磁共振征象評估間變性星形細胞瘤異檸檬酸脫氫酶-1突變狀態的研究

柯曉艾，張巧瑩，周青，韓蕾，張文娟，周俊林

間變性星形細胞瘤(anaplastic astrocytoma，AA)為世界衛生組織(World Health Organization，WHO )定義的Ⅲ級腦腫瘤，約占腦惡性膠質瘤患者的12%～34%[1]。高級別腦膠質瘤常呈浸潤性生長，與周圍正常腦組織無明確邊界，在接受手術治療時難以完全切除。隨著腫瘤分子生物學的發展，大量研究表明異檸檬酸脫氫酶-1 (isocitrate dehydrogenase 1，IDH-1)的突變狀態與腦膠質瘤的發生、生化代謝以及疾病發展有密切關聯[2]，IDH-1基因突變的腦膠質瘤患者較IDH-1野生型預后更好[3]。2016版WHO將IDH-1加入到了中樞神經系統腫瘤的分類當中，將其作為腫瘤分類的重要因素之一[4]。近年來針對IDH-1突變的靶向藥物研發取得了較大的進展，且部分藥物已進入臨床階段[5]。根據IDH-1基因突變的狀態對間變性星形細胞瘤分類，可以幫助臨床醫生對腫瘤預后進行評估，并制訂個體化治療方案以及預測治療效果。因此，如何在術前診斷腫瘤是否發生IDH-1突變具有非常重要的臨床價值。筆者旨在探討磁共振征象在術前評估間變性星形細胞瘤IDH-1突變狀態中的價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2016年3月至2018年6月我院經手術病理證實的45例間變性星形細胞瘤患者的臨床及影像資料，其中男24例，女21例，年齡12～74歲，平均46.5歲。納入標準：術前未經化療新診斷的間變性星形細胞瘤；術前進行MR常規及功能序列掃描，包括T1WI、T2WI、液體反轉恢復序列(fluid attenuated inversion recovery，FLAIR)、增強T1WI、擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)。排除標準：影像學資料不完整；病理切片缺損；基因測序結果無效。所有患者均于檢查前簽署了知情同意書。

1.2 儀器與方法

使用Siemens 3.0 T Verio MR掃描儀，所有患者術前行常規T1WI、T2WI、T2WI-FLAIR，DWI序列，平掃后均行增強掃描。掃描序列及參數：GRE：T1WI，TR 550 ms，TE 11 ms，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm，視野(FOV) 260 mm×260 mm，矩陣256×256；TSE：T2WI，TR 2200 ms，TE 96 ms，回波時間10 ms，回波鏈長度8，激勵次數2。T2WI-FLAIR，TR 9000 ms，TE 110.0 ms，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm；DWI (SE序列)：TR 4500 ms，TE 98 ms，層厚5.0 mm，層距1.5 mm，矩陣256×256，b值=0、1000 s/mm2。增強掃描經肘靜脈團注Gd-DTPA，劑量0.1 mmol/kg，流速3 ml/s。

1.3 圖像分析及測量

所有病例圖像均采取盲法分析，由2名從事MRI影像診斷工作10年以上經驗豐富的影像診斷醫師完成，分別記錄腫瘤發生部位、信號、病變個數、大小、邊界、瘤周水腫、是否囊變壞死、出血以及對比增強情況，當意見不一致時進行協商統一結果。其中，腫瘤的部位采用腫瘤主體所占據位置，可分為額葉，顳葉，頂葉，枕葉，并將其分為左右兩側。病變個數分為單發或多發(2個及以上)病灶。腫瘤邊界分為清楚或模糊。囊變壞死為與腦脊液信號相似的囊性病灶。腫瘤大小記錄為其實性部分最大徑。水腫定義為在T2WI和FLAIR圖像上為高信號但增強掃描無強化區，同時記錄水腫最大徑。增強：低于海綿竇為輕度強化，類似海綿竇但腫瘤內部結構可辨認為中度強化，腫瘤內部結構不能辨認為重度強化[6]。最小表觀擴散系數值(minimal ADC，mADC)值測量需根據T1WI、T2WI以及增強圖像確定病變實性成分，于信號最低區域取繪制感興趣區，并避開病灶內肉眼可見的囊變壞死、出血及水腫區，并取對側正常區域ADC值標準化最小表觀系數(ratio of minimal ADC，rmADC)。感興趣區(region of interest，ROI)面積取10～20 mm2，于b=1000 s/mm2下，每一腫瘤測量3次取平均值。

1.4 病理分析

所有病例均行手術切除治療，切除標本徑4%甲醛溶液固定24 h，常規脫水，浸蠟包埋、切片，行HE染色及免疫組織化學染色。IDH-1突變檢測：聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction，PCR)擴增測序。

1.5 統計學方法

本研究所有研究數據均采用SPSS 23.0統計軟件進行分析。計量資料以±s表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，計數資料比較采用χ2檢驗或Fisher確切概率法，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 腫瘤發病年齡、性別、部位及定性MRI征象

