肺癌患者化疗前后脑脊液容量的变化及其临床意义

赵秋月，梁雪，荣萍，陈文倩，马一鸣，韩小伟

0 前言

肺癌（lung cancer, LC）是患病率及死亡率均位居全球首位的癌症[1-2]。近年来，随着人口老龄化的发展以及生活环境的改变，我国LC患者逐年增加，据统计2020年我国因LC死亡的人数高达81万，占全球LC 死亡人数的40%[3]。预估到2025 年，我国每年将有一百万人死于LC[4]。

除呼吸系统的症状外，多项神经影像学研究发现LC及化疗可导致患者多个脑区的结构及功能发生异常改变[5-6]。一项横断面研究显示，LC 患者大脑左侧楔前叶及右侧额上回等脑区的皮层厚度和灰质体积显著减小[7]。LIU 等[8]和SIMÓ 等[9]的研究证明，化疗前后LC患者大脑白质纤维微结构出现不同程度的紊乱。此外，与健康对照（healthy control, HC）组相比，LC患者脑功能网络连接减少，并且化疗后的LC患者降低程度更加显著[10]。上述研究利用MRI 神经影像学分析方法证明LC及化疗造成患者大脑异常的神经影像学表现，但是目前尚缺乏具体研究来定量探讨LC 患者化疗前后脑脊液（cerebrospinal fluid,CSF）容量的改变，因此本研究结合横向以及纵向分析方法，探讨LC及化疗对患者颅内CSF容量的影响。

1 材料与方法

1.1 研究对象

在横断面研究中，回顾性分析2019 年5 月至2021 年12 月期间于我院就诊的151 例LC 患者病例，其中38 例已接受化疗的肺癌（chemotherapy lung cancer, CLC）患者为CLC 组，113 例未接受化疗的肺癌（non-chemotherapy lung cancer, NCLC）患者为NCLC 组，同时招募年龄、性别以及学历均相互匹配的HC 39 例为HC 组。LC 诊断及分型依据金标准病理结果。LC 患者和HC 的共同纳入标准如下：（1）年龄＜80 岁；（2）无精神疾病及精神类药物使用史；（3）颅脑MRI检查未发现脑器质性病变及明显的脑萎缩；（4）慢性缺血缺氧性改变Fazekas 分级＜2 级；（5）右利手。三组受试者的排除标准如下：（1）LC 患者发生癌症脑转移；（2）CLC 患者行非铂化疗。纵向研究中，回顾性分析在2020 年7 月至2022 年1 月期间收治本院的另外20 例LC 患者病例，且与横断面研究受试者无重复，其纳排除标准同横断面研究。该20 例患者先后在一年内进行两次相同的颅脑MRI扫描，并且其中有5例患者经历3次扫描，2例患者接受4次扫描，1例患者共接受5次扫描。

本研究遵守《赫尔辛基宣言》，并经南京大学附属鼓楼医院伦理委员会批准，免除受试者知情同意，批准文号：2020-379-01。

1.2 研究方法

1.2.1 临床基本信息、癌症相关数据采集

回顾性分析所有受试者包括年龄、性别、学历在内的人口统计学信息，并记录LC 患者癌症相关临床资料，包括病理类型、临床分期、化疗方案及疗程、肿瘤大小等。

1.2.2 MRI数据采集

使用飞利浦 Ingenia CX 3.0 T 磁共振仪并配有32 通道dStream 头部相控阵线圈对受试者行颅脑MRI扫描。扫描3D快速扰相梯度回波序列，采集受试者颅脑3D-T1WI 高分辨率结构像。扫描参数如下：TR 6.6 ms，TE 3.0 ms，翻转角8°，FOV 250 mm×250 mm，矩 阵250×250，体 素 大 小1 mm×1 mm×1 mm，无间隔，信号激励次数1。

1.2.3 图像处理

使用联影智能脑容量测量软件对3D-T1WI 颅脑MRI 数据进行分析，图像处理步骤如下：（1）图像灰度自适标准化；（2）头骨剥离。经过上述分析后，计算获得受试者全脑容积（脑灰质、白质及颅内脑脊液容积总和）、颅内CSF 总量，各亚区（外周、第三脑室、第四脑室、左侧及右侧侧脑室、侧脑室下角）CSF 容量以及侧脑室脉络丛体积，脑脊液及脉络丛位置示意见图1。为避免全脑容积差异造成的结果偏差，本研究使用相对CSF容量进行后续统计分析，公式如下：

