmax： maximum tumor/normal tissue uptake ratio；TNRmean：mean tumor/normal tissue uptake ratio；TNRpeak ：peak tumor/normal tissue uptake ratio.

圖1 不同分子亞型較低級別膠質瘤半定量參數比較Fig.1 Comparison of semiquantitative parameters in different molecular subtypes of lower-grade gliomas

圖2 不同分子分型較低級別膠質瘤的典型圖像Fig.2 Typical images of lower-grade glioma with different molecular types

2.3 11C-MET PET/CT篩查 LrGG IDH基因突變的效果評價

IDHwtLrGG組的TNRmax、TNRmean、TNRpeak均高于IDHmutLrGG組，差異具有統計學意義(P<0.05)，詳見表2。ROC曲線顯示，單參數中，TNRmean對IDH基因突變具有較高的篩查效能，曲線下面積(area under the curve, AUC)為0.847，以1.84為閾值，靈敏度、特異度和準確率分別為64.0% 100%和75.5%。以IDH基因突變為因變量，TNRmax、TNRmean及TNRpeak為自變量，通過Logistic多因素回歸分析建立聯合篩查模型，篩查模型為logitP=6.716+6.237TNRmax-25.832TNRmean+9.886TNRpeak，篩查的AUC值為0.943，靈敏度、特異度和準確率分別為100%、83.3%和94.6%，模型篩查結果明顯優于各項指標單獨使用的結果。詳見表3、圖3A。

2.4 11C-MET PET/CT篩查IDH突變型LrGG 1p/19q染色體共缺失的效果評價

IDHmut1p/19qdel的TNRmax、TNRmean、TNRpeak顯著均高于IDHmut1p/19qint(P<0.05)，詳見表4。ROC曲線顯示單參數中，TNRpeak篩查1p/19q染色體共缺失效能最佳，AUC為0.812，以2.02為閾值，靈敏度、特異度和準確率分別為78.6%、81.8%和80.0%。通過Logistic多因素回歸分析建立聯合篩查模型，篩查模型為logitP=-0.728+0.141TNRmean+0.318TNRpeak，篩查的AUC值為0.792，靈敏度、特異度和準確率分別為85.7%、72.7%和80.0%。與單參數TNRpeak比較，靈敏度提升，但特異度下降，準確率相近。詳見表5、圖3B。

表2 IDH野生型和突變型較低級別膠質瘤對于11C-MET攝取程度比較Tab.2 Comparison of 11C-MET uptake between IDHwt LrGG and IDHmut LrGG

表3 11C-MET PET/CT篩查LrGG IDH基因突變的效能Tab.3 Performance of 11C-MET PET/CT in screening IDH gene mutation

表4 IDHmut1p/19qdel與IDHmut1p/19qint LrGG之間11C-MET攝取程度比較Tab.4 Comparison of 11C-MET uptake between IDHmut1p/19qdel LrGG and IDHmut1p/19qintLrGG

表4 IDHmut1p/19qdel與IDHmut1p/19qint LrGG之間11C-MET攝取程度比較Tab.4 Comparison of 11C-MET uptake between IDHmut1p/19qdel LrGG and IDHmut1p/19qintLrGG

Parameters IDHmut1p/19qdel(n=14)IDHmut1p/19qint(n=11)ZPTNRmax3.69±1.222.54(1.70, 3.05)-2.2450.025TNRmean2.03±0.651.38(0.93, 1.66)-2.4640.013TNRpeak2.61±0.871.65(1.00, 2.01)2.6280.008 IDH: isocitric dehydrogenase; IDHmut1p/19qdel:IDH mutant-1p/19q co-deleted type;IDHmut1p/19qint:IDH mutant-1p/19q intact type;LrGG: lower-grade glioma; 11C-MET: 11C-methionine; TNRmax:Maximum tumor/normal tissue uptake ratio;TNRmean:Mean tumor/normal tissue uptake rati-o;TNRpeak :peak tumor/normal tissue uptake ratio.

表5 11C-MET PET/CT篩查1p/19q共缺失的效能Tab.5 Performance of 11C-MET PET/CT in screening 1p/19q co-deletion

圖3 單參數以及聯合診斷模型的ROC分析Fig.3 ROC curves of single parameter and LR model

3 討論

IDH基因突變以及1p/19q共缺失狀態是與較低級別膠質瘤治療、預后相關的重要分子標志。術前預測LrGG的分子分型有助于臨床制定個體化治療方案。本研究根據IDH基因突變以及1p/19q共缺失狀態，對不同分子分型LrGG的11C-MET代謝程度進行比較，所使用的半定量參數為腫瘤/正常組織放射性比值，與SUV值比較，可以消除個體因素及不同顯像儀器的影響。結果顯示，IDHwtLrGG對11C-MET的攝取最高，其次為IDHmut1p/19qdelLrGG，IDHmut1p/19qintLrGG攝取最低，11C-MET PET/CT可用于篩查IDH突變以及1p/19q的共缺失狀態。

