李飛平盧 強(qiáng)唐 姣王 暉張百華周 斌于小平*

動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振與HIF-1a預(yù)測(cè)食管鱗癌放化療敏感性

李飛平1盧 強(qiáng)1唐 姣2王 暉2張百華3周 斌3于小平1*

目的：探討動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振（DCE-MRI）定量參數(shù)與乏氧誘導(dǎo)因子-1a（HIF-1a）預(yù)測(cè)食管鱗癌放化療敏感性的價(jià)值。方法：對(duì)22例食管鱗癌患者行常規(guī)MRI、DWI、DCE-MRI檢查及免疫組化染色。根據(jù)免疫組化結(jié)果分為HIF-1a陰性組(n=13)及HIF-1a陽(yáng)性組(n=9)，比較治療前兩組間DCE-MRI定量參數(shù)值之間的差異及治療前后各參數(shù)值、腫塊體積的差異。并以ROC曲線來(lái)評(píng)價(jià)治療前Ktrans值區(qū)分HIF-1a陰性/陽(yáng)性表達(dá)的效能。結(jié)果：①治療前HIF-1a陰性組與陽(yáng)性組間Ktrans值有顯著差異（P=0．001）；②治療前后HIF-1a陰性組Ktrans值、腫塊體積（V）有顯著差異（P=0．002，P=0．001），而陽(yáng)性組DCEMRI定量參數(shù)、腫塊體積（V）無(wú)明顯差異；③采用ROC曲線評(píng)價(jià)治療前Ktrans值對(duì)判斷食管鱗癌HIF-1a陰性/陽(yáng)性表達(dá)的效能，曲線下面積為0．932，敏感性為100%，特異性為86．4%。結(jié)論：食管鱗癌HIF-1a陰性表達(dá)患者可能對(duì)放化療更為敏感，治療前Ktrans值對(duì)判斷食管鱗癌HIF-1a陰性/陽(yáng)性表達(dá)及對(duì)其放化療敏感性的預(yù)測(cè)可能有一定的價(jià)值。

食管鱗癌；動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振；乏氧誘導(dǎo)因子-1a

我國(guó)是食管癌的高發(fā)區(qū)，食管鱗癌約占全部食管癌的90%。手術(shù)治療仍是食管癌最主要的治療手段，但對(duì)于局部晚期食管癌，同步放化療已成為目前公認(rèn)有效的治療方式［1］。因此，一個(gè)精確簡(jiǎn)便的預(yù)測(cè)食管癌患者對(duì)放化療敏感性的指標(biāo)對(duì)食管癌治療方式的選擇具有十分重要的意義，臨床上可以依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果為不同患者選擇更為合理而有效的治療方案。已有許多證據(jù)表明，腫瘤乏氧細(xì)胞的產(chǎn)生和存在不僅使腫瘤對(duì)放化療的抗拒性增加，而且使腫瘤更具有侵襲性，容易發(fā)生轉(zhuǎn)移［2］，因此在放化療前明確腫瘤內(nèi)乏氧細(xì)胞存在與否有著重要的意義。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振成像（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging， DCE-MRI）能定量評(píng)估腫瘤微循環(huán)的性能，包括血管的通透性、流動(dòng)異質(zhì)性及其空間分布，該技術(shù)在腫瘤鑒別、早期療效評(píng)估及預(yù)后判斷的研究已有報(bào)道［3-5］。因此，本研究嘗試探DCE-MRI定量參數(shù)與HIF-1a對(duì)食管鱗癌放化療敏感性的預(yù)測(cè)價(jià)值，旨在為臨床治療方案的擬定提供有利的線索。

方 法

1．臨床資料

收集2014年7月至2015年9月本院病理證實(shí)為食管鱗癌患者22例，年齡49～67歲，平均58．3歲，男性21例，女性1例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①患者知情同意參加臨床試驗(yàn)，并接受隨訪；②經(jīng)活檢確診的食管鱗癌初治患者，在入組前未接受針對(duì)食管癌的其他抗腫瘤治療；③年齡18歲～70歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)RI檢查禁忌證；②不接受/耐受手術(shù)或放化療；③身體狀況較差，自主呼吸不平穩(wěn)，不能耐受較長(zhǎng)時(shí)間檢查。經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者在接受檢查前均簽署了知情同意書(shū)。

