MRI征象及表观弥散系数预测高级别胶质瘤O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶启动子甲基化

李昇霖，薛彩强，柯晓艾，邓 娟，刘显旺，周俊林

(兰州大学第二医院放射科 兰州大学第二临床医学院 甘肃省医学影像重点实验室，甘肃 兰州 730030)

胶质瘤为最常见脑肿瘤，2016版WHO脑肿瘤分类中将Ⅲ、Ⅳ级胶质瘤称为高级别胶质瘤(high-grade glioma, HGG)，约占原发性恶性脑肿瘤45%以上，恶性程度高，患者中位生存期短[1]，是临床重大挑战。O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶(O6-methylguanine DNA methyltransferase, MGMT)启动子甲基化状态与化学治疗(简称化疗)胶质瘤疗效及患者生存率密切相关[2-3]，却仅能通过术后基因检测获得MGMT启动子甲基化状态信息。术前无创性评估胶质瘤MGMT甲基化状态对制定治疗方案及评估预后至关重要，而部分MRI征象与胶质母细胞瘤IDH基因突变相关[4]。本研究观察术前MRI征象及表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)评价HGG MGMT启动子甲基化状态的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2016年3月—2019年9月85例经病理证实HGG(Ⅲ、Ⅳ级)并接受MGMT甲基化状态基因检测患者，男46例，女39例，年龄3～75岁，平均(48.0±14.9)岁；其中71例MR各序列图像完整，14例未接受弥散加权成像；58例MGMT启动子甲基化(+)，27例(-)。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Verio 3.0T超导型MR扫描仪行头颅扫描。参数：平扫轴位及矢状位自旋回波(spin echo, SE)-T1WI，TR 550 ms，TE 12 ms；轴位快速自旋回波(fast spin echo, FSE)-T2WI，TR 2 200 ms，TE 90 ms；轴位液体衰减反转恢复T2WI，TR 9 000 ms，TE 110 ms，TI 2 371 ms；上述序列FOV 320 mm×320 mm，矩阵256×256，轴位层厚5 mm，层间距1.5 mm，矢状位层厚8 mm，层间距2 mm。弥散加权成像采用SE-EPI序列加频率选择脂肪抑制技术，TR 4 000 ms，TE 100 ms，层厚9 mm，层间距1 mm，FOV 260 mm×260 mm，矩阵256×192，b值为0、1 000 s/mm2。以流率3 ml/s注射对比剂Gd-DTPA 0.1 mmol/kg体质量后，采集头颅轴位、矢状位和冠状位增强T1WI。

1.3 图像分析 由2名具有10年中枢神经系统影像学诊断经验的副主任医师采用双盲法读片，意见不一致时经协商确定；观察指标：定性指标包括肿瘤部位、坏死、囊变、出血，瘤脑界面及强化程度；定量指标包括肿瘤最大径、水肿最大径、囊变最大径、最大ADC值(ADCMax)、平均ADC值(ADCMean)、最小ADC值(ADCMin)及相对ADC值(rADC)，取平均值作为结果。相关定义：rADC值为病灶实性成分ADCMean/半卵圆中心层面脑白质ADCMean；根据胶质瘤主体所在将病灶定位为额叶、颞叶、顶叶、枕叶或其他[4]；≥1/3肿瘤边缘与非瘤脑组织分界不清且≥2个连续层面定义瘤脑界面模糊；囊变指具有张力的液性囊腔，囊液信号与脑脊液信号一致，囊壁厚薄均匀，且边界清晰，增强后无强化或轻度强化；坏死指T1WI瘤体内形态不规则囊液性信号区，信号稍高于脑脊液，与瘤体分界不清，囊壁厚薄不均，增强后囊壁与邻近瘤体一致强化；以强化程度低于海绵窦为轻度强化，接近海绵窦但肿瘤内部结构可辨认为中度强化，肿瘤内部结构不能辨认为重度强化。

