晚期结直肠癌中医药干预治疗疗效预测模型的建立与应用＊

徐钰莹，张文丽，杨宇飞＊＊，易丹辉＊＊

（1.北京中医药大学西苑临床医学院 北京 100091；2.中国中医科学院西苑医院 北京 100091；3.北京中国人民大学统计学院 北京 100872）

晚期结直肠癌是威胁人类生命健康的主要恶性肿瘤之一，目前尚不能治愈。2019年国家癌症中心发布的最新一期全国癌症统计数据显示，2015年结直肠癌的发病率为9.88% ，位居全部恶性肿瘤发病率的第3位,死亡率为8% 位居第5位[1]。近20年，结直肠癌的发病率和死亡率在以美国为代表的发达国家持续下降[2,3]，而我国却逐年上升[1]。美国SEER 数据库一项连续21年（1988-2008）共收集77490 例晚期结直肠癌的注册数据显示：真实世界晚期结直肠癌的中位生存期（OS）最长达14个月[4]，虽然随着靶向及免疫治疗的发展，晚期结直肠癌的生存期不断被延长,但基于基因分型的靶向及免疫治疗的适用人群有限，对人群质量及经济要求比较高，副作用比较大，仍有大部分患者无法接受或者耐受长期标准西医治疗。中医药是我国的瑰宝，具有辨证论治、因人制宜、效价比高、应用方便等特点，擅长治疗复杂疾病，在改善晚期肿瘤患者症状、延长生存期方面独具特色[5-8]。然而就临床经验来看，不同的患者在同样的中医药治疗下，常常会出现不同的预后。如能在治疗开始之前，就预先对患者进行疗效预测，判断患者的优劣势人群属性，将能为晚期结直肠癌的中医药治疗提供新的思路及方法。近10 年来我科针对晚期结直肠癌优势人群特征做了大量研究，基于既往研究基础，我们依托于首都卫生发展科研专项项目，纳入120例晚期结直肠癌患者信息作为训练集，建立中医干预治疗疗效预测模型进行中医药治疗晚期结直肠癌的疗效预测即中医优劣势人群预测。

1 材料与方法

1.1 诊断标准

结直肠癌诊断标准参照《WHO消化系统肿瘤病理学和遗传学》[9]；分期标准参照美国国家综合癌症治疗网络（National Comprehensive Cancer Network，NCCN）临床指南结肠癌、直肠癌TNM 分期[10]。中医辨证分型标准参照《中医临床诊疗术语—证候部分》[11]、《中药新药临床研究指导原则》[12]。

1.2 筛选与分组标准

纳入标准：①病理明确诊断为结直肠癌；②TNM（Tumor Node Metastasis）分期为Ⅳ期；③年龄范围为18-80岁，性别不限；④既往或即将接受系统中医治疗（在中医肿瘤专业医师处口服辨证论治汤药）；⑤卡氏评分（KPS）大于等于60 分。排除标准：①既往或合并2 种及以上恶性肿瘤病史；②患者肝、肾、心脏等主要脏器存在非肿瘤性严重疾病和功能障碍、活动性脑血管病变、不受控制的感染和代谢性疾病；③患者不能服用汤药，需要静脉营养；④患者患有吸收不良综合征或其它影响胃肠道吸收的疾病，或患有活动性消化性溃疡病；⑤孕妇、哺乳期妇女、精神病患者。

分组标准：在前期制定的中医优势人群概念的基础上（即接受现代医学规范化治疗的晚期结直肠癌幸存者，经过同步中医药治疗后，生存期超过基于循证医学指导的现代规范化治疗下的平均生存期者；或未能接受现代医学规范化治疗的晚期结直肠癌幸存者，经单纯中医药治疗后，生存期超过平均生存期者，称为中医优势人群），根据现代医学规范治疗研究结果及美国SEER 数据库一项连续21 年（1988-2008）涉及77490例晚期结直肠癌真实世界中位生存期的结果[4]，采用专家咨询法咨询39位全国拥有主任医师职称的中、西医肿瘤专家，制定出晚期结直肠癌中医优势人群标准：即截至患者死亡或最后一次随访时间（2018 年9 月30日）基因全野生型，Ⅳ期生存期大于30 月；RAS 突变型，Ⅳ期生存期大于24 月；BRAF 突变型，Ⅳ期生存期大于18月；未行基因检测，Ⅳ期生存期大于18月者；而中医劣势人群的标准则为达到生存终点且Ⅳ期生存期小于等于12 月；介于两者之间则为中间人群，即除去中医优势人群与中医劣势人群的剩余人群。