IDH基因突變在成年人少突膠質細胞瘤和星形細胞瘤中的突變率>50%[14-15],本研究入組病例中，68%(25/37)的病例具有IDH突變，與既往文獻[12-13]一致，同時發現IDH野生型LrGG在WHO Ⅲ級膠質瘤更為多見，因此LrGGIDH突變發生率與病理學分級可能存在一定的相關性。既往關于PET預測膠質瘤IDH突變的研究中，大多數研究對象包括膠質母細胞瘤。通常認為，IDH野生型膠質瘤對于18F-FDG、11C-MET、18F-FET、[18]F -L-6-氟-3,4-二羥基苯丙氨(6-[18F]fluoro-L-3,4-dihydroxyphenylalanine,18F-FDOPA)以及11C-choline的攝取均高于IDH突變型[7, 9-10, 16-18]。少部分研究[11,15]以較低級別膠質瘤為研究對象。如Okita等[15]納入了40例較低級別膠質瘤，發現11C-MET 的攝取程度與IDH突變無相關性。Riva等[11]研究顯示，在11C-MET PET/CT顯像中，IDH野生型LrGG具有較高的SUVmax以及放射性攝取比值(SUVratio),本研究結果與后者相一致，IDHwtLrGG的TNRmax、TNRmean、TNRpeak均高于IDHmutLrGG。其中，TNRmean診斷效能相對較高，以1.84為閾值，AUC為0.847，準確率為75.7%，聯合診斷模型能夠進一步提高診斷效能，靈敏度、特異度和準確率分別為100%、83.3%和94.6%。既往文獻[1,19]報道大部分野生型較低級別膠質瘤，比如具有EGFR擴增或TERT基因突變的腫瘤，與原發膠質母細胞瘤具有相近的生物學行為和分子表型，具有較高的侵襲性。目前常規及功能磁共振研究結果顯示，IDH野生型較低級別膠質瘤血-腦脊液屏障破壞的比率更高，并且具有較高的細胞密集度和血流灌注，這些因素均與蛋氨酸的攝取相關，因此表現為更高的代謝活性[20-21]。

對于IDH突變型較低級別膠質瘤，1p/19q共缺失型少突膠質細胞瘤，對化療更為敏感，預后較好。術前使用無創性影像評估1p/19q共缺失狀態對于手術方案的制定、化療和放射治療(以下簡稱放療)方法的選擇以及預后評估具有重要意義，尤其是對于不能實現最大程度安全切除的腫瘤，具有更重要的參考價值。常規MRI的T2/Flair不匹配征對于1p/19q共缺失的預測具有一定的參考價值，特異度可達100%，但是靈敏度差，為10.9%～51%[4, 22-23]。11C-MET、18F-FET PET可用于預測1p/19q共缺失[9，11，24-26]，如Jansen等[24]研究發現在18F-FET PET/CT顯像中，1p/19q共缺失膠質瘤TNRmax、TNRmean以及生物腫瘤體積均顯著高于1p/19q非共缺失的膠質瘤。11C-MET PET與1p/19q共缺失的相關性仍存在一定的爭議，一些研究者[9, 25-26]認為具有1p/19q共缺失的低級別膠質瘤具有更高的代謝，并且在WHO Ⅱ級膠質瘤中差異更為顯著。但是，Riva等[11]對96例術前接受11C-MET PET/CT顯像的LrGG患者進行研究的結果顯示，1p/19q共缺失型腫瘤具有更低的相對放射性攝取值，考慮可能受IDH基因突變的影響，1p/19q非共缺失LrGG具有更高的IDH野生型的概率，尤其是間變性星形細胞瘤，對11C-MET具有較高的攝取。本研究同時結合IDH基因突變和1p/19q共缺失狀態進行分類，消除了IDH基因突變的影響，同樣發現1p/19q共缺失型膠質瘤具有較高的相對放射性攝取值，在本研究中，IDHmut1p/19qdel型膠質瘤均為少突膠質細胞瘤，既往研究[26]顯示，少突膠質細胞瘤較星形細胞瘤具有較高的細胞密集度和微血管密度以及L-氨基酸轉運體的數量，導致其對于MET高攝取。需要指出的是，少突膠質瘤代謝增高并不意味著其細胞增殖活性增高。本研究中單參數TNRmean、TNRpeak具有相對較高的診斷效能，具有較高的準確率。但是多參數聯合分析并不能提高對于1p/19q共缺失的診斷效能。PET/MRI為一種多模態、多參數成像方式，能夠同時提供腫瘤的形態、彌散、血流灌注及代謝信息，有望成為提升1p/19q共缺失篩查效能的檢查手段，可行進一步探索。

總之，對于較低級別膠質瘤，11C-MET PET半定量參數與IDH基因突變以及1p/19q共缺失狀態具有相關性，具有較好的篩查效能，多參數聯合分析能夠提高對于IDH基因突變的診斷準確率。本研究樣本量較小，對于11C-MET PET在篩查較低級別膠質瘤分子分型預測中的價值進行了初步探索，未來需要更大的研究隊列驗證本結果。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明張姝：提出研究思路，設計研究方案，數據分析，撰寫論文；王凱：數據采集獲取；楊子皓：數據采集獲取；喬真：數據分析；李曉桐：數據分析；袁磊磊：審定論文;艾林: 審定論文，總體把關。