APT在胶质瘤假性进展与复发鉴别中的应用

杨粤龙 黄飚*

高级别胶质瘤约占所有原发性中枢神经系统肿瘤的25%，其中胶质母细胞瘤是最常见的原发性脑肿瘤[1]。目前，高级别胶质瘤标准治疗方案为最大范围安全地手术切除病灶，再辅以放疗或同步放化疗[2]。在随访追踪时，部分胶质瘤病人在T1WI增强影像上可出现肿瘤样强化改变，类似肿瘤复发或进展，但这些改变在治疗结束后会逐渐消失或保持稳定，因此被称为“假性进展”[3]。利用常规MR成像序列评估肿瘤复发和假性进展价值有限，两者均可表现为T1低信号、T2高信号，增强扫描呈不均匀囊实性强化病灶。酰胺质子转移 （amide proton transfer，APT）技术作为一种无创性检查方法可以定量测定内源性蛋白质及多肽的含量，反映肿瘤代谢情况，能较准确区分肿瘤复发和假性进展，本文就APT技术鉴别假性进展与肿瘤复发的研究进展进行综述，以指导临床治疗，改善病人预后。

1 假性进展的病理基础及临床表现

假性进展是胶质瘤治疗后放射性脑损伤主要的表现形式，其损伤程度取决于辐射总剂量和肿瘤分化程度，放疗后脑组织中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）表达增加，继发性引起其他细胞因子如血管内皮生长因子（VEGF）上调[4]，VEGF增加小血管通透性并引起脑水肿，导致慢性炎症反应、慢性氧化应激和神经元结构破坏。化疗药物亦可直接损害神经组织或增强放疗辐射效应而间接引起神经组织损害。约91%的O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（MGMT）基因启动子甲基化的胶质瘤病人会出现假性进展[5]。

假性进展病人通常无临床症状而仅在MRI上表现为强化病灶，但少数病人会因为一过性脑白质炎性脱髓鞘改变而出现一些并发症，包括认知能力下降、亚急性脑干脑炎或嗜睡综合征等。偶尔也会出现内分泌功能障碍如性腺或甲状腺功能减退[6]。而肿瘤复发表现为颅内压升高、恶病质等症状。假性进展只需对症处理，预后较好；肿瘤复发需要再次手术或者更改治疗方案。若将肿瘤复发误诊为假性进展，很可能会耽误病人最佳治疗时机而导致无效治疗。因此，正确区分肿瘤复发和假性进展对于临床治疗方案的选择至关重要。

2 APT鉴别肿瘤复发和假性进展

APT技术是一种基于化学交换饱和转移机制的成像方法，可用于检测组织中低浓度、内源性移动蛋白质和多肽中的酰胺质子 （例如细胞溶质蛋白、内质网蛋白和分泌蛋白）[7]。APT技术通过施加1～5 s的选择性偏共振饱和脉冲，充分预饱和蛋白质和多肽中的酰胺质子，被饱和的酰胺质子可与周围环境中自由水质子进行化学交换，从而使自由水信号下降，通过测量自由水饱和前后信号强度的差异间接反映组织中酰胺质子的化学交换[8]。Zhou等[9]研究发现，通过测量不同饱和脉冲频率时水的信号强度，可以获得一条非对称性曲线，即Z谱曲线，以水峰0ppm（ppm表示10-6）为中心，距离水峰＋3.5ppm处为酰胺质子峰，在此施加偏共振饱和脉冲后，该处水信号下降，提示饱和后的酰胺质子与周围一部分自由水进行了化学交换，证实了APT效应存在。APT转化率可以利用水峰两侧±3.5ppm处的非对称性磁化转移率（magnetization transfer ratio，MTRasym）差值计算，即 MTRasym（＋3.5ppm）-MTRasym（-3.5ppm）。根据该理论，组织中的APT转化率主要取决于游离的酰胺质子含量和酰胺质子与自由水质子交换的速率，交换速率也受组织pH值及温度的影响，pH值及温度降低会导致APT交换速率下降。

假性进展常发生在高级别胶质瘤放疗或同步放化疗后3个月内，神经肿瘤学反应评估标准（response assessment in neuro-oncology working group，RANO）[10]中提出，除非在放射治疗区域以外脑组织出现新发T1WI强化病灶或者强化病灶已得到病理证实，否则在高级别胶质瘤放化疗后3个月内，此强化病灶不应诊断为肿瘤复发或进展。少数假性进展病人原有临床症状会进一步恶化，但大多数病人影像表现和临床症状之间并不匹配，即在常规T1WI增强影像上可表现为明显强化灶，而病人原有临床症状趋于稳定，甚至没有临床症状[11]。假性进展常发生在MGMT基因启动子甲基化的高级别胶质瘤病人中，因为此类病人对烷基化化疗药物如替莫唑胺反应更为敏感[10]。MGMT在DNA损伤的修复过程中起着关键作用，DNA修复机制受损会使细胞更容易受到放疗和化疗药物的毒性作用损害，继发性免疫反应会导致血脑屏障破坏，从而在影像学上表现为假性进展。虽然假性进展多发生在放疗或同步放化疗后3个月内，但也有一些病人发生时间较晚，甚至达数年之久，尤其是使用替莫唑胺和洛莫司汀进行同步放化疗的胶质瘤病人[12]。