1.3 一般材料

本研究已通过中国中医科学院西苑医院伦理委员会批准（2016XLA136-1）、申报专利（专利号：201910636553.9）。从2016 年10 月13 日-2018 年3 月29日中国中医科学院西苑医院肿瘤科杨宇飞主任213例晚期结直肠癌门诊注册病例中筛选出符合本研究可入组随访的病例120例，其中中医优势人群42例，中医劣势人群14例，中间人群64例，截至数据随访截止时间2018 年9 月30 日，120 例患者有48 人达到生存结局，2人失访，剩余70例仍在后续随访过程中。

1.4 观察指标

患者的人口学信息（性别、年龄、KPS 评分）、疾病信息（发病部位、转移部位、基因分型）、中医辨证分型（以病例观察表中记录频率最高的证型为主）、生活质量（MADASI量表中文版）、中医主症及症状评分等（主症与症状评分参照疼痛NRS分级法，用区间（0-10分）代表不同程度的症状，即0分为无症状，10分为症状最严重[13]。

1.5 研究方法与过程

收集120 例晚期结直肠癌患者的人口学信息、疾病信息、治疗信息等进行深入观察随访，根据生存结果计算患者Ⅳ期生存期，计算公式为：Ⅳ期生存期=[患者死亡或最后一次随访时间（2018年9月30日）-发现Ⅳ期的时间]，以生存期为因变量，将发病部位（左半肠，右半肠）、年龄（65岁左右）、性别（男或女）、基因（全野生，KRAS/NRAS 突变，BRAF 突变）、转移部位、KPS 评分（连续指标）、中医辨证分型（单证型脏腑辨证）、中医主症评分、中医症状总分、生活质量评分作为自变量利用R 软件建立形式为的Cox 模型,其中为基准风险率，基xp为影响因素。通过Cox 模型进行预后因素筛选，选取有显著统计学差异（P<0.05）的变量，结合临床经验和描述分析的结果，加入中医证型进行判别分析，建立四种判别函数，根据模型预测结果选择预测效果最好的二次判别分析（QDA）模型作为最终晚期结直肠癌中医干预治疗疗效预测模型。

2 结果与分析

2.1 一般情况

120例晚期结直肠癌患者的Ⅳ期平均生存时间为24.39 个月，中位生存时间为21 个月。其中女性患者46例，男性患者74例；平均年龄为：60.93岁，其中大于等于65岁者47例，小于65岁者共73例；KPS评分的平均分为75.67 分，其中达到90 分者共12 例、达到80 分者共56例、达到70分者共40例、达到60分者共12例；基因全野生型者共46例，RAS突变型者共47例，BRAF突变型者共5例，未行基因检测者共22例；原发部位为左半肠（包括结肠脾曲、降结肠、乙状结肠、直肠、直乙交界、降乙结肠）者共89 例，原发部位为右半肠（包括升结肠、盲肠、横结肠以及结肠肝曲）者共31例；另外，发生部位转移者包括60例肝转移、31例肺转移、2例骨转移、1例脑转移、1例肾转移、1例卵巢转移、15例淋巴结转移、1 例腹腔转移、20 例其他部位转移；中医单证型为脾虚证型者共83例，肾虚证型者共77例、肝虚/郁证型者共61例、肺虚证型者共13例。

表1 变量赋值说明

表2 Cox模型单因素分析结果

表3 中医证型与生存期统计

2.2 Cox模型预后因素筛选结果

Cox 模型单因素分析发现，与晚期结直肠癌预后相关的因素包括发病部位（左半肠，右半肠）、BRAF基因突变、转移部位（肝转移、肺转移）、KPS评分、主症评分、症状总分及生活质量。经过进一步分析发现：①原发部位为左半肠（HR=0.54，P=0.044）、转移部位为肺（HR=0.32，P=0.009）的患者死亡风险较低；②BRAF突变型（HR=3.35，P=0.023）与发生肝转移（HR=1.75，P=0.062）的患者死亡风险较高；③KPS评分越高者，其死亡风险越低（HR=0.95，P=0.001）；④中医主症评分（HR=1.03，P=0.025）、临床症状评分（HR=1.18，P=0.002）及生活质量评分（HR=1.05，P=0.01）越高的患者，其症状越重，生活质量越差，其死亡风险越高（变量赋值见表1，预后因素筛选结果见表2）。

