DSC-PWI联合常规MRI特征在预测高级别胶质瘤MGMT启动子甲基化状态中的价值

陈小田，苏春秋，潘婷，鲁珊珊，吴飞云，施海彬，洪汛宁

高级别胶质瘤(High-grade gliomas,HGGs) 包括世界卫生组织(World Health Organization, WHO) Ⅲ级和Ⅳ级胶质瘤，是颅内最常见的原发性恶性肿瘤, 术后放疗与替莫唑胺(Temozolomide,TMZ)同步化疗已成为治疗的标准方案，患者对化疗药耐药是治疗效果不佳的原因之一[1]。2016版WHO中枢神经系统肿瘤分类在传统组织学分型基础上增加了分子分型，其中O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶(O6-methylguanine-DNA-methyltransferase,MGMT)基因启动子甲基化状态与TMZ治疗HGGs患者的预后和生存期密切相关[1,2]，有研究表明MGMT启动子甲基化状态是原发胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)的独立预后因素[3]，MGMT启动子甲基化患者有较长的无进展生存期和总生存期[4,5]。病理是诊断的金标准，但是组织学作为一种侵入性的检查方法，具有创伤性和样本误差。因此术前非侵入性预测高级别胶质瘤MGMT启动子甲基化状态对判断预后、预测放化疗敏感性具有重要价值，能为精准化治疗方案提供有效信息。

在常规MRI特征上，部分研究认为MGMT启动子甲基化胶质瘤肿瘤位置多位于左侧大脑半球，坏死和水肿较少，更易呈实性或结节状强化[6-8]；但也有一些研究认为两者在常规MRI特征上没有明显差异[9,10]，存在争议性。伦勃朗视觉感受图像(visually accessible rembrandt Images,VASARI)特征集(http://wiki.cancerimagingarchive.net/display/ Public/ VASARI+Research+Project)是对胶质瘤MRI图像特征的一种定量或半定量描述，其每个特征都有定量或半定量的量化值用于评估肿瘤的影像学特征[11]。动态磁敏感对比增强灌注成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging,DSC-PWI) 通过对比剂给药后T2*加权图像中信号的丢失来评估肿瘤组织灌注，反映肿瘤的血管增生程度，其与VASARI特征集已在预测胶质瘤分级和预后中得到广泛应用[12-14]，且已有部分研究证实这两种方法在预测胶质瘤异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)基因突变中的潜力[15-17]，但在预测MGMT启动子甲基化状态中的应用相对较少。本研究通过DSC-PWI联合常规MRI特征对高级别胶质瘤MGMT启动子甲基化状态进行定量分析及影像特征评估，旨在探讨其在预测高级别胶质瘤MGMT启动子甲基化状态中的应用价值。

材料与方法

1.病例资料

回顾性收集2016年4月至2020年1月本院经手术病理证实的高级别胶质瘤患者48例。病例纳入标准：①检查前均未接受任何放、化疗及手术、激素治疗；②所有患者均在术前行MRI检查，包括T1WI、T2WI、FLAIR、DWI、T1WI增强和DSC-PWI，且图像质量良好、无伪影；③术后均采用焦磷酸测序法检测肿瘤MGMT启动子甲基化状态。最终纳入的44例患者中共有MGMT启动子甲基化患者25例，其中男16例，女9例，年龄(55.1±12.9)岁，WHO Ⅲ级4例，WHO Ⅳ级21例；MGMT启动子非甲基化患者19例，其中男13例，女6例，年龄(58.3±13.8)岁，其中WHO Ⅲ级2例，WHO Ⅳ级17例。MGMT启动子甲基化与非甲基化患者的性别、年龄差异均无统计学意义(P>0.05，表1)。

