氨基质子转移成像对脑胶质瘤分级及异柠檬酸脱氢酶、Ki-67、p53表达的诊断及预测价值

张浩，崔园园，冯杰,3，彭虹，张君，王岩，王玉林，肖华锋，陈新静，马林*

1.解放军医学院，北京 100853；2.解放军总医院第一医学中心放射诊断科，北京 100853；3.武警山西总队医院医学影像科，山西太原 034099； *通讯作者 马林 cjr.malin@vip.163.com

胶质瘤是脑内最常见的原发性肿瘤[1]，不同级别、不同分子类型的胶质瘤预后差别较大。除WHO分级外，异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）、Ki-67、p53 等分型及表达对胶质瘤的诊断也具有重要意义，其中胶质瘤的WHO 分级与治疗方案的选择和预后密切相关[2-3]。研究表明，IDH 基因编码的酶在对抗氧化损伤机制反应过程中起催化作用，IDH 突变则会削弱对抗氧化损伤的作用[4]，提示IDH突变型胶质瘤在放化疗过程中治疗效果更佳，预后更好[5-6]，因此通过影像预测IDH 的状态对于评价患者预后具有重要意义[7-9]。Ki-67 能够反映细胞增殖程度和恶性程度，在预测肿瘤预后方面比肿瘤分级更重要[10]。p53 表达程度与肿瘤恶性程度和胶质瘤预后密切相关[11]，并可决定临床治疗过程[12]。氨基质子转移（amide proton transfer，APT）成像是基于化学交换饱和转移成像的一种衍生成像方式，其优势在于可无创、间接地提示肿瘤细胞代谢过程中氨基酸多肽含量[13]。本研究拟探讨应用APT 图像与胶质瘤级别、IDH 状态、Ki-67 及p53 表达的关系，为术前诊断及预后评估提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2017年5月—2019年12月经病理证实的59 例胶质瘤患者，其中男39 例，女20 例；年龄13～71 岁，平均（46.10±14.96）岁。所有患者均具有WHO 分级、IDH 状态及Ki-67 表达水平检测结果，其中54 例具有p53 表达水平检测结果。纳入标准：①术前行MRI 平扫、增强及APT 扫描；②MRI 检查前未行任何治疗；③病变为原发性胶质瘤，无其他脑部疾病；④病理资料包含WHO 分级、IDH、Ki-67 及p53。排除图像有伪影干扰者。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery MRI 750 扫描仪及8 通道头颅线圈。扫描参数：轴位T2WI 快速自旋回波序列：TR 5535 ms，TE 95 ms，层厚5.0 mm，层间距1.5 mm；轴位T1WI 液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery，FLAIR）序列：TR 1750 ms，TE 24 ms，TI 780 ms，层厚5.0 mm，层间距1.5 mm；冠状位T2WI FLAIR：TR 8000 ms，TE 162 ms，TI 2100 ms，层厚5.0 mm，层间距1.5 mm；增强扫描：按0.1 mmol/kg 静脉注射钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）；APT 扫描于增强扫描前进行，参照T2WI 及冠状位T2 FLAIR 图像肿瘤最大层面进行定位，采用2D 单次激发快速平面回波序列，TR 2500 ms，TE 22.5 ms，翻转角20°，饱和时间4 s，化学位移±3.5 ppm，FOV 22 cm×22 cm，矩阵128×128，层厚6 mm，扫描时间2 min 10 s。

1.3 图像分析 由2 名具有3年以上工作经验的影像科医师采用盲法将APT 图像的窗宽调为-10%～10%评估肿瘤实体部分（刨除坏死、囊变、血管）信号，并将图像分级[14]，1 级：肿瘤实体部分与其周围脑实质相比无信号增高（信号为绿色）；2 级：肿瘤实体部分为轻微稍高信号（信号为淡黄色）；3 级：肿瘤实体部分为点片状稍高信号（信号以黄色为主）；4 级：肿瘤实体部分为点片状高信号（信号以红色为主）；5 级：肿瘤实体部分为点片状高信号（信号以红色为主），且瘤周水肿区出现点片状高信号（信号为黄、红色）。当图像评价存在分歧时协商解决。将APT 图像分组，大于ROC 曲线计算的截断点为阳性图像，其他为阴性图像。