在Cox 模型单因素分析中，中医证型相关的变量没有得到显著的结果。结合研究背景，对中医证型进行更细化的定性研究，发现规律如下（表3）：肺虚证型（n=13，中位OS=24.4 月）患者的中位生存期高于脾虚证型患者（n=83 人，中位OS=21 月）；肾虚证型（n=77，中位OS=21月）患者的中位生存期高于肝郁/虚证型患者（n=61 例，中位OS=20.6 月）且死亡人数比例低于肝郁/虚证型患者。故考虑可能与肺虚证型患者生存预后较好，肝郁/虚证型患者的生存预后较差相关，由于中医证型与生存期之间不是简单的线性关系，故在Cox单因素模型中差异不显著。

2.3 判别分析模型因素选择

对于判别分析模型因素的选择，有两种思路。思路1：将Cox单因素模型中统计结果显著的变量纳入判别分析，包括肿瘤原发部位（左半肠、右半肠）、KPS 评分、转移部位（肺转移）、基因突变类型（BRAF 突变型）、主症评分、中医临床症状评分、生活质量评分（表4）。思路2：除了纳入Cox单因素模型中显著的变量之外，根据前期临床研究经验，再纳入肝转移、RAS 突变型、中医辨证分型进入判别分析模型（表5）。

2.4 预测模型的筛选与建立

判别分析是用以判别个体所属群体的一类统计方法，常用的是Fisher判别方法，原理是按类内方差尽可能小、类间方差尽可能大进行分类。判别分析中最简单的模型为线性判别分析（LDA），将数据在低维度上进行投影，投影后希望每一种类别数据的投影点尽可能接近，而不同类别数据的类别中心之间的距离尽可能大，假设各类协方差矩阵相同。二次判别分析（QDA）比线性判别分析（LDA）更灵活，不假设各类的协方差矩阵相同，通常比线性判别分析得到更加精确的预测结果，但是对每一个类都要求更大的样本量。混合判别分析（MDA）和灵活判别分析（FDA）是更加复杂的模型，MDA 假设每个类是子类的高斯混合，FDA使用预测变量的非线性组合，例如样条曲线。应用判别分析方法需注意对连续变量进行标准化，以变量x1为例，

其中表示x1的均值，sd(x1)表示x1的标准差，用标准化后的x1*建立模型。如果自变量之间取值差异过大，没有对变量进行标准化处理将影响模型预测效果。本次研究建立以上4种判别分析模型，以120名患者所属人群的预测准确率作为标准，选择恰当的预测模型。

总体来说，按思路2 建立的模型预测准确率优于思路1建立的模型，说明只将Cox单因素分析结果显著的因素纳入模型会遗漏一些重要的自变量。对于目前120名晚期结直肠癌患者数据，按思路2建立的二次判别分析（QDA）模型是预测效果最好的方法（表6），故将其作为中医干预治疗疗效预测的最终模型。经分析发现，该模型总的预测准确率为84.2% ，120 例晚期结直肠癌患者中有101 位患者全部预测正确；中医劣势人群预测准确率为100% ；中间人群预测准确率为84.4% ，预测错误的10个人（15.6% ）均被预测为优势人群，其中有7人截至随访截止时间仍存活，具有成为优势人群的可能；优势人群的预测准确率为78.6% （表7）。

2.5 中医干预治疗疗效预测模型应用

判别函数可以自动对新的患者所属人群分类进行预测。根据概率计算公式：

表4 思路1-纳入判别分析模型的变量

表5 思路2-纳入判别分析模型的变量

表6 判别分析模型预测结果汇总

表7 二次判别分析模型预测结果的混淆矩阵

y表示因变量，即患者是否为优势人群，k取值为0或1，1 表示是优势人群；0 表示不是优势人群；X 是向量，表示选出的判别因素，即影响患者是否为优势人群的重要因素，继而利用R 软件，通过输入筛选出的13个变量参数，即可计算出相应概率。例如，输入某患者如下的13个自变量，可以得出如下内容：“此患者属于优势人群概率为：0.9，属于优势人群。”从而预测患者中医干预治疗的疗效（表8）。