1.2.4 统计学分析

采用SPSS 25.0 对人口统计学信息及临床数据进行分析，横断面研究中，计量资料使用单因素方差分析，计数资料使用卡方检验比较组间差异，P＜0.05 认为差异具有统计学意义。以均数±标准差表示计量资料，以例（%）表示计数资料。

横断面研究中，满足方差齐性的CSF指标使用单因素方差分析比较组间差异，并使用最小显著差异法（least significant difference, LSD）进行事后检验，对不满足方差齐性的数据进行数据转换，转换后若满足方差齐性则使用上述方法进行分析，否则使用非参数检验比较组间差异。对于有显著组间差异的CSF指标，分别在CLC和NCLC患者组与其癌症相关临床资料（临床分期、化疗周期、肿瘤大小）进行相关性分析。纵向分析中，两次随访CSF容量差值若满足正态分布则使用配对t检验比较差异性，否则进行数据转换，转换后仍不满足者则使用非参数检验法。将显著变化的CSF 指标和随访时间间隔进行相关性分析。上述分析中，P＜0.05 认为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 人口统计学信息、癌症相关临床数据

横断面研究中，NCLC组113例，CLC组38例，HC组39 例；纵向研究中LC 患者20 例。受试者的人口统计学特征、 癌症相关临床资料分析结果见表1、2。横断面研究中，三组受试者的年龄、性别及受教育年限相互匹配（P＞0.05）。LC 患者的主要病理分型为腺癌和鳞癌。

表1 横断面研究人口统计学特征、肺癌相关临床资料Tab.1 Demographic characteristics and clinical data related to lung cancer in the cross-sectional study

表2 纵向研究人口统计学特征、肺癌相关临床资料Tab.2 Demographic characteristics and clinical data related to lung cancer in the longitudinal study

2.2 横断面研究

单因素方差分析结果显示，三组受试者的第三脑室（F=5.418，P=0.005）、右侧侧脑室（F=3.953，P=0.021）CSF 容量以及右侧侧脑室脉络丛（F=7.913，P=0.001）体积存在显著组间差异。LSD 事后检验发现，NCLC 以及CLC 组的第三脑室、右侧侧脑室CSF 相对容量以及右侧侧脑室脉络丛相对体积均显著高于HC组（P＜0.05），而NCLC 和CLC 组无组间差异（P＞0.05），见图2。相关性分析结果显示，在CLC组中，肿瘤大小与第三脑室CSF相对容量呈正相关关系（r=0.329，P=0.044），而在NCLC组中，两者间相关性并不具有统计学意义（r=0.019，P=0.842），见图3。

图2 脑脊液相对容量组间差异比较。NCLC 或者CLC 组患者第三脑室脑脊液相对容量（2A）、右侧侧脑室脑脊液相对容量（2B）、右侧侧脑室脉络丛相对体积（2C）显著高于HC 组。*表 示P＜0.05；**表 示P＜0.001；NCLC：未接受化疗的肺癌患者；CLC：已接受化疗的肺癌患者；HC：健康对照。Fig.2 Comparison of the relative capacity of cerebrospinal fluid (CSF)among groups.The relative capacity of CSF in the third ventricle (2A) and the right ventricle (2B) and the relative volume of choroid plexus in the right ventricle (2C) of NCLC or CLC patients are significantly higher than those of HC.* means P＜0.05; ** means P＜0.001;NCLC: non-chemotherapy lung cancer; CLC: chemotherapy lung cancer; HC: healthy control.

图3 肿瘤大小和第三脑室CSF 相对容量的相关性。3A：CLC 患者组中，肿瘤大小和第三脑室CSF 相对容量间的相关性；3B：NCLC 患者组中，肿瘤大小和第三脑室CSF 相对容量间的相关性。CSF：脑脊液；CLC：已接受化疗的肺癌患者；NCLC：未接受化疗的肺癌患者。Fig.3 Correlation between tumor size and the relative capacity of cerebrospinal fluid (CSF) in the third ventricle.3A: The correlation between tumor size and the relative capacity of CSF in the third ventricle in chemotherapy lung cancer (CLC) patients; 3B: The correlation between tumor size and the relative capacity of CSF in the third ventricle in non-chemotherapy lung cancer (NCLC) patients.