1.4 病理及免疫组化 对肿瘤进行病理学及免疫组化分析，将Ⅱ级归为低级，Ⅲ级、Ⅳ级归为高级；根据Ki-67、p53 表达水平定义阳性表达细胞数<5%为低表达组，≥5%为高表达组；根据IDH-1 表达分为IDH突变型和IDH 野生型。

1.5 统计学方法 采用SPSS 19.0 软件及MedCalc 软件。采用Spearman 相关分析研究胶质瘤APT 图像等级与WHO 分级的相关性；采用Mantel-Haenszelχ2检验判断随APT 图像等级升高，IDH 野生型、Ki-67、p53 高表达百分比的变化趋势。采用Mann-WhitneyU检验分别比较APT 图像等级与WHO 分级、IDH、Ki-67、p53 表达水平高低之间的差异，采用ROC 曲线评价APT 图像等级对上述免疫组化结果的诊断效能，计算曲线下面积（AUC），选出各变量的截断点，根据截断点对APT 图像分组，并计算相应的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值。P<0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 APT 图像等级 59 例患者中，APT 图像1 级14 例（图1），2 级2 例（图2），3 级12 例（图3），4 级4 例（图4），5 级27 例（图5）。

图1 男，53 岁，左侧额、颞叶WHO Ⅲ级间变型少突胶质细胞瘤。

图2 女，39 岁，右侧额叶WHO Ⅱ级少突胶质细胞瘤。

图3 男，55 岁，左侧额、顶叶WHO Ⅱ级弥漫性星形细胞瘤。

图4 女，49 岁，右侧额叶WHO Ⅱ级少突胶质细胞瘤。

图5 女，71 岁，右侧中央区WHO Ⅳ级胶质母细胞瘤。

2.2 APT 图像等级与WHO 分级、IDH 状态、Ki-67及p53 表达水平的关系 59 例患者中，低级别胶质瘤（WHO Ⅱ级）22 例，高级别胶质瘤37 例（WHO Ⅲ级12 例、WHO Ⅳ级25 例）；IDH 突变型22 例，野生型37 例；Ki-67 低表达6 例，高表达53 例；54 例患者中，p53 低表达14 例，高表达40 例。Spearman相关分析显示，APT 图像等级与胶质瘤WHO 分级呈显著正相关（r=0.6，P<0.001）；Mantel-Haenszelχ2检验显示，随APT 图像等级增高，IDH 野生型与突变型、Ki-67、p53 高表达与低表达之间的比率逐渐上升（χ2for trend=7.251，P=0.007；χ2for trend=4.229，P=0.04；χ2for trend=6.387，P=0.011）。

2.3 APT 图像等级在WHO 分级、不同IDH 状态、Ki-67 及p53 表达水平之间的差异 Mann-WhitneyU检验显示，低级别胶质瘤APT 图像等级低于高级别胶质瘤（P<0.0001）；IDH 突变型组APT 图像等级低于IDH 野生型组（P=0.006）；Ki-67 低表达组 APT 图像等级低于 Ki-67 高表达组（P=0.029）；p53 低表达组APT 图像等级低于p53高表达组（P=0.013）。Mann-WhitneyU检验的秩均值间接反映APT 图像等级，秩均值较低者APT图像等级较低，秩均值较高者APT 图像等级较高（表1）。