表1 两组患者的一般资料比较

2.检查方法

患者取仰卧位，采用德国Siemens 3.0T磁共振扫描仪，头颅8通道正交线圈先行横轴面T1WI、T2WI、FLAIR、DWI扫描，随后行DSC灌注成像扫描，予静脉团注对比剂钆喷替酸普甲胺 (Gd-DTPA),剂量0.2 mmol/kg,注射流率为4 mL/s，注药时机选择为扫描第5个时相，扫描50个时相。然后行T1WI横轴面、冠状面和矢状面增强扫描，对比剂注射完成后以相同流率团注等量生理盐水冲管。具体扫描参数：T1WI,TR 250 ms，TE 2.5 ms；T2WI,TR 6000 ms，TE 93 ms；扫描层厚均为5 mm，层间距1.25 mm，矩阵128×128，视野230 mm×230 mm。DWI采用平面回波成像序列，TR 4800 ms，TE 100 ms，b值为0、1000 s/mm2;DSC-PWI使用单次激发梯度回波-平面回波成像(GRE-EPI)序列，TR 1400 ms，TE 32 ms，视野230 mm×230 mm，矩阵128×128，层数18，层厚5 mm，间隔1.25 mm。

3.图像分析

常规MRI特征分析：常规MRI特征从VASARI特征集中的选取临床意义较高，可重复性较高的VASARI特征包括肿瘤定位、肿瘤中心侧、增强程度、增强比例、非增强比例、坏死比例、水肿比例、囊变、强化边缘厚度、强化部分边界、出血、扩散及脑深部白质浸润,评分标准见表2。由两位分别有4年和3年工作经验的神经影像医师在不知病理结果的前提下独立评分，意见不一致时由一位有25年工作经验的神经影像主任医师确定最终结果。

DSC数据处理：将采集的原始数据导入Siemens后处理工作站，在Perfusion软件内以邻近肿瘤侧的大脑中动脉作为感兴趣区(ROI)，计算动脉输入函数，获得脑血流量 (cerebral blood flow,CBF)图和脑血容量(cerebral blood volume,CBV)图。参考T1WI增强和FLAIR图像，在肿瘤CBF、CBV最高的区域放置ROI，大小约40～50 mm2，避开囊变、坏死、出血和大血管区域，得到平均值为最大CBF及最大CBV，每个ROI测量3次，取其平均值为CBFmax和CBVmax。随后选取肿瘤最大层面，在T1WI增强图像上沿着肿瘤的实性部分手动勾画ROI，复制至CBF和CBV图像的对应区域，得到平均值为CBFmean和CBVmean(图1、2)。为了减小患者间个体差异，在相应图像上对侧半卵圆中心正常白质内放置ROI，大小约40～50 mm2，得到平均值作为参考标准，将上述CBFmax、CBVmax、CBFmean和CBVmean与之比值求得肿瘤实性区域的灌注参数的相对值，分别为rCBFmax、rCBVmax、rCBFmean和rCBVmean。

图1 男，67岁，右侧颞枕叶GBM，MGMT启动子甲基化。a) T1WI示肿瘤呈低信号(箭)；b) T2WI示病灶呈混杂高信号，瘤周水肿程度>33%(箭)； c) FLAIR示病灶呈混杂高信号(箭); d) DWI示肿瘤强化部分扩散不受限(箭)； e) ADC图示肿瘤强化部分扩散不受限(箭); f) 增强T1WI示肿瘤呈实性强化，中央坏死比例<33%(箭); g) DSC-PWI中CBVmaxROI提取示意图(箭); h) DSC-PWI中CBVmean ROI提取示意图(箭)。

图2 女，71岁，左侧额叶GBM，MGMT启动子非甲基化。a) T1WI示肿瘤呈低信号(箭)； b) T2WI示病灶呈混杂高信号，瘤周水肿程度>33%(箭)； c) FLAIR示病灶呈混杂高信号(箭); d) DWI示肿瘤强化部分局部扩散受限(箭)； e) ADC图示肿瘤强化部分局部扩散受限(箭); f) 增强T1WI示肿瘤呈薄壁环形强化，中央不强化坏死比例>33%(箭)； g) DSC-PWI中CBVmax ROI提取示意图(箭); h) DSC-PWI中CBVmean ROI提取示意图(箭)。

