酰胺質子轉移加權成像評估高級別膠質瘤異檸檬酸脫氫酶基因狀態

陳永露，謝新鳳，梅穎潔，楊粵龍，吳曉玲，劉紅軍，黃 飚*

(1.廣東省醫學科學院 廣東省人民醫院放射科，廣東 廣州 510080；2.飛利浦醫療保健事業部，廣東 廣州 510080)

膠質瘤是最常見的原發性腦腫瘤，其中約50%以上為高級別膠質瘤，患者預后較差[1]。2016年版WHO中樞神經系統腫瘤分類標準中，對于膠質瘤增加了一個分子學標志物——異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase, IDH)[2-3]。IDH突變型高級別膠質瘤患者預后優于IDH野生型[4]。研究[1]發現IDH突變型和野生型間變性星形細胞瘤患者的生存期分別為65個月及31個月，IDH突變型和野生型膠質母細胞瘤患者的生存期分別為20個月及15個月。無創預測IDH基因型對膠質瘤患者診療及預后有重要意義。MR酰胺質子轉移加權(amide proton transfer weighted, APTw)成像屬化學交換飽和轉移(chemical exchange saturation transfer, CEST)成像的一種[5]，可無創探測組織中游離蛋白質及多肽鏈上酰胺質子與水氫離子交換速率，進而對疾病進行診斷[6]。本研究探討高級別膠質瘤APTw成像信號變化與腫瘤IDH基因型的關系，以期在術前提供IDH基因信息，為臨床決策提供依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年5月—2018年3月本院因疑診膠質瘤而接受頭顱MR平掃、增強及APTw成像檢查并經手術病理證實為高級別膠質瘤的25例患者，其中IDH野生型組16例，IDH突變型組9例，其一般情況見表1。所有患者MR檢查前未接受任何治療及干預；排除有金屬物置入史、神志不清、幽閉恐懼癥及因運動偽影而無法達到診斷要求者。

1.2 儀器與方法 采用Philips Ingenia 3.0T MR儀，15通道頭部線圈。掃描序列包括軸位T1W、T2WI-FLAIR，增強T1W及APTw。采用三維TSE-Dixon序列對全腫瘤層面行APTw成像，2個射頻發射源交替用于飽和脈沖。飽和脈沖強度2 μT，持續時間2 s。通過多次采集TSE-Dixon掃描獲得APTw頻率序列(±3.5、±3.42、±3.58、-1 540 ppm)。在±3.5 ppm處采集3個不同TE獲得用于校正磁場不均勻性的B0圖。成像參數：TR 5 775 ms，TE 6 ms，FOV 212 mm×182 mm×40 mm，體素1.8 mm×1.8 mm×4.4 mm，掃描時間6 min 15 s。

1.3 APTw圖像分析 采用Philips磁共振儀自帶軟件自動重建B0校正ATPw圖像。在APTw圖像±3.5 ppm處計算偏置磁化轉移率(asymmetric magnetization transfer ratio， MTRasym)：MTRasym(3.5 ppm)=Ssat(-3.5 ppm)/S0-Ssat(+3.5 ppm)/S0，其中Ssat及S0分別為有和無射頻的成像信號強度。所得MTRasym值定義為APT值，APT值越大，APT信號越高。由1名有20年以上神經影像學診斷經驗的醫師在不知病理結果的情況下獨立分析圖像。于T2WI-FLAIR圖像上逐層勾畫腫瘤實質部分，在APTw圖像上獲得相應層面腫瘤實性部分為ROI，避開常規序列中發現的血管、囊變、壞死區及易出現磁敏感偽影區，逐層測量APT值(圖1、2)，計算各層均值。間隔1周后由同1名醫師以同樣方法再次測量APT值。

1.4 病理及分子檢查 對膠質瘤手術標本進行標準化處理，依據2016年版WHO中樞神經系統腫瘤分類進行定性和分級。將術后腫瘤組織固定、包埋、切片，切片厚度10 μm。采用ABI3500Dx測序儀對PCR產物進行測序。IDH1野生型：IDH1基因394位堿基為CC，395位堿基為GG，132位密碼子為CGT，氨基酸為R/R。IDH1突變型：IDH1基因395位堿基發生G>A突變，導致精氨酸被組氨酸取代。