表8 某患者信息

3 讨论

中医药治疗已成为我国肿瘤治疗的重要特色及治疗手段，现已基本明确了中医药在肿瘤治疗中的优势，且通过不断的临床实践发现并非所有的肿瘤患者都能够从中医药治疗中获益。为此，人们进行了中医药治疗肿瘤优势人群的探索。目前，肿瘤的中医优势人群特征探索多集中在非小细胞肺癌以及肠癌方面[14-17]。而杨宇飞教授团队是最早开展结直肠癌中医优势人群特征探讨的团队，从“最佳-最差”病例到中医优劣势人群特征探讨作了一系列的尝试与努力。2012 年在开展国家科技部“十一五”国际科技合作项目期间，开展中医“最佳-最差”病例研究。2015 年，在第九届中国老年肿瘤学大会上，正式提出了晚期结直肠癌中医优势人群概念。此后，开展的结直肠癌中医优势人群特征系列探索，已发现晚期结直肠癌中医优势人群可能具有以下特征：即中医药干预时间长、血瘀证体质[16]、脾肾亏虚型、年龄范围在40-59 岁之间[17]。临床研究的本质是“从临床中来，到临床中去”，如果在开展治疗前期医生能预测出中医药干预治疗晚期结直肠癌的疗效，便能有效增加临床指导的意义。而既往研究表明利用判别分析可以辅助临床诊断，提高临床诊断的标准化、客观性以及准确性，预测疾病发展动向、探索中医证候分布规律等[18-22]。故我们基于前期研究基础，通过COX模型筛选预后因素，利用二次判别分析方法建立了晚期结直肠癌中医干预治疗疗效预测模型进行晚期结直肠癌中医干预治疗疗效预测（即判断患者属于中医优势人群、劣势人群还是中间人群）。

本研究通过建立COX 模型筛选预后因素发现，120例晚期结直肠癌患者预后良好的因素可能为肿瘤原发部位为左半肠（HR=0.54，P=0.044）、KPS 评分高（HR=0.95，P=0.001）、肺转移（HR=0.32，P=0.009），预后不良的因素可能为BRAF 基因突变（HR=3.35，P=0.023）、中医主症评分高、临床症状总分高（HR=1.03，P=0.025；HR=1.18，P=0.002），生活质量差（HR=1.05，P=0.01）。已有研究表明左半肠预后稍好于右半肠且较右半肠具有较好的生存优势[23]，BRAF基因突变影响结直肠癌患者预后，常作为结直肠癌预后不良的标志[24]，KPS评分、主症变化评分是影响晚期结直肠癌的独立预后因素且KPS 及主症评分越低，生存时间越长[25]，这与我们筛选出的预后因素结果相符。随后，经过不断地验证我们发现只将Cox单因素分析显著的因素纳入判别分析模型会遗漏一些重要的自变量，而肝转移、辨证分型是晚期结直肠癌的预后因素[26]，故我们将其作为判别分析因素与Cox单因素分析显著的因素一同纳入到二次判别分析模型中，建立晚期结直肠癌中医干预治疗疗效预测模型，结果发现模型总的预测准确率为84.2% ，劣势人群预测准确率为100% ，中间人群预测准确率为84.4% ，优势人群预测准确率为78.6% 。

4 结论

该预测模型是区别于现代医学分子生物标记等疗效预测标准的、具有中医药特色的晚期结直肠癌中医干预治疗疗效预测模型。晚期结直肠癌患者在进行中医药干预前，通过输入肿瘤发病部位、转移部位、基因突变类型、辨证分型、KPS评分、中医临床症状评分、主症评分、生活质量评分等临床信息进入模型，经后台算法运行，得出中医优/劣势人群概率（即从中医药中获益的概率），从而预测患者对中医药治疗的敏感性与有效性，将为后续是否进行中医药治疗提供借鉴，为制定个体化治疗方案提供参考，使晚期结直肠癌的中医药治疗更具针对性、更规范有效，进而提高患者中医药治疗的获益率。为进一步探求中医临床决策支持系统奠定基础。