2.3 纵向研究

配对t检验结果显示，与首次行颅脑MRI 扫描时相比，LC患者颅内CSF总量（t=2.228，P=0.038）、外周CSF 相对容量（t=2.243，P=0.037）以及左侧侧脑室CSF 相对容量（t=2.456，P=0.024）均显著增加。并且相关性分析结果显示，两次扫描的CSF 总量（r=0.477，P=0.034）、外周CSF 相对容量（r=0.512，P=0.021）以及左侧侧脑室外周CSF相对容量（r=0.492，P=0.027）差值与随访时间间隔之间呈显著的正相关性，见图4。

图4 随访时间间隔和脑脊液相对容量改变的相关性。4A～4C 分别为肺癌患者中，随访时间间隔分别和脑脊液总量相对容量（4A）、外周脑脊液相对容量（4B）以及左侧侧脑室脑脊液相对容量（4C）改变间的相关性。Fig.4 Correlations between follow-up time interval and changes of the relative capacity of cerebrospinal fluid(CSF) in lung cancer patients.4A-4C are correlations between follow-up interval and changes of the relative capacity of total CSF (4A), peripheral CSF (4B) and left lateral ventricular CSF (4C).

在长期纵向随访过程中，有5例LC患者行3次相同的颅脑MRI 扫描，2 例患者行4 次MRI 扫描，并且有1 例患者共经5 次MRI 扫描。其相关CSF 指标变化趋势图如图5。

3 讨论

本研究基于受试者颅脑3D-T1WI序列图像，利用脑容量测量软件定量分析其颅内总CSF 以及各亚区CSF 容量。横断面研究中，比较CLC、NCLC 以及HC 三组各项CSF 指标的差异，研究发现与HC 组相比，CLC和NCLC 组患者第三脑室、右侧侧脑室CSF 容量以及右侧侧脑室脉络丛体积均显著增加。并且在CLC 组中，肿瘤大小与第三脑室CSF容量之间呈显著的正相关关系。纵向分析中比较LC患者前后两次随访后各项CSF 指标的变化，结果显示，LC 患者在第二次随访后，颅内CSF总量、外周CSF以及左侧侧脑室CSF容量显著增加，并且两次随访时间间隔与上述CSF指标变化量间呈显著正相关性。本研究创新性地提出并结合横向和纵向分析方法，证明了LC 及癌症化疗对患者CSF 容量的影响，为LC 的预防、诊断以及治疗提供了新的影像学方法，并且对指导癌症化疗进程具有一定临床意义。

3.1 CLC和NCLC患者CSF容量发生改变

与LV 等[11]的研究结果一致，本文中横断面研究发现，CLC 和NCLC 患者第三脑室、右侧侧脑室CSF 容量以及右侧侧脑室脉络丛体积较HC 组均显著增加。近年来，随着生物技术的高效发展，CSF 成分检测常被用于追踪肿瘤的进展[12-13]。既往研究显示，CSF 成分改变是LC 患者尤其是LC 伴脑膜转移患者神经系统的肿瘤标记物之一[14-16]。肿瘤细胞可沿神经轴扩散进入CSF，破坏中枢神经系统（central nervous system, CNS）微环境，损伤患者免疫系统进而引起神经炎症[17-18]。动物研究发现，LC 小鼠模型的CNS 中多种神经炎症因子显著增加[19]。脉络丛组织负责CNS中CSF 的产生，对神经炎症高度敏感[20]。炎症反应可以破坏脉络丛上皮细胞间的紧密连接蛋白，损伤血液-脑脊液屏障的完整性，从而引起CSF 微环境改变[21]。多项研究显示CNS 炎症反应导致脉络丛体积增加[22-23]，可能与免疫细胞进入CNS 后对脉络丛上皮产生继发性浸润有关[24]，同时CNS 炎症反应可引起脉络丛上皮细胞氧化损伤，线粒体功能障碍，进而导致组织反应性增大[25]。有报道称炎症反应将使CSF 循环系统障碍，CSF 过量产生并且清除系统受损从而引起脑室改变[26-27]。根据上述理论机制，本研究中LC患者的癌细胞可能通过引发神经炎症反应从而造成CSF 容量和脉络丛体积改变。与既往研究结果不同[11]，本研究中CLC 和NCLC 两组间上述各项CSF 指标无显著性差异，造成结果不一致的原因可能有以下两点：（1）测量CSF容量的方法不同，本研究使用联影智能脑容量测量软件对受试者颅脑3D-T1WI 结构像进行预处理和定量分析，而LV等使用的是vol2Brain在线测量软件，不同的测量方法可能会对结果产生一定影响；（2）癌症化疗周期不同，化疗周期越长对患者神经系统的影响越大[28]，这可能是导致本研究与既往研究不一致的原因之一。

