H3K27M突变型与野生型儿童弥漫内生型脑桥胶质瘤的MRI鉴别诊断

吴晨青， 郑慧， 邬昊婷, 李玉华, 汪登斌

2016年WHO中枢神经系统肿瘤新增H3K27M突变的弥漫性中线胶质瘤(diffuse midline glioma，DMG)病理分型，确诊需满足以下条件：①肿瘤位于中枢神经系统中线部位；②肿瘤呈弥漫性生长；③肿瘤伴有H3K27M突变，无论其组织学形态是否符合高级别特征均诊断为WHO Ⅳ级[1]。组蛋白H3主要通过表观调节控制基因表达，参与细胞增殖、分化、分裂等多种生物学活动，H3K27M突变指组蛋白H3于27位点的赖氨酸突变为甲硫氨酸，降低基因转录的稳定性[2-3]。发生于脑桥的DMG称为弥漫内生型脑桥胶质瘤(diffuse intrinsic pontine glioma,DIPG)，好发于5～10岁儿童且预后差，中位生存期仅6个月～2年，5年生存率不足1%[4-5]。约85%的DIPG伴H3K27M突变，突变型较野生型预后更差，中位生存期更短[6-9]。DIPG以脑桥为中心生长，病理活检难度大，有观点认为典型临床症状及影像特征足以支持诊断[4,5,10]。MRI作为无创性检查，有助于DIPG的诊断分型及预后评估。本文回顾性分析54例突变型和9例野生型DIPG的临床及MRI影像特征，旨在提高对该病的认识，为临床诊断提供参考。

材料与方法

1.病例资料

搜集我院2016年7月-2020年2月经病理证实的脑干胶质瘤患儿，病例入组标准：①影像特征符合DIPG，即肿瘤起源于脑桥，累及脑桥2/3以上，脑桥呈弥漫性肿胀[11,12]；②经病理证实为DMG，并进行H3K27M免疫组化测定；③均在治疗前行头颅MRI检查，图像无明显伪影，可进行影像学评估。最终共63例DIPG患儿纳入本研究，包括54例H3K27M突变型和9例野生型。54例突变型患儿的平均年龄为(6.15±2.33)岁，其中男30例(55.5%)。9例野生型患儿的平均年龄为(6.56±1.74)岁，其中男3例(33.3%)。患儿的主要临床症状包括行走不稳(29/63)、肢体乏力(15/63)、眼球斜视(11/63)，少见的症状包括饮水呛咳、意志障碍、头晕头痛。入院时对患儿行Karnofsky功能状态评分(Karnofsky Performance Statues,KPS)，63例患儿均行脑干病变立体定向活检手术。病理科采用多克隆抗体(中杉公司)检测H3K27M有无突变。

2.检查方法

所有患者均行MRI平扫及增强检查，采用GE igna HDxt 3.0T以及Philip Ingenia 3.0T MRI扫描仪，8通道头颅线圈，平扫序列包括T1FLAIR(TR 1800 ms,TE 20 ms,层厚5 mm,层间隔6 mm)、T2FLAIR(TR 7000 ms,TE 120 ms,层厚5 mm,层间隔6 mm)、DWI(b=1000 s/mm2)。增强扫描对比剂采用Gd-DTPA，剂量0.1 mmol/kg，行横轴面、矢状面及冠状面增强扫描。对于不能配合检查的患儿，给予5%水合氯醛溶液(0.5 mg/kg)镇静后进行扫描。

3.图像分析

由两位具有丰富儿童神经影像诊断经验的放射科医师在不知H3K27M免疫组化结果时进行图像分析，意见不一致时经讨论达成一致意见。MRI图像分析内容包括：①肿瘤大小。根据T2WI FLAIR图像排除高信号的瘤周水肿区域后，在T1WI增强横轴面图像上测量肿瘤最大横断面面积、T1WI增强矢状面沿脑干纵轴测量肿瘤头尾长径(craniocaudal dimension，CCD)；②肿瘤与周围结构关系。a.是否包绕基底动脉(完全环周包绕基底动脉定义为有包绕)；b.是否累及丘脑基底节区； c.是否跨越小脑中脚；③肿瘤内有无急性出血。T1WI平扫及DWI图像上均呈高信号定义为急性出血；④肿瘤有无囊变。T2WI呈结节状明显高信号定义为囊变；⑤有无瘤周水肿。肿瘤周围边界不清的T1WI等低、T2WI FLAIR高信号、增强后无强化区定义为瘤周水肿；⑥有无扩散受限。DWI呈高信号且对应区域表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)下降定义为扩散受限；⑦测量肿瘤最大横轴面ADC值。避开囊变和出血区，对肿瘤最大横轴面全瘤勾画感兴趣区(region of interest，ROI)，测量得到平均ADC值(mean apparent diffusion coefficient,meanADC)及最小ADC值(minADC)，重复勾画3次分别计算得出平均值。⑧肿瘤强化方式。包括无强化、斑片样强化、环形强化、小结节样强化、同时出现环形强化及小结节样强化等5种方式。

