基于LASSO回歸的慢性乙型肝炎肝纖維化無創診斷模型的構建及驗證

壯 健， 朱韋文， 張 超

南京醫科大學附屬常州第二人民醫院 超聲科， 江蘇 常州 213000

肝硬化被認為是肝炎進展至肝癌的中間階段，而肝纖維化是肝硬化的早期病變，因此，準確診斷肝纖維化對預防肝硬化進展、降低肝癌發病率和死亡率具有重要的臨床意義[1-2]。肝臟活組織檢查是肝纖維化診斷的“金標準”，但缺點也很明顯，創傷大、并發癥風險高、采樣變異性和成本貴，不適合定期監測[3]。開發新的無創、準確的肝纖維化診斷方法至關重要。前期研究[4]探索了多種血清生物標志物和影像學測量肝臟硬度(liver stiffness measurement，LSM)對肝纖維化診斷的價值。同時，基于臨床信息和生化標志物的血清學模型也被開發應用于肝纖維化診斷，如AST-PLT比率指數(APRI)、FIB-4指數等[5-6]。近期研究[7-8]還發現，二維剪切波彈性成像也可用于無創評估慢性肝病患者的肝纖維化。基于此，本研究進一步建立基于LASSO回歸的慢性乙型肝炎(CHB)相關肝纖維化的無創診斷模型，并進行驗證。

1 對象與方法

1.1 研究對象 納入2019年9月—2021年9月于本院診斷的CHB患者為研究對象，納入標準：(1)年齡>18歲；(2)血清學檢測HBsAg陽性，持續6個月以上；(3)成功獲得肝穿刺活檢和病理結果；(4)臨床資料完整。排除標準：(1)已經確診肝硬化和肝癌、合并嚴重肝功能障礙、自身免疫性肝炎、肝移植；(2)重癥感染、嚴重心肺腎功能障礙、血液系統疾病、胃腸腫瘤；(3)近期大手術、創傷史、長期服用影響肝功能的藥物；(4)妊娠、哺乳期女性。

1.2 研究方法 根據Metavir分期方法[9]將肝纖維化分為5個階段：F0，無纖維化；F1，匯管區有纖維化但無分隔，為輕度纖維化；F2，匯管區有纖維化伴少量分隔，為中度纖維化；F3，有大量分隔但無肝硬化，為重度纖維化；F4，肝硬化。本研究將F0～1歸為無顯著纖維化組，F2～4為顯著纖維化組。

使用SiemensAcusonS2000型彩色超聲診斷儀測量LSM，配套凸面傳感器SC6-1。患者取仰臥位，充分暴露肝臟右葉區域，設置彈性取樣框(約4 cm×3 cm)置于探頭下方1～2 cm處，但不超過肝包膜下5 cm，盡量避開大血管和膽囊。囑患者屏息3～5 s，快速發動一次高強度低頻的脈沖波并接收肝實質隨即產生的橫向剪切波速度，同一位置獲得5次重復、有效測量值，計算平均值作為最終結果。血生化指標包括ALT、AST、ALP、GGT、Alb、Glo、TBil、DBil、PLT、總膽固醇、低密度脂蛋白、Ⅲ型前膠原、Ⅳ型膠原和透明質酸，采用日立3700型全自動生化分析儀及配套試劑完成。

無創血清學評分系統計算方式： APRI=AST(U/L)/正常值上限(40 U/L)×100/PLT(×109/L)，Forns指數=7.811-3.131×ln[PLT(×109/L)]+0.781×ln[GGT(U/L)]+3.467×ln(年齡)-0.014×ln[膽固醇(mmol/L)]，King評分=年齡×AST(U/L)×國際標準化比值(INR)/PLT(×109/L)，FIB-4=年齡×AST(U/L)/[ALT(U/L)1/2×PLT(×109/L)]。

2 結果

2.1 一般資料 共納入CHB患者240例，肝穿刺活檢和病理結果顯示，F0～1期65例，F2期70例，F3期65例，F4期40例，分為顯著纖維化組175例和無顯著纖維化組65例。F3、F4期與F2、F0～1期患者年齡、血清ALT、AST、ALP、GGT、TBil、PLT、Ⅲ型前膠原、Ⅳ型膠原、透明質酸和LSM比較，差異均有統計學意義(P值均<0.05)(表1)。

2.2 CHB肝纖維化的LASSO回歸分析 根據單因素分析差異有統計學意義的指標，基于LASSO回歸共篩選出5個最可能的非零系數特征變量，即透明質酸、Ⅳ型膠原、Ⅲ型前膠原、LSM和PLT(圖1)。

2.3 CHB肝纖維化的多因素logistic回歸分析 多因素logistic回歸分析顯示，透明質酸(OR=1.432)、Ⅳ型膠原(OR=1.243)、Ⅲ型前膠原(OR=1.146)和LSM(OR=1.656)是CHB肝纖維化的獨立危險因素，PLT(OR=0.567)是保護因素(P值均<0.05)(表2)。