3.2 CLC患者CSF容量和肿瘤大小的相关性

横向研究中，相关性分析结果显示，CLC 患者组中，肿瘤大小和第三脑室CSF容量间具有显著的正相关性，即肿瘤尺寸越大，第三脑室CSF 容量越大。肿瘤大小是LC 分期的重要依据[29]，肿瘤较大者预后较差，并且术后复发的可能性较大[30-31]，据此推测其可能通过上述神经炎症机制对CNS产生更严重的影响。此前多项研究阐述了肿瘤化疗的神经毒性理论[32-33]，化疗药物可通过与DNA相互作用、激活促炎细胞因子以及诱导氧化应激等多种途径导致神经元凋亡[34-36]。由于在NCLC 患者组中并未发现肿瘤大小和CSF 容量间的显著相关性，因此推测化疗可能进一步加重肿瘤大小对LC患者CNS的影响。

3.3 纵向随访LC患者CSF容量的改变

纵向研究结果显示，LC 患者颅内CSF 总量、外周CSF以及左侧侧脑室CSF容量随着随访间隔时间的延长逐渐增加，并且多次随访趋势图表明LC 患者CSF总量等指标呈明显上升趋势。LC 是造成脑转移癌的主要原发肿瘤之一，有报道称23%～36%的LC 患者会发生CNS 转移[17]，并且小细胞LC 患者中近60%的患者在两年内出现CNS侵犯[37]。既往研究提出检测CSF流量及体积的改变可能作为监测脑肿瘤发展的重要生物学技术[38]，由于此次试验招募的LC 患者暂未发生CNS 转移，因此结合上述理论研究推测，测量LC 患者CSF 容量变化可能成为监测肿瘤发展以及预防癌细胞侵犯CNS 的较为敏感的神经影像学标记。与既往利用CSF 遗传学或细胞学检测诊断LC 脑转移等方法[39-41]相比较，本研究使用的MRI 神经影像学定量分析CSF容量的方法创伤性更小，患者耐受性更高。

3.4 局限性

本研究尚存在以下局限性：（1）纳入的样本量偏小，可能造成研究结果偏倚，今后将招募更大样本对本研究结果进行重复验证；（2）本研究缺少认知行为学指标，未能说明脑形态学改变对行为学表现潜在的影响，之后的研究中将评估受试者的多项认知功能；（3）缺乏完整的生物遗传学数据，无法提供LC 患者神经影像学改变的生物学机制，未来将考虑收集受试者的遗传学数据，探索LC 及化疗引起CSF 改变的生物学机制。

4 结论

综上所述，本研究结合横向和纵向分析方法，无创性评估和证明了LC 及化疗导致患者多个脑室CSF容量以及脉络丛体积显著增加，并且化疗后，肿瘤大小和第三脑室CSF 容量间呈显著正相关关系。本研究有助于加深LC以及癌症化疗对神经系统影响的理解，对LC的预防和早期诊断具有一定临床价值。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。

作者贡献声明：韩小伟酝酿和设计试验，对文章的知识性内容作批评性审阅，获得了国家自然科学基金的资助；赵秋月参与试验设计，分析和解释本研究的数据，实施研究，统计分析，撰写文章；梁雪、荣萍、陈文倩、马一鸣参与设计试验，实施研究，采集数据，分析和解释本研究的数据；全体作者均同意发表最后的修改稿，同意对本研究的所有方面负责，确保本研究的准确性和诚信。