1.4 统计学分析 采用SPSS 25.0统计分析软件。计量资料以±s表示，行独立样本t检验。计数资料以频数表示，行χ2检验或Fisher精确概率法。以Kappa检验评估2名医师评价定性指标的一致性，Kappa≥0.75为一致性较好，0.4≤Kappa<0.75为一致性一般，Kappa<0.4为一致性较差。绘制差异具有统计学意义的定量指标预测HGG MGMT启动子甲基化状态的受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线，评价其诊断效能。P<0.05为差异有统计学意义。

表1 MGMT启动子不同甲基化状态HGG的 MRI定性指标比较(例)

表2 脑不同部位HGG MGMT启动子甲基化状态比较[例(%)]

2 结果

2.1 MRI定性指标比较 2名医师评价定性指标结果一致性较好(Kappa=0.68～1.00，P均<0.05)。HGG MGMT启动子甲基化(+)HGG较甲基化(-)者更易出现瘤脑界面模糊(P=0.05)，不同启动子甲基化状态HGG之间，其余MRI定性指标差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1及图1、2。左侧颞叶HGG MGMT启动子甲基化(+)率高于右侧(P均<0.05，表2)。

2.2 MRI定量指标比较 HGGMGMT甲基化(+)与MGMT甲基化(-)者间ADCMin、ADCMean及rADC值差异均有统计学意义(P均<0.05)，而ADCmax、肿瘤最大径、水肿最大径、坏死最大径差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表3。

图1 患者男，52岁，右侧额叶胶质母细胞瘤，MGMT启动子甲基化(-) A、B.平扫MR T2WI(A)及T1WI(B)示右侧额叶巨大肿块，中心不规则坏死，周围可见水肿带，瘤脑界面显示清晰，中线结构略向左侧移位； C.ADC图示肿瘤实性部分呈明显低信号，ADCMax=1.02 s/mm2，ADCMin=0.78 s/mm2，ADCMean=0.91 s/mm2，rADC=1.12； D.增强T1WI示病灶呈花环状中度强化； E.病理图(HE,×200)示肿瘤细胞弥漫性分布，瘤细胞异型性，核分裂象多见，伴栅状坏死； F.MGMT启动子甲基化检测呈阴性

图2 患者女，39岁，左侧颞叶胶质母细胞瘤，MGMT启动子甲基化(+) A、B.平扫MR T2WI(A)及T1WI(B)示左侧颞叶混杂信号肿物，瘤脑界面显示不清，胼胝体压部受侵； C.ADC图示肿瘤整体呈稍低信号，ADCMax=1.12 s/mm2，ADCMin=0.92 s/mm2，ADCMean=1.02 s/mm2，rADC=1.31； D.增强T1WI呈花环状明显强化； E.病理图(HE,×200)示肿瘤细胞密度增高，核浆比增大，核异型，其间伴坏死及微血管增生； F.MGMT启动子甲基化检测呈阳性

表3 不同MGMT启动子甲基化状态HGG的MRI定量指标比较(±s)

表3 不同MGMT启动子甲基化状态HGG的MRI定量指标比较(±s)

MGMT启动子ADC值ADCMax(s/mm2)ADCMin(s/mm2)ADCMean(s/mm2)rADC甲基化(+)(n=50)1.13±0.230.98±0.251.06±0.241.39±0.31甲基化(-)(n=21)1.02±0.210.84±0.180.92±0.181.19±0.30t值1.882.332.312.51P值0.070.020.020.01MGMT启动子肿瘤最大径(cm)水肿最大径(cm)坏死最大径(cm)肿瘤径/水肿径坏死径/水肿径肿瘤径/坏死径甲基化(+)(n=50)5.41±1.711.71±1.001.89±1.533.88±1.901.37±1.322.49±2.24甲基化(-)(n=21)5.36±1.771.97±1.191.83±1.513.93±3.541.40±1.992.66±2.46t值0.11-0.970.17-0.08-0.07-0.28P值0.910.340.870.940.950.78