2 設(shè)備及掃描方法

所有患者分別在治療前及放化療結(jié)束行食管常規(guī)平掃、DWI、DCE-MRI檢查。使用GE R360 1．5T超導(dǎo)型MR和8通道相控體部線圈，患者取仰臥位，頭先進(jìn)。DCE-MRI序列包括：①LAVA-T1WI平掃：Flip Angle 6o，TR 3．5ms，TE 1．2 ms，F(xiàn)OV 40×30cm，層厚4mm，層間距0mm。②多時(shí)相LAVA-T1WI動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描：Flip Angle 6°，其他參數(shù)同上，共掃描56個(gè)時(shí)相，每個(gè)時(shí)相6s、采集24幅圖像，共耗時(shí)336s、采集1120幅圖像。在動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描第5個(gè)時(shí)相，通過(guò)高壓注射器經(jīng)肘靜脈注入對(duì)比劑釓雙胺（劑量0．1mmol/kg體重，流率3ml/s），隨后注入15ml生理鹽水沖管（流率3ml/s）。

3．圖像分析與數(shù)據(jù)采集

3．1 DCE-MRI參數(shù)測(cè)定：將DCE-MRI原始數(shù)據(jù)傳輸至GE Advantage Windows Workstation(版本4．6），應(yīng)用CineTool軟件包進(jìn)行處理。選擇病灶最大層面，采用手動(dòng)繪制感興趣區(qū)（ROI）勾畫(huà)原發(fā)灶邊界，盡量避開(kāi)囊變、壞死及食管腔內(nèi)氣體區(qū)，然后由軟件自動(dòng)計(jì)算DCE-MRI的全定量參數(shù)（Ktrans、Kep、Ve）。

3．2 病灶體積的測(cè)定：在AW4．6工作站，利用Functool-reformat軟件，將ADC圖導(dǎo)入，結(jié)合軸位T2脂肪抑制圖像，逐層勾畫(huà)腫塊的邊界得出每個(gè)層面腫塊的面積（單位mm2），然后將所有病變層面的面積累加得出腫瘤的體積（V）。

4．HIF-1a測(cè)定

所有標(biāo)本經(jīng)10%甲醛常規(guī)固定，石蠟包埋，4μm連續(xù)切片。HIF-1a一抗試劑均購(gòu)自北京中山試劑公司。主要免疫組化步驟： 二甲苯脫蠟、梯度酒精至水，3%雙氧水滅活內(nèi)源性過(guò)氧化酶，PBS緩沖液振洗，采用專用微波爐進(jìn)行抗原微波熱修復(fù)，正常山羊血清封閉、一抗冰箱過(guò)夜，二抗、三抗各1 h，DAB顯色10～15min，復(fù)染核脫水透明，中性樹(shù)膠封片。結(jié)果判斷： 著色細(xì)胞＜10%為陰性，＞10%為陽(yáng)性。

5．統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 19．0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，DCE-MRI各參數(shù)值以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（± s ）表示，治療前HIF-1a陰性組及HIF-1a陽(yáng)性組DCE-MRI參數(shù)值之間的比較采用Mann-Whitney U 檢驗(yàn)，治療前后兩組各參數(shù)值之間的比較采用Wilcoxon signed-rank配對(duì)檢驗(yàn)，P＜0．05表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用受試者工作特征（ROC）曲線分析DCE-MRI參數(shù)對(duì)HIF-1a陰性/陽(yáng)性的判斷效能。

結(jié) 果

26例食管鱗癌患者接受MRI檢查，其中1例因病灶過(guò)小無(wú)法獲取感興趣區(qū)，2例因圖像出現(xiàn)嚴(yán)重偽影，1例治療過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥放棄治療被剔除，其余例22例納入分析，其中HIF-1a陰性表達(dá)13例，HIF-1a陽(yáng)性表達(dá)9例。

治療前HIF-1a陰性組與HIF-1a陽(yáng)性組DCEMRI定量參數(shù)值之間的比較：兩組間Ktrans值有顯著差異（P=0．001），兩組間Kep、Ve值無(wú)明顯差異（表1）。

HIF-1a陰性組及HIF-1a陽(yáng)性組治療前后DCEMRI定量參數(shù)值、腫塊體積（V）的比較：HIF-1a陰性組Ktrans值、V有顯著差異（P=0．002，P=0．002），Kep、Ve無(wú)明顯差異（圖1）。HIF-1a陽(yáng)性組DCEMRI定量參數(shù)值及V無(wú)明顯差異（圖2，表2）。

采用ROC曲線評(píng)價(jià)治療前Ktrans值對(duì)食管癌HIF-1a陰性/陽(yáng)性表達(dá)的判斷效能，ROC曲線下面積為0．932，當(dāng)Ktrans取閾值為0．154/min時(shí)，約登指數(shù)最大（0．846），此時(shí)敏感性為100%，特異性為84．6%（圖3)。