4.统计学分析

采用SPSS 23.0软件进行统计学分析。分类变量的组间比较采用χ2检验或Fisher精确概率法，连续变量的组间比较采用独立样本t检验。通过受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析有统计学差异的特征对H3K27M突变型与野生型的鉴别诊断效能。以P<0.05为差异有统计学意义。

图1 DIPG H3K27M突变型患儿，男，5岁，行走不稳近2个月。a) T2WI FLAIR示脑桥稍高信号占位(箭)，内部信号均匀，肿瘤包绕基底动脉，跨越小脑中脚；b) DWI示肿瘤内斑片状高信号(箭)，提示扩散受限；c) T1WI增强扫描示肿瘤内环形强化(箭)。周水肿 (箭)；b) T2WI FLAIR示肿瘤累及左侧丘脑基底节(箭)；c) DWI示肿瘤内斑片状高信号(箭)，提示扩散受限；d) T1WI增强扫描示肿瘤内环形强化(箭)。图2 DIPG H3K27M突变型患儿，女，5岁，行走不稳1周。a) T2WI FLAIR示脑桥高信号占位，内部信号均匀，肿瘤跨越小脑中脚，未包绕基底动脉，伴轻度瘤图3 DIPG H3K27M突变型患儿，女，3岁，行走不稳近2周。a) T2WI FLAIR示脑桥高信号占位，内部信号不均匀，伴结节状囊变(箭)，肿瘤跨越小脑中脚，未包绕基底动脉；b) DWI示肿瘤内无明显扩散受限；c) T1WI增强扫描示肿瘤内环形强化(箭)。

结 果

H3K27M突变型与野生型DIPG两组患儿的性别、年龄、病程和Karnofsky评分差异均无统计学意义(P值均<0.05，表1)。

表1 H3K27M突变型与野生型患儿的临床特征比较

54例H3K27M突变型患儿中肿瘤包绕基底动脉34例(图1)、累及丘脑基底节5例(图2)、跨越小脑中脚35例(图1～3)。9例野生型患儿中肿瘤包绕基底动脉5例(图4)、跨越小脑中脚2例，均未累及丘脑基底节，均无明显扩散受限(图4、5)。突变型肿瘤较野生型跨越小脑中脚的比例更高，差异有统计学意义(P<0.05，表2)。无论突变型或野生型，肿瘤伴急性出血、扩散受限及瘤周水肿均较少见。

H3K27M突变型与野生型肿瘤的最大横断面面积、最大横断面meanADC值差异无统计学意义(P>0.05)；H3K27M突变型与野生型肿瘤的CCD、最大横断面minADC值差异有统计学意义(P<0.05，表3)。突变型患儿的肿瘤CCD更高，最大横断面minADC值更低。ROC曲线分析结果显示，当肿瘤CCD>4.16 cm时，ROC曲线下面积、诊断灵敏度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为0.722、50.0%、88.9%、96.4%和22.9%；当最大横断面minADC值<0.717×10-3s/mm2时，ROC曲线下面积、诊断灵敏度、特异度、阳性预测值和阴性预测值分别为0.691、77.5%、94.4%、87.9%和21.4%。通过多因素logistics回归分析，两者联合诊断的ROC曲线下面积为0.842 (95%CI:0.718～0.965)。

表2 突变型与野生型患儿的MRI表现(分类变量)比较 (n，%)

图4 DIPG H3K27M野生型患儿，女，10岁，行走不稳10天。a) T2WI FLAIR示脑桥弥漫性肿大，可见稍高信号占位，内部信号不均匀(箭)，肿瘤包绕基底动脉，未跨越小脑中脚，无明显瘤周水肿；b) DWI示肿瘤内无明显扩散受限；c) T1WI增强扫描示肿瘤内环形强化(箭)。 图5 DIPG H3K27M野生型患儿，男，8岁，头痛1周。a) T2WI FLAIR示脑桥弥漫性肿大，可见一边界清楚的稍高信号占位，内部信号较均匀，肿瘤未包绕基底动脉，未跨越小脑中脚，无明显瘤周水肿；b) DWI示肿瘤内无明显扩散受限；c) T1WI增强扫描示肿瘤无明显强化。

表3 H3K27M突变型与野生型患儿的MRI连续变量比较

讨 论

DIPG是儿童脑干肿瘤中最常见的类型，约占80%，无法手术完整切除，预后差，中位生存期短[4,13]。根据2016年WHO中枢神经系统肿瘤病理分型，对于DIPG H3K27M突变型，无论其组织学形态是否符合高级别特征均诊断为WHO Ⅳ级肿瘤，并且突变型较野生型预后更差，约85%的患者在确诊后2年内死亡，因此鉴别H3K27M突变型与野生型对肿瘤分级、预后评估极为重要[6,9,14,15]。MRI作为一种无创性检查方法，能多方位清晰显示肿瘤大小、位置、形态及内部结构，亦可显示肿瘤与周围结构关系，有很高的临床应用价值。目前关于DIPG的MRI研究较少，尚无关于H3K27M突变型与野生型的MRI鉴别诊断的报道。