表1 各组免疫组化因子间APT 图像差异

2.4 诊断效能评价 当APT 图像等级截断点设为4 时，鉴别胶质瘤高低级别、IDH 状态、Ki-67 表达水平高低的AUC 分别为0.78（P<0.0001）、0.703（P=0.0028）、0.758（P=0.0008）；当截断点设为3 时，鉴别胶质瘤p53 表达水平高低的AUC 为0.712（P=0.0071，表2、3，图6）。

表2 APT 图像等级鉴别胶质瘤级别、IDH 状态、Ki-67 及p53 表达水平的诊断效能

表3 基于APT 图像截断点的各组病例（例）

图6 APT 图像区分胶质瘤级别（A）、IDH 状态（B）、Ki-67 表达（C）及p53 表达（D）的ROC 曲线

3 讨论

胶质瘤的发生、发展及预后与多种分子表达特征密切相关[15-16]，其中包括WHO 分级、IDH、Ki-67 及p53 的表达状态及水平。APT 成像基于化学交换饱和转移成像，可无创、间接地提示可移动蛋白和多肽的状态，有助于预测胶质瘤分级及上述分子表达的特点[10,17-18]。本研究将APT 图像分为5 个等级，APT图像由浅至深（绿色-黄色-红色）的变化反映了胶质瘤内蛋白含量的增加。

胶质瘤级别越高，细胞代谢越活跃，蛋白和多肽的表达水平越高，而APT 图像可通过肿瘤内可移动蛋白及多肽的多少间接判断胶质瘤级别[3]，本研究中APT 图像等级与胶质瘤WHO 分级呈显著正相关，且低级别胶质瘤APT 图像信号低于高级别胶质瘤，与既往研究结果一致[10]。本研究发现，当APT 图像显示瘤周水肿区出现高信号时，肿瘤为高级别的可能性较大，与高级别胶质瘤瘤周水肿内存在较明显的肿瘤细胞浸润有关[19]。

本研究显示，IDH 突变型组APT 图像信号低于IDH 野生型组，此外，APT 图像提示当瘤周水肿内出现高信号时，肿瘤为IDH 野生型的可能性较大，与既往研究结果一致[20]。IDH 的突变会导致氨基酸等蛋白质表达下降[21]，因而IDH 突变型肿瘤所含蛋白较IDH野生型少，IDH 突变型胶质瘤对应的APT 图像信号较野生型低。

既往研究发现Ki-67 的表达水平与肿瘤增殖程度及恶性程度呈正相关[10]。本研究中，Ki-67 低表达组APT 图像等级低于高表达组，由截断点、相关特异度及阳性预测值可知Ki-67 低表达者均为APT 阴性图像，APT 阳性图像者均提示Ki-67 高表达。当Ki-67表达程度高时，肿瘤细胞增殖程度高，标记视野内所含蛋白含量增加，导致APT 图像信号随Ki-67 表达水平增加而增高。

本研究中，p53 高表达者APT 阳性图像多于p53 低表达者，由相关阳性预测值及截断点得知，肿瘤或瘤周水肿区出现点片状高信号时提示p53 高表达，预后较差。p53 基因突变率可影响胶质瘤的发展及预后[22]，p53蛋白参与调节细胞周期和细胞凋亡[23]，其表达增高由p53 突变率增加导致[24]，可加快癌细胞的生长发育[25]，从而使肿瘤内蛋白质含量增多，因此导致APT 图像信号与p53 表达程度成正比。

本研究的局限性：①APT 成像为2D 扫描，单次扫描只能获取一张图像，信息较少，定位不准确时可能导致偏差；②应用APT 图像预测部分基因时阴性预测值较低，可能由于例数偏少、病例分布不均所致，因此需进一步扩大样本量。

总之，本研究定性地分析了APT 图像信号特点与胶质瘤级别、IDH、Ki-67、p53 状态及表达水平的关系，证实APT 图像在预测肿瘤分子表达方面具有较大的应用价值，为胶质瘤术前分级、治疗方案及预后判断等方面提供了新的影像学方法。