蛋白质组学和MR波谱（MRS）研究表明[13-14]，增生活跃的肿瘤组织蛋白质代谢增强，表达蛋白质种类更丰富、含量增加。不同的是，假性进展被认为是在治疗区域及其附近出现的治疗相关炎症反应，可表现为水肿、占位效应和血脑屏障通透性的短暂性增加[10]，引起相应区域细胞破坏和细胞密度降低，细胞质中的游离蛋白质和多肽减少[4]。因此，肿瘤复发时肿瘤细胞密度增高，细胞蛋白质合成增加，但此时pH值及温度变化很小，APT转化率与酰胺质子浓度呈正相关，较对侧正常脑白质呈高信号；而假性进展细胞密度降低，APT转化率也相对较低。这一观点在Park等[15]关于胶质母细胞瘤治疗后反应评估中也得到进一步验证，肿瘤复发病人第90百分位 APT（APT90）转化率为 3.87%～4.01%，而假性进展病人APT90转化率仅为1.38%～1.41%，且差异具有统计学意义（P＜0.05），APT鉴别两者的准确度为83.2%。Park等[16]研究发现，肿瘤复发组APT90转化率为 （2.8±1.4）%，假性进展组 APT90转化率为（0.8±0.9）%，当 APT90转化率临界值为 1.9%时，鉴别两者的准确度为72%。

Wang等[17]利用大鼠动物模型证实，完全性放射性坏死区域的APT信号呈低信号或等信号，而在临床工作中常发现，假性进展病人的APT转化率相对于对侧正常脑白质呈等信号或稍高信号。病理活检证实其APT转化率取决于少量残留或复发的高级别胶质瘤细胞与炎性反应物的混合物，细胞密度低和增殖分化不活跃对诊断假性进展有提示作用。尽管高级别胶质瘤放疗或同步放化疗后组织成分复杂，影响APT转化率的因素较多，但多项研究证实胶质瘤复发的平均APT（APTmean）及最大APT（APTmax）转化率仍高于假性进展病人[15]。 Ma 等[18]对32例高级别胶质瘤术后行标准放化疗3个月的病人进行APT随访，在脑内异常强化区域分别测定APTmean和APTmax转化率，结果发现肿瘤复发组的APTmean和APTmax转化率分别为（2.75±0.42）%和（3.29±0.61）%，而假性进展组则分别为（1.56±0.42）%和（1.95±0.44）%，差异具有统计学意义（P＜0.001）。进一步经受试者操作特征（ROC）曲线分析发现，利用APTmean鉴别两者的最佳临界值为2.42%，此时敏感度和特异度分别为85%、100%，APTmax鉴别两者的最佳临界值为2.54%，敏感度和特异度分别为95%、91.7%。而且，利用APTmean转化率作为影像标志鉴别两者的诊断效能高于APTmax转化率。目前临床上行APT检查的病人大多在3 T MR扫描设备上进行，APT信号强度很弱，为水信号强度的2%～4%。再者，肿瘤与正常脑实质交界处的APT信号强度差异也较小，导致APT影像的空间分辨力相对较低，随着高场多通道相控阵线圈或7 T扫描设备的普及，有助于提高影像信噪比，增加其空间分辨力[19]。

3 APT和其他成像方法在鉴别肿瘤复发和假性进展中的比较

3.1 灌注加权成像 （PWI） 动态磁敏感对比增强（dynamic susceptibility contrast，DSC）-PWI 中常用的指标有相对血容量（rCBV）、相对血流量（rCBF）、平均通过时间（MTT）、达峰时间（TPP），从不同角度反映微血管新生程度及血流灌注状态，与病灶局部血供情况及血管通透性相关。在肿瘤复发时新生血管增加，局部rCBV和rCBF均会增加，而肿瘤进展因为血脑屏障破坏，局部血流量减低，主要表现为低rCBV和rCBF。有研究[20]提出异常强化病灶rCBV＞2.04或者＜0.62可能分别反映肿瘤复发和假性进展，当rCBV在0.62～2.04之间很难区分是肿瘤复发还是假性进展，需要结合其他功能MR成像进一步判断。Patel等[21]对28篇文献进行meta分析，结果显示，病灶rCBV＞2.15可诊断为肿瘤复发，＜0.9可诊断为假性进展。高级别胶质瘤放化疗后病灶区组织成分复杂，放射性损伤组织与复发肿瘤细胞可能共存，rCBV具体的临界值界定还有待进一步研究。动脉自旋标记成像利用动脉血中的水分子进行成像，较DSC-PWI受血脑屏障影响小，能更真实地反映组织的血流灌注情况，但动脉自旋标记成像的信噪比及空间分辨力较低，成像时间长，在临床上应用受到一定限制。受放化疗后血管炎性坏死、血脑屏障破坏、血管不均匀分布的影响，假性进展与肿瘤复发的血流灌注成像有时并无明显差别。肿瘤组织中存在不同发育阶段的血管，不成熟血管可引起对比剂渗漏，易造成rCBV和rCBF高估。而且一些抗血管生成药物如贝伐单抗和化疗药物可直接或间接增加血管的通透性，所以灌注成像也不能准确反映病灶血流灌注的状态。