表1 IDH野生型和突變型患者一般資料

圖1 患者女，47歲，膠質母細胞瘤(IDH突變型，WHO Ⅳ級) A.腫瘤主體位于左側額頂葉，腫瘤實性成分T1WI呈低信號； B.腫瘤實性成分T2WI呈稍高信號； C.增強掃描實性成分輕度不均勻強化，周圍水腫帶未見強化； D.腫瘤實性成分在T2WI-FLAIR呈稍高信號； E.于T2WI-FLAIR圖像中腫瘤實性成分繪制ROI； F.APTw示腫瘤實性區域呈高信號，APT值為1.7% (箭示腫瘤實性成分；箭頭示腫瘤周圍水腫帶) 圖2 患者女，59歲，間變性星形細胞瘤(IDH野生型，WHO Ⅲ級) A.腫瘤主體位于左側頂顳葉，腫瘤實性成分增強掃描呈環形強化，中央見壞死囊變區，周圍水腫帶未見強化； B.腫瘤實性成分在T2WI-FLAIR呈稍高信號，中央囊變壞死呈低信號，于T2WI-FLAIR勾畫腫瘤實性成分為ROI(藍色區域)，避開囊變壞死區； C.APTw圖像腫瘤實性區域呈高信號，APT值2.18% (箭示腫瘤實性成分；箭頭示腫瘤周圍水腫帶)

2 結果

IDH突變型組9例中，4例腫瘤僅累及單一腦葉，其中額葉2例，顳葉1例，島葉1例；另5例為跨腦葉生長。IDH野生型組16例中，9例腫瘤累及單一腦葉，其中頂葉4例，額葉3例，顳葉1例，枕葉1例；7例腫瘤跨腦葉生長，其中2例位于中線區。

IDH突變型(圖1)腫瘤信號尚均勻，其實性成分呈T1WI低信號，T2WI-FLAIR高信號(較周圍水腫稍低)，強化不均勻，部分區域強化較弱，APTw圖像呈高信號，較瘤周水腫組織信號明顯增高。IDH野生組(圖2)腫瘤內信號混雜，常規序列圖像顯示腫瘤內多發斑片狀、類圓形長T1長T2信號，T2WI-FLAIR呈稍高、等信號，強化不均勻，APTw圖像腫瘤實性成分表現為高信號，較對側正常腦白質明顯增高。

IDH野生型組及IDH突變型組APT值分別為(3.21±0.82)%和(2.23±0.72)%，差異有統計學意義(t=2.98，P<0.05)；觀察者內測量可重復性高(ICC=0.919)。

鑒別IDH突變型和IDH野生型的ROC曲線見圖3，AUC為0.84(P<0.05)，APT值閾值為2.12%，診斷IDH野生型的敏感度為93.8%，特異度為66.7%。

3 討論

不同高級別膠質瘤對放射治療的敏感性、耐藥性、術后復發及患者總體生存時間差異很大，腫瘤IDH突變狀態對患者預后更有至關重要的影響。本研究觀察高級別膠質瘤患者術前APTw成像與IDH突變類型，發現IDH野生型膠質瘤APT值明顯高于IDH突變型，提示APTw成像可在術前無創預測高級別膠質瘤患者IDH突變狀態。

APTw成像是一種新型MR分子功能成像方法，在給予細胞內蛋白質和多肽的酰胺質子特定頻率飽和脈沖后與周邊水質子進行化學交換，將部分飽和質子的能量轉移到水質子，通過探測水質子信號改變來反映APTw信號強弱[5]。現階段APTw成像研究主要集中于腦部疾病[6-7]，包括腦卒中、腫瘤和神經退行性疾病等。已有多項研究證實APTw成像可為膠質瘤術前分級[8-10]及治療效果評價[11]提供重要信息。由于膠質瘤腫瘤細胞排列致密及過度增殖的病理生理學行為導致其過度表達蛋白質和多肽[12]，故腫瘤區域APTw成像表現為高信號。