4.统计学分析

采用SPSS 25.0进行统计学分析。符合正态分布的计量数据以均数±标准差表示，组间比较采用独立样本t检验；不符合正态分布计量资料的组间比较采用Mann-WhitneyU检验。采用Kappa检验评价两位医师对常规MRI特征评分结果的一致性。采用χ2检验比较两组间的性别和常规MRI特征的差异。运用Logistic回归分析计算DSC-PWI及常规MRI特征鉴别高级别胶质瘤MGMT启动子甲基化状态的独立危险因素及预测概率。采用MedCalc (version13.1.2，Mariakerke，Belgium) 进行受试者工作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析，并计算曲线下面积(area under curve,AUC)、截断值、敏感度及特异度。以P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

1.常规MRI特征结果

两位放射医师对常规MRI特征评分结果的一致性较好(Kappa值范围为0.759～0.941)。坏死比例、强化边缘厚度、扩散在MGMT启动子甲基化与非甲基化高级别胶质瘤中差异有统计学意义(P<0.05)，与MGMT启动子非甲基化高级别胶质瘤相比，MGMT启动子甲基化高级别胶质瘤的坏死比例较低，强化边缘厚度倾向呈厚壁结节状、实性强化，扩散不受限(表2)。

表2 两组常规MRI征象的单因素分析

2.DSC-PWI结果

两组病例的DSC-PWI参数分析结果显示，MGMT启动子非甲基化高级别胶质瘤组的rCBVmax和rCBVmean较甲基化组明显更高，差异具有统计学意义(P<0.05)；两组间的rCBFmax和rCBFmean差异无统计学意义(P>0.05，表3)。

表3 两组DSC-PWI参数统计学分析结果

3.ROC曲线分析

对具有统计学意义的常规MRI特征及DSC-PWI参数进行ROC曲线分析，结果显示在常规MRI特征中，坏死比例的诊断效能最高，ROC曲线下面积(AUC)为0.736，敏感度为84.0%，特异度为63.2%。在DSC-PWI参数中，rCBVmean的诊断效能最高，AUC为0.821，敏感度为89.5%，特异度为64.0%(表4)。

表4 常规MRI特征、DSC-PWI参数及联合应用ROC分析

将常规MRI特征及DSC-PWI参数进一步运用Logistic回归进行多因素分析，结果显示坏死比例和rCBVmean为鉴别MGMT启动子甲基化与非甲基化高级别胶质瘤的独立危险因素(P<0.05)，将得到的预测概率进行ROC分析，得出AUC为0.897，敏感度为96.0%，特异度为84.2%(图3)，联合两者的诊断效能高于任一单一参数。

图3 坏死比例、rCBVmean 及两者联合鉴别MGMT启动子甲基化与非甲基化高级别胶质瘤的ROC曲线。

讨 论

MGMT基因启动子甲基化状态与TMZ治疗HGGs患者的预后和生存期密切相关，因此术前非侵入性预测高级别胶质瘤MGMT启动子甲基化状态对指导治疗决策和评估预后具有重要价值。本研究通过对MGMT启动子甲基化与非甲基化高级别胶质瘤分别进行常规MRI特征和DSC-PWI分析，结果表明常规MRI特征和DSC-PWI有助于预测高级别胶质瘤MGMT启动子甲基化状态。

MGMT是一种广泛存在于真核细胞的DNA修复酶，它能特异性地从DNA中鸟嘌呤的O6位置上去除致突变的烷基，从而保护肿瘤细胞免受烷化剂的影响，作为烷化剂化疗药物的靶点，其高表达会降低药物敏感性[18,19]。MGMT基因启动子CpG岛甲基化将引起MGMT表达缺失，导致细胞内MGMT含量降低，从而使肿瘤对替莫唑胺反应良好。有研究发现，30%～60%的胶质母细胞瘤伴有MGMT启动子甲基化[18]，肿瘤内MGMT启动子甲基化的存在与接受烷化剂治疗的胶质母细胞瘤患者较长的无进展生存期和总生存期相关[4,5]。