間變性星形細胞瘤中IDH-1突變型好發于右側額葉，IDH-1野生型好發于左側額葉，兩組間有統計學差異(P＜0.05)。IDH-1突變型者囊變壞死占45%，野生型者占75%，兩組間有統計學差異(P＜0.05)。強化程度為無強化、輕度強化、中度強化、重度強化者IDH-1突變型分別占比25%、50%、20%、5%，IDH-1野生型分別占比8%、12%、52%、28%，兩組間有統計學差異(P＜0.05)。IDH-1突變型腫瘤與IDH-1野生型腫瘤的發病性別、平均年齡、腫瘤個數、邊界、是否出血等征象，經卡方檢驗及t檢驗，均為P＞0.05(表1，圖1、2)。

圖1 男，58歲，右側額葉間變性腦膠質瘤IDH-1突變型。A～E：示右側額葉稍長T1，稍長T2信號影，病灶內見小片狀長T1、長T2信號影，最大徑4.8 cm，DWI呈等低信號，ADC呈高信號，增強掃描未見強化，病灶邊界尚清，周圍未見明顯水腫帶。mADC=1.12×10-3 mm2/s，rmADC=0.14×10-3 mm2/s。F：示瘤細胞增生密集，胞漿嗜酸，核漿比增大，核深染，異型性明顯，核分裂象多見 圖2 女，57歲，左側額葉間變性腦膠質瘤IDH-1野生型。A～E：示左側額葉囊實性占位，實性成分呈稍長T1、稍長T2信號影，囊性成分呈長T1、長T2信號影，最大徑8.2 cm，實性成分于DWI呈高信號，ADC呈等稍低信號影，增強掃描病灶不均勻明顯強化，周圍水腫明顯，mADC=0.83×10-3 mm2/s，rmADC=0.12×10-3 mm2/s。F：瘤細胞增生密集，胞漿嗜酸，核漿比增大，核深染，異型性明顯，核分裂象多見Fig. 1 Male, 58 years old, right frontal anaplastic glioma IDH-1 mutant. The right frontal lobe of A—E is slightly longer than T1, and the T2 signal is slightly longer. The lesion has a small T1 and long T2 signal, and the maximum diameter is 4.8 cm. The DWI is low signal, the ADC is high signal, and the enhanced scan is not enhanced. The border of the lesion was still clear, and no obvious edema band was seen around. mADC=1.12×10-3 mm2/s, rmADC=0.14×10-3 mm2/s. F: The tumor cells are densely proliferated, the cytoplasm is acidophilic, the nucleoplasmic ratio is increased, the nuclear is deeply stained, the atypia is obvious, and the mitosis is more common. Fig. 2 Female 57 years old, left frontal anaplastic glioma IDH-1 wild type. The left frontal lobe of A—E has a large cystic solid space. The solid component is slightly longer T1 and slightly longer T2 signal. The cystic component is long T1 and long T2 signal, the maximum diameter is 8.2 cm, and the solid component is high on DWI. Signal, ADC showed a slightly lower signal shadow, enhanced scan lesions were unevenly enhanced, and the surrounding edema was obvious. mADC=0.83×10-3 mm2/s, rmADC=0.12×10-3 mm2/s. F: The tumor cells are densely proliferated, the cytoplasm is acidophilic, the nucleoplasmic ratio is increased, the nuclear is deeply stained, the atypia is obvious, and the mitosis is more common.

表1 間變性星形細胞瘤的主要臨床資料及定性MRI征象Tab. 1 Main clinical data and qualitative MRI signs of interstitial astrocytoma

表2 間變性星形細胞瘤MRI定量指標Tab. 2 Quantitative MRI index of anaplastic astrocytoma

2.2 定量MRI征象

IDH-1突變組腫瘤平均最大徑(50.01±19.11) mm，IDH-1野生組腫瘤平均最大徑(64.58±11.52) mm，兩組間差異有統計學意義(P=0.013)。IDH-1突變組mADC值均值為(0.84±0.14)×10-3mm2/s，IDH-1野生組mADC值均值為(1.17±0.20)×10-3mm2/s，兩組間差異有統計學意義(P=0.037)。IDH-1突變組rmADC值均值為(0.16±0.04)×10-3mm2/s，IDH-1野生組rmADC值均值為(0.13±0.02)×10-3mm2/s，兩組間差異有統計學意義(P=0.015)。IDH-1突變組腫瘤周圍水腫平均最大徑與IDH-1野生組間差異無統計學意義(P=0.521)(表2)。