2016年WHO中樞神經系統腫瘤分類首次引入分子參量，促進了腦腫瘤的臨床、實驗室檢查、影像學及流行病學研究[1,3]，其中IDH在膠質瘤分類中尤為重要。Verhaak等[13]研究發現IDH與膠質瘤的預后有密切關系，IDH突變型膠質瘤患者較IDH野生型患者有較長無進展生存期，對高級別膠質瘤患者的預后有較高的預測價值。IDH1表達于細胞質和過氧化物酶體，是三羧酸循環中的一種關鍵限速酶，2008年有學者[14]在癌癥基因組測序計劃中發現IDH1基因突變與膠質瘤關系密切。本研究中分子學檢測主要根據IDH1基因相應堿基位點是否出現突變，基因突變后，三羧酸循環過程受阻，腫瘤增殖細胞蛋白質和多肽表達減少[14]。目前對膠質瘤患者IDH突變的檢查方法多為手術或活檢后的基因及DNA檢測，均屬于有創檢查。盡管有學者[15]通過改良2D-MRS參數及波譜解析技術，實現了因IDH基因突變積累的產物2-羥基戊二酸的在體評估，以了解其突變狀態，但2-羥基戊二酸體濃度很低，需制作專用體模及專用的MRS分析軟件，所得結果的可靠性尚需探索，使得MRS評估IDH基因狀態的臨床應用受限。近年來，隨著影像組學的發展，Zhang等[16]從常規序列中提取2 970個影像特征與臨床數據整合產生的模型在實驗組和驗證組中判斷IDH基因狀態準確率分別為86%和89%；但由于樣本量及不同儀器影像特征一致性等問題，還需進行更廣泛的多中心研究。本研究發現高級別膠質瘤IDH野生型組APTw信號明顯高于IDH突變型組，與膠質瘤的分子學水平相關研究結果[1,12]相符。Jiang等[17]對27例WHO Ⅱ級膠質瘤患者進行APTw分子影像學研究，發現基于多個ROI，IDH野生型組的最大和最小APT值以及平均APT值均明顯高于IDH突變型；Paech等[18]采用7.0T MR掃描儀對31例膠質瘤(低級別膠質瘤6例，高級別膠質瘤25例)患者行CEST成像，同樣發現IDH野生型組APT值明顯高于IDH突變型組。

圖3 APT值鑒別IDH突變型和IDH野生型的ROC曲線

高級別膠質瘤MRI表現多樣，增強掃描多呈不規則環形或花環樣強化，但有1/3高級別膠質瘤表現為不強化腫塊[19]。Togao等[9-10]在腫瘤強化區選取ROI，若無強化時選取T2WI高信號區，因ROI選擇標準不一致，結果準確性受到影響。本研究以全腫瘤T2WI-FLAIR圖像腫瘤稍高信號實性成分區域為標準，于APTw圖像中對應腫瘤實性成分為ROI獲得APT值，包括腫瘤大部分實性區域及少許水腫，囊括腫瘤所在每一個層面，較既往研究的單層測量，更能體現基因突變后蛋白質及多肽表達的整體情況，發現以APT值=2.12%為閾值，診斷IDH野生型的敏感度達93.8%。本研究結果提示，在后續膠質瘤復查隨訪中，采用常規序列及APTw成像可提供更多腫瘤治療后改變的有效信息。但本研究所獲結果的特異度僅為66.7%，可能與樣本量偏小、且研究對象均為高級別膠質瘤、腫瘤表達蛋白較多有關，后續將繼續增加樣本量并納入低級別膠質瘤進一步觀察。

總之，作為一種有價值的生物標志物成像方法，APTw成像具有無創、無輻射、無需對比劑且分辨率高等優點，可在術前預測高級別膠質瘤患者IDH突變狀態，為臨床提供有價值的信息。