3.2 MRS MRS利用化学位移原理可定量测定脑组织局部代谢情况，常检测的代谢产物有N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱（Cho）、乳酸（Lac）、脂质（Lip）等。肿瘤复发时细胞增殖活跃，Cho能有效反映细胞膜代谢状态，MRS主要表现有Cho/NAA或Cho/Cr值升高、NAA/Cho值下降。而在假性进展中，放射性炎症反应引起细胞崩解破坏，NAA/Cr和Cho/Cr值均下降，Lac和Lip值升高，随着假性进展程度加重，NAA/Cr值逐渐下降。当放化疗剂量增加或时间延长时，脑组织发生完全性坏死，此时NAA与 Cr、Cho、Lac、Lip均不能检测到， 在 MRS上表现为较平坦的曲线[22]。Chuang等[23]对评价肿瘤的2项常用指标Cho/Cr和Cho/NAA值进行meta分析，发现肿瘤复发组平均Cho/Cr和Cho/NAA值均高于假性进展组，但不同文献对鉴别肿瘤复发与假性进展临界值的报道并不一致。Crain等[24]研究得出Cho/Cr值＞1.54对诊断肿瘤复发有提示作用，此时鉴别肿瘤复发和假性进展的敏感度和特异度分别为66%和79%。Kazda等[25]对39例高级别胶质瘤术后可疑复发的病人进行MRS成像，Cho/Cr值≥0.7时诊断肿瘤复发的敏感度、特异度分别为74.6%、63.2%。Park等[16]对比MRS与APT成像研究发现，病灶区域APT转化率与MRS的Cho/Cr值呈正相关，均能反映细胞的增殖状态，但APT诊断肿瘤复发的准确度为72%，而MRS只有37%，可能是因为APT较MRS能更好地反映整个肿瘤组织的异质性和微环境，而且MRS测量易受研究者主观性影响，兴趣区（ROI）选择的可重复性较低，所选取的ROI也不能代表整个肿瘤组织。尽管回波平面光谱成像可以对全脑代谢情况进行评估，但其采集时间至少需要25 min，限制了其在临床中的进一步应用。

3.3 PET PET常见的氨基酸示踪剂有O-（2-1F-氟乙基）-L-酪氨酸（18F-FET）和11C-甲基-L-蛋氨酸（11C-MET），从不同角度反映了病变代谢信息。18FFET对肿瘤具有亲合力，同时在正常脑组织中代谢不活跃而呈低背景本底，有利于肿瘤性病变的显示[26]。Kebir等[12]对26例胶质母细胞瘤术后同步放化疗病人进行随访，行18F-FET PET检查鉴别胶质瘤复发与假性进展的敏感度、特异度分别为84%、86%。但18F-FET半衰期较长[27]，在体内停留时间较久，可能会导致病灶摄取示踪剂特异性降低。Park等[26]纳入50例胶质瘤术后病人行11C-MET PET和APT随访研究，结果表明11C-MET PET鉴别胶质瘤复发与假性进展的敏感度、特异度分别为82.1%、66.7%；而APT鉴别两者的敏感度、特异度分别为86.2%、85.7%，可见APT对肿瘤复发的诊断效能高于11CMET PET。可能是因为放化疗后血脑屏障破坏或放射性炎症诱导蛋氨酸积聚，影响病灶区域代谢状态的测量，而APT检查无需对比剂，APT加权影像信号强度不受血脑屏障破坏的影响。再者11C-MET病灶/对侧白质摄取比值是半定量参数，不能准确反映肿瘤复发与假性进展之间的差异。而且，需要长期随访的病人行PET检查时不得不多次暴露在射线下，对身体健康有一定损害。而APT检查不必担心辐射对病人身体的影响，适合长期随访。

4 小结

高级别胶质瘤术后放化疗可以消除残余肿瘤细胞，但提高病人整体生存率的同时假性进展的发生率也越来越高。与PWI、MRS及PET相比，APT成像鉴别假性进展与肿瘤复发的准确性更高，还具有可重复性、特异性高等优点。在人工智能、机器学习的辅助下，影像组学通过高通量提取MRI影像信息，分析肿瘤微环境及纹理特征，可预测病人生存预后及判断治疗后疗效。将影像组学与APT相结合有望实现无创性评估肿瘤生物学行为及基因表达，实现对病人的个体化诊疗。