2.4 CHB肝纖維化的列線圖模型 根據回歸分析篩選的主要危險因素及對應權重系數，采用R軟件建立列線圖模型(圖2)。

2.5 肝纖維化不同分期患者列線圖模型評分、LSM、APRI、King評分、Forns指數和FIB-4指數的比較 F3和F4期患者列線圖模型評分、LSM、APRI、King評分、Forns指數和FIB-4指數顯著高于F2和F0～1期患者，差異均有統計學意義(P值均<0.05)(表3)。

2.6 列線圖模型的ROC曲線 列線圖模型預測CHB患者肝纖維化的AUC為0.876，顯著高于LSM、APRI、King評分、Forns指數和FIB-4的AUC值，差異均有統計學意義(P值均<0.05)(表4，圖3)。

圖1 CHB肝纖維化的LASSO回歸分析

表1 CHB肝纖維化不同分期患者的一般資料比較Table 1 Comparison of baseline data in patients with chronic hepatitis B-related liver fibrosis at different stages

表2 CHB肝纖維化的多因素logistic回歸分析Table 2 Multivariate logistic regression analysis of HBV liver fibrosis

圖2 CHB肝纖維化的列線圖模型Figure 2 Nomogram model of HBV liver fibrosis

表3 肝纖維化不同分期患者評分系統的比較Table 3 Comparisons of different grading systems in patients with different stages of liver fibrosis

表4 列線圖模型與各評分系統預測CHB肝纖維化的ROC曲線分析Table 4 ROC curve of predicting liver fibrosis in HBV patients by nomogram model and different grading systems

2.7 列線圖模型的Calibration 曲線和Decision曲線 Calibration 曲線顯示列線圖模型的一致性尚可(圖4)。Decision曲線顯示列線圖模型的獲益性尚可，高風險概率值在0.03～0.60(圖5)。

圖3 列線圖模型與各評分系統預測CHB肝纖維化的ROC曲線Figure 3 ROC curve of predicting liver fibrosis in HBV patients by nomogram model and different grading systems

圖4 列線圖模型的Calibration 曲線Figure 4 Calibration curve of nomograph model

圖5 列線圖模型的Decision曲線Figure 5 Decision curve of nomogram model

3 討論

肝硬化的特征是肝纖維化持續進展破壞肝組織結構和功能，肝硬化早期通常是無癥狀的，直到出現肝臟疾病并發癥時才被診斷。肝硬化存在嚴重的并發癥風險，包括腹水、腹膜炎、食管靜脈曲張、肝衰竭和惡性肝腫瘤。血清標志物能夠提供纖維化進展的動態信息，但是沒有任何一種單一標志物能夠準確評估肝纖維化，APRI和FIB-4指數等模型的預測精度還需要進一步提高[10-11]。

肝纖維化被認為是肝硬化的前期階段，準確診斷纖維化對積極預防肝硬化進程至關重要[12-13]。本研究顯示，CHB患者顯著肝纖維化的發生率高達72.9%(175/240)。肝纖維化發生和進展導致肝損傷[14-15]，血清學指標是反映肝功能的重要依據，ALT、AST、ALP、GGT和TBil均是直接反映肝臟功能的客觀指標。肝纖維化和肝硬化導致凝血功能障礙，表現為PLT數量減少和凝血酶原激活[16-18]。Ⅲ型前膠原、Ⅳ型膠原和透明質酸被認為是肝纖維化的敏感性標志物，與肝纖維化的發生和進展密切相關[19-21]。與血清學生物標志物相比，二維剪切波彈性成像在檢測肝纖維化方面具有更好的性能。LSM可直接反映肝組織的硬度，硬度越大提示肝臟彈性越差，纖維化程度越重，與纖維化程度具有較好的一致性[22]。但易受到肥胖、占位性組織、腹水以及檢查者經驗等因素的影響。

本研究建立了一個操作簡單、可視化強的列線圖預測模型。該模型中透明質酸160 ng/mL對應分值為60分，Ⅳ型膠原72 ng/mL對應分值為68分，Ⅲ型前膠原18 ng/mL對應分值為70分，LSM 24 kPa對應分值為90分，PLT 100×109/L對應分值為52分，各項相加得到總分為340分，對應風險大于0.996，提示顯著性肝纖維化發生的概率極高。經ROC、Calibration 和Decision曲線證實列線圖模型有較高的預測效能、較好的一致性和獲益性。推測本研究開發的列線圖模型預測顯著性肝纖維化的臨床應用潛力較大。

綜上所述，利用血清學指標透明質酸、Ⅳ型膠原、Ⅲ型前膠原、PLT和LSM，基于LASSO回歸建立無創列線圖模型作為臨床診斷CHB肝纖維化的量化工具，具有較高的診斷效能、一致性和獲益性，值得推廣應用。當然，本研究也有一定局限性：單中心數據分析，樣本量有限，需要通過多中心、更大樣本量數據對本研究結果進行外部驗證。

倫理學聲明：本研究于2019年8月17日經由南京醫科大學附屬常州第二人民醫院倫理委員會審批通過，批號：2019-C013，并取得患者知情同意。

利益沖突聲明：本研究不存在研究者、倫理委員會成員、受試者監護人以及與公開研究成果有關的利益沖突。

作者貢獻聲明：壯健負責課題設計，資料分析，撰寫論文；張超參與收集數據，修改論文；朱韋文負責擬定寫作思路，指導撰寫文章并最后定稿。