3 討論

3.1 IDH-1概述

自2008年Parsons等[7]發現IDH-1突變對腦膠質瘤的發生發展、診斷治療及預后有重要意義以來，大量研究表明IDH-1突變已經成為臨床上公認的預測腦膠質瘤患者預后的生物學指標，WHOⅢ級間變性星形細胞瘤IDH-1突變型和野生型的生存期分別為65個月和20個月。在高級別膠質瘤中IDH-1突變的患者在外科手術完全切除腫瘤可改善預后，而IDH-1野生型患者是否完全切除手術不影響預后[8]。Houillier等[9]發現IDH-1突變可作為影響替莫唑胺臨床療效的獨立預測因素。2016年WHO也首次在腦膠質瘤分類中納入了分子標準。IDHl是三羧酸循環中的關鍵性限速酶，可催化異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸(α-ketoglutarate，α-KG)及二氧化碳，為細胞新陳代謝提供能量，當IDH-1突變時異檸檬酸脫氫酶與底物的結合能力減低，催化NADPH依賴性還原反應使α-KG變成2-羥基戊二酸(2-bydroxyglutarate，2-HG)，如果2-HG在人體中大量蓄積，正常細胞逐漸轉化為惡性細胞，促使腫瘤進一步發展[10]。因此術前評估IDH-1突變狀態可為患者的預后及個體化治療方案的選擇提供必要的臨床價值。

3.2 MRI基本征象對比

有報道IDH-1突變型患者在WHO Ⅱ～Ⅳ級星形膠質細胞瘤中均發生于相對年輕的患者。Hartann等[11]報道WHOⅢ級的腦腫瘤IDH-1突變型較野生型患者年輕6歲。本研究中間變性星形細胞瘤IDH突變組與野生組發病平均年齡無明顯差異，可能與樣本量有限有關。Metellus等[12]報道IDH-1野生型膠質瘤好發于額顳島葉，體積比IDH-1突變型腫瘤大。本研究中IDH突變型腦膠質瘤好發于右側額葉，野生型好發于左側額葉，兩者對比有統計學差異，與既往報道[12-13]一致。通過分析腫瘤的最大直徑、水腫最大直徑、病變個數、腫瘤邊界、囊變壞死、強化程度等MRI征象，本研究發現間變性星形細胞瘤IDH-1野生型腫瘤表現為更大的直徑、更高的囊變壞死率及更顯著的強化程度。目前，較少研究證明膠質瘤的囊變壞死程度與IDH-1突變與否有直接相關性，但既往研究表明IDH-1野生型腦膠質瘤患者的預后較IDH-1突變型患者差[3，9]，有學者研究高級別膠質瘤在術前MRI顯示腫瘤內囊變壞死程度是影響預后的重要因素，這也從側面印證了本研究的結果。在本研究20例IDH-1突變型間變性膠質瘤中，無強化、輕度強化的病例分別為5例和10例，占比約75%，而25例IDH-1野生型間變性膠質瘤中，中度強化、重度強化病例分別為13例和7例，占比約80%。腦腫瘤的強化程度反映了腫瘤組織內的微血管密度，同時也反映了腫瘤的浸潤與增殖程度的情況。有學者認為由于IDH-1突變的膠質瘤內新生血管含量少，在增強掃描時強化程度低，屬于浸潤性和增殖偏低的表型。既往研究也發現在MRI增強掃描中出現強化顯著的間變性星形膠質瘤更易復發，生存期更短。由于IDH-1突變型腦膠質瘤患者比IDH-1野生型患者具有更好的預后及更長的生存期，以上研究也進一步印證了本研究的結果。

3.3 ADC值對比

目前擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)序列可通過評估自由水分子擴散運動幅度的改變，提供腫瘤內部微環境信息。DWI顯示高信號，提示水分子的自由擴散受限，說明腫瘤細胞的密度越高。根據DWI序列獲得的ADC值能對水分子的擴散進行量化評估，其與擴散受限程度呈負相關[14]。有學者研究表明膠質瘤中IDH-1突變型的平均ADC值顯著低于IDH-1野生型[15]。由于高級別膠質瘤組織具有更強的異型性，瘤體常伴有囊變壞死、出血等改變，因此部分學者認為平均ADC常常不能夠準確反映腫瘤細胞的密度和增殖情況。Mabray等[16]研究發現在對腫塊樣脫髓鞘病變與原發性中樞神經系統淋巴瘤和高級別膠質瘤等原發性腦腫瘤的鑒別診斷中，mADC值的效能要高于平均ADC值，mADC值反映了瘤體內的最高密度。本研究中間變性星形細胞瘤IDH野生型的mADC、rmADC值均小于DIH1突變型，兩組間差異有統計學意義。其原因可能是由于IDH-1野生型間變性膠質瘤細胞惡性程度更高，因此具有更高的異型性，細胞密度更高，細胞外間隙更小，導致水分子擴散更明顯，進而mADC、rADC值較IDH-1突變型更低。

3.4 結論與不足

綜上所述，本研究結果顯示常規MRI影像特征可用來術前評估間變性星形細胞瘤的IDH-1突變狀態。IDH-1突變型腫瘤多發生于右側額葉，腫瘤最大直徑、壞死程度、強化程度均低于IDH-1野生型，IDH-1突變型的mADC值、rmADC值高于野生型。通過應用MRI影像特征對IDH-1突變狀態進行預測，能夠更好地指導臨床采用個體化治療方案及預后評估。但是，本研究病例數偏少，且筆者只研究了MRI常規影像參數，并未結合DTI、ASL和MRS等功能成像指標，在以后的研究中，會結合多模態磁共振成像技術來進行術前IDH-1突變狀態的評估，使結果更加豐富、更具有說服力。

利益沖突：無。