高级别胶质瘤中坏死成分是肿瘤快速增殖造成的慢性缺血性损伤所致，被认为是生长迅速的恶性生物学行为征象。一项临床前模型研究显示，MGMT启动子甲基化的细胞生长增殖速度较慢，不易发生缺血坏死[20]。本研究中MGMT启动子甲基化组的高级别胶质瘤坏死比例较非甲基化组低，这与既往研究一致[6,21]。在强化方式上，本研究发现MGMT启动子甲基化HGGs可能因为有较少的坏死成分而更易呈厚壁、结节状及实性强化，而非甲基化HGGs则因坏死成分较多而多呈薄壁环形强化，也与既往研究一致[7,21]；但本研究采用VASARI特征集，通过量化的方法定量描述肿块的坏死比例及强化方式，可能会更有助于MGMT启动子甲基化状态的预测。

扩散加权成像可提供有关肿瘤结构的信息，间接反映了水分子运动，因为大多数水分子运动发生在细胞外空间，故细胞密度越大，扩散越受限。既往研究表明，MGMT启动子甲基化GBM的ADC值高于非甲基化GBM[22]，平均ADC值与MGMT启动子甲基化比率呈正相关[23]。本研究发现MGMT非甲基化高级别胶质瘤相比甲基化扩散更受限，与文献报道相符，这可能与MGMT启动子非甲基化胶质瘤异质性更高有关。

DSC-PWI是一种常用的灌注方法，它利用静脉团注顺磁性对比剂通过微血管时形成的局部磁场不均匀而导致T2WI信号强度的降低来计算脑组织或肿瘤组织的相关参数。既往研究表明，rCBV与胶质瘤病理级别有显著相关性，是肿瘤血管生成的替代指标，为DSC-PWI中最有效的成像参数[14,15]。一项使用GBM细胞株的研究发现MGMT启动子非甲基化细胞表达更多的血管内皮生长因子A(Vascular endothelial growth factor A,VEGFA)[20]，VEGFA是促进血管生成的主要介质之一，所以可以推测MGMT启动子非甲基化肿瘤为促血管生成的表型。Ryoo等[24]对25例GBM进行半自动分割，发现MGMT启动子甲基化阳性组GBM的CBV值显著低于阴性组，AUC为0.677，敏感度和特异度分别为73.3%和85.7%。本研究选用热点法和最大层面ROI勾画，结果显示MGMT启动子非甲基化高级别胶质瘤组的rCBVmax和rCBVmean均较甲基化组明显偏高，差异有统计学意义(P<0.05)，与Ryoo等[24]的研究结果相符，本研究样本量更大并通过手动勾画的方法，预测MGMT启动子甲基化状态更可靠。

本研究结果显示，坏死比例和rCBFmean为判断高级别胶质瘤MGMT启动子甲基化状态的独立危险因素，联合两者诊断的AUC为0.897，优于任一单一参数。坏死为常规MRI特征中反映肿瘤侵袭性的征象，CBV为DSC-PWI中最能反映肿瘤血管生成的参数，本研究联合结构和功能上的两种方法，能够更全面地预测高级别胶质瘤的MGMT启动子甲基化状态。

本研究存在以下局限性与不足：首先，样本量相对较小，并且为回顾性研究；其次，由于放射科医师肉眼视觉定位及手工绘制感兴趣区，结果可能存在偏倚；最后，未能收集全部患者术后的预后信息以便研究高级别胶质瘤MGMT启动子甲基化状态与术后生存期的关系，这有待于继续随访及扩大样本量行进一步研究。