2.3 诊断效能 ADCMin值预测HGG MGMT启动子甲基化阴阳性的曲线下面积(area under the curve, AUC)为0.72，截断值取0.88 s/mm2时，其敏感度及特异度分别为76.00%、71.40%；ADCMean值的AUC为0.71，截断值取0.98 s/mm2时，敏感度及特异度分别为72.00%、71.40%；rADC值的AUC为0.71，截断值取1.24时，敏感度及特异度分别为74.00%、71.40%，见图3。

图3 ADCMin、ADCMean及rADC值预测HGG MGMT启动子甲基化的ROC曲线

3 讨论

MGMT启动子甲基化是预测胶质瘤预后的重要因素[5-6]。MGMT启动子甲基化(+)HGG对化疗较敏感[7]；且MGMT启动子甲基化状态与放射治疗后肿瘤假性进展、复发时间和部位均密切相关。MRI能无创性预测胶质母细胞瘤IDH基因状态[4]、MGMT甲基化状态[8]及TERT突变[9]等。术前明确HGG MGMT启动子状态对临床个性化治疗具有重要价值。

ELLINGSON等[10]观察358例胶质母细胞瘤，发现MGMT启动子甲基化者更多分布于左侧大脑半球颞叶附近。本组MGMT启动子甲基化(+)HGG亦较(-)者更多见于左侧颞叶，与之相符；而在整个脑区分布差异无统计学意义。人脑结构、功能及基因表达不对称，HGG MGMT启动子甲基化状态在双侧大脑半球分布亦不对称[11]。此外，本组MGMT启动子甲基化(+)HGG瘤脑界面模糊者较(-)者多见，可能与HGG周围脑组织浸润有关：MGMT启动子甲基化可致胞质内MGMT表达含量降低，DNA损伤与修复功能下降，伴随肿瘤细胞Ki-67增殖指数降低[12-13]，使肿瘤细胞增殖相对减缓，可能是HGG及正常脑组织失去清晰瘤脑界面的原因[14]，而这对于制定胶质瘤的手术方案具有重要意义，即MRI提示胶质瘤可能存在MGMT启动子甲基化时，应尽量扩大手术切缘，以降低术后复发危险。有学者[15-16]认为MGMT启动子甲基化(+)HGG较(-)者更易出现边缘环形强化及坏死，但本组二者之间坏死、囊变及强化程度差异均无统计学意义。

本研究中MGMT启动子甲基化(+)HGG的ADCMin、ADCMean及rADC均大于(-)者，ADCMin值、ADCMean、rADC截断值分别取0.88 s/mm2、0.98 s/mm2、1.24，对预测MGMT启动子甲基化状态具有良好诊断效能。HAN等[16]认为MGMT启动子甲基化(-)胶质母细胞瘤(n=37)的ADC低于(+)者(n=40)，本研究结果与之基本一致。研究[17]表明，ADCMean与胶质瘤MGMT启动子甲基化比率呈正相关，且MGMT启动子甲基化胶质瘤ADCMean明显高于未甲基化者，本研究结果与之相符。文献[18]报道，ADCMin阈值取0.8 s/mm2能较好预测MGMT启动子甲基化状态。本研究以0.88 s/mm2为 ADCMin阈值，预测MGMT启动子甲基化的敏感度为76.00%，特异度为71.40%。ADC变化主要取决于细胞大小及密度。就HGG而言，MGMT启动子甲基化状态可影响瘤细胞增殖及肿瘤进展[13]，而ADC可间接反映HGG恶性程度，ADC越大，肿瘤恶性程度越低，推测这可能是MGMT启动子甲基化(+)HGG患者中位生存期高于甲基化(-)者的原因[19]，有待大样本、多中心数据加以验证。

总之，术前MRI征象及ADC对评价HGG MGMT启动子甲基化有一定价值。