图6 肿瘤CCD(红色实线)、最大横断面minADC值(蓝色实线)以及两者联合(绿色实线)鉴别诊断DIPG伴H3K27M突变型与野生型的ROC曲线。

分子生物学研究发现H3K27M突变将激活下游多种肿瘤基因，包括EZH2基因过度激活，这一过程与多种恶性肿瘤局部侵袭和远处转移密切相关[16-17]。H3K27M突变同时激活缺氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1)、下调抑癌基因表达，进一步促进肿瘤细胞增殖、局部浸润[18]，MRI能够多参数反映肿瘤形态、内部特征及生物学行为[19-20]。本研究通过分析比较DIPG H3K27M突变型与野生型肿瘤的多参数MRI表现，发现突变型与野生型肿瘤在有无跨越小脑中脚、头尾长径(CCD)和最大横断面的最小ADC值(minADC)上差异有统计学意义(P<0.05)。

小脑中脚又称脑桥臂，由脑桥基底部对侧的脑桥核发出的白质纤维束横向交叉后形成，是小脑最主要的传入纤维，参与控制随意运动，小脑中脚损伤可导致运动功能障碍，可能与患儿行走不稳、肢体乏力等症状有关[21-22]。国外相关研究认为肿瘤是否浸润小脑中脚与预后相关：Makepeace等[23]发现伴小脑中脚浸润的DIPG患者生存时间短、预后差；Hoffman等[24]的多中心研究报道短生存期DIPG患儿(<2年)肿瘤多向脑桥外生长，累及小脑中脚、基底节区。本研究进一步比较了H3K27M突变型与野生型肿瘤的小脑中脚浸润发生率，结果显示两组的发生率差异有统计学意义(分别为64.81%和22.22%,P=0.042),提示小脑中脚浸润可能是导致H3K27M突变型肿瘤预后较差的原因之一。

本研究通过测量肿瘤沿脑干纵轴CCD值，结果显示突变型较野生型肿瘤的CCD值更高[分别为(4.10±0.47)cm 和 (3.75±0.35)cm]，差异有统计学意义(P=0.039),提示H3K27M突变型DIPG较野生型的体积更大，对脑干皮质脊髓束正常结构的影响更明显。本研究结果显示，突变型肿瘤最大横断面的meanADC和minADC值均较野生型小,且minADC值在两组中差异有统计学意义。突变型肿瘤组织中多核巨细胞更多见，而野生型肿瘤组织中大小相似的小圆形细胞更多见，推测突变型肿瘤的内部水分子扩散受限更显著从而造成ADC值更低[15]。ROC曲线分析结果显示，联合肿瘤CCD值和最大横断面minADC值能较好地鉴别H3K27M突变型与野生型，AUC为0.842 (95%CI:0.718～0.965)。国外相关研究显示DIPG肿瘤的CCD值、ADC值与预后相关：Hoffman等[24]报道短生存期患儿(<2年)较长生存期患儿(>2年)肿瘤沿脑干头尾长径更长；Lober等[25]和Poussaint等[26]分别报道了肿瘤平均ADC值与患儿中位生存期、无进展生存期(progression-free survival，PFS)存在相关性，低ADC值可能提示预后不良。结合本研究结果，笔者认为H3K27M突变型DIPG预后不良可能与其细胞增殖快、侵袭能力强有关。

此外，本研究发现突变型肿瘤伴囊变(40.74%，22/54)的比例较野生型(22.22%，2/9)更高，伴囊变的DIPG增强扫描多表现为环形强化或同时出现环形强化与小结节样强化(79.17%，19/24)。相关组织病理学研究报道DIPG H3K27M突变型肿瘤的组织学分型大多属于高级别胶质瘤，以胶质母细胞瘤(WHO Ⅳ级)最常见，细胞分化程度低、增殖速度快[3，6，9]。突变型肿瘤内组织异质性明显，缺血坏死常见，与本研究突变型肿瘤伴囊变比例更高的结论相一致[15，27]。有无囊变及强化方式亦与DIPG预后相关：Hoffman等[24]对短生存期(<2年)与长生存期(>2年)患儿进行比较，发现肿瘤伴有囊变与无囊变差异有统计学意义，短生存期组囊变较多见；Jansen等[28]和van Zanten等[29]研究发现DIPG伴环形强化提示预后不良。

本研究存在以下局限性：①本研究为回顾性分析，H3K27M野生型样本量较少，仅为突变型的1/6，相关统计学差异有待进一步证实；②手动测量肿瘤大小及勾画ROI测量ADC值可能存在误差，接下来需进一步通过自动分割对肿瘤进行勾画和测量；③本研究仅探讨了常规MRI扫描序列对突变型与野生型的鉴别诊断价值，扩散张量成像、磁共振波谱、磁共振灌注成像等技术可能有助于进一步解释突变型与野生型的组织病理及生物学行为差异。

综上所述，MRI检查对于DIPG H3K27M突变型与野生型的鉴别诊断具有重要价值。当DIPG跨越小脑中脚、CCD>4.16 cm、最大横断面的minADC值<0.717×10-3s/mm2时，倾向于诊断为H3K27M突变型。