表1　治療前HIF-1a陰性組及HIF-1a陽(yáng)性組DCE-MRI定量參數(shù)值的比較

表2　HIF-1a陰性組、HIF-1a陽(yáng)性組治療前后DCE-MRI定量參數(shù)值、腫塊體積(V)的比較

圖1　患者男性，66歲，食管鱗癌，HIF-1a陰性。A～D．分別為放化療前T2WI、Ktrans、Kep、Ve圖，Ktrans、Kep、Ve值分別為0．202/min、0．363/min、0．568。E～H．分別為放化療結(jié)束T2WI、Ktrans、Kep、Ve圖，Ktrans、Kep、Ve值分別為0．096/min、0．315/min、0．586。治療后Ktrans值及腫塊體積較治療前明顯縮小。

圖2　患者男性，52歲，食管鱗癌，HIF-1a陽(yáng)性。A～D．分別為放化療前T2WI、Ktrans、Kep、Ve圖，Ktrans、Kep、Ve值分別為0．125/min、0．382/min、0．344。E～H．分別為放化療結(jié)束T2WI、Ktrans、Kep、Ve圖，Ktrans、Kep、Ve值分別為0．118/min、0．338/min、0．304。治療后Ktrans值及腫塊體積較治療前無(wú)明顯變化。

圖3　治療前Ktrans值判斷食管鱗癌HIF-1a陰性、陽(yáng)性表達(dá)效能ROC曲線。

討 論

食管癌放化療敏感性依賴腫瘤微血管狀態(tài)，而腫瘤血管生成在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲及轉(zhuǎn)移等方面都起著重要作用。腫瘤內(nèi)異常的微血管結(jié)構(gòu)與紊亂的微環(huán)境變化導(dǎo)致腫瘤內(nèi)普遍存在著乏氧， 其中首要原因是血流灌注缺乏，而乏氧可使腫瘤生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移能力增加以及放化療敏感性降低［6-7］。因此，評(píng)價(jià)腫瘤血管生成狀態(tài)有助于了解和預(yù)測(cè)腫瘤的侵襲性、轉(zhuǎn)移潛能與放化療敏感性。DCE-MRI定量分析是運(yùn)用藥物動(dòng)力學(xué)模型技術(shù)，對(duì)時(shí)間－濃度曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合，演算出各種能反映腫瘤血管結(jié)構(gòu)和功能的定量參數(shù)［8-9］，包括：Ktrans是指對(duì)比劑從血管內(nèi)向血管外細(xì)胞外間隙（extravascular extracellular space， EES）的容積轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)，主要與血流灌注和血管通透性有關(guān)；Kep是對(duì)比劑由EES轉(zhuǎn)移至血漿的速度常數(shù)；Ve是對(duì)比劑在EES的分布容積。其中Ktrans值作為腫瘤血流的標(biāo)志物已經(jīng)獲得公認(rèn)［10］，并被美國(guó)國(guó)立癌癥研究所（USNCI）推薦為抗癌治療試驗(yàn)的主要觀察點(diǎn)之一，并將Ktrans值作為預(yù)測(cè)放療療效的指標(biāo)。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)治療前HIF-1a陰性組與陽(yáng)性組間DCE-MRI定量參數(shù)Ktrans值存在顯著差異（P=0．001），且前者高于后者，提示食管鱗癌HIF-1a陰性表達(dá)者較陽(yáng)性表達(dá)者其腫瘤血管生成和/或滲透性要好。本研究還得出治療后HIF-1a陰性組Ktrans值較治療前明顯下降（P=0．002），腫塊體積（V）較治療前明顯縮?。≒=0．001），而陽(yáng)性組DCE-MRI定量參數(shù)及腫塊體積（V）在治療前后無(wú)明顯差異，提示HIF-1a陰性表達(dá)者對(duì)放化療敏感。其可能的原因?yàn)镠IF-1a陰性表達(dá)者其腫瘤內(nèi)氧供比較豐富，放射線照射腫瘤組織時(shí)，在富氧狀態(tài)下能夠形成更多的氫氧自由基，從而增強(qiáng)放射線對(duì)腫瘤細(xì)胞 DNA的損傷，同時(shí)放射治療使腫瘤組織毛細(xì)血管壁腫脹、變性、壞死，管腔變窄，血栓形成導(dǎo)致血流灌注減少和血管滲漏性降低，甚至局部纖維化，因此Ktrans值降低，腫塊體積縮小。而HIF-1a陽(yáng)性表達(dá)者可能因其腫塊內(nèi)普遍存在乏氧，乏氧存在對(duì)放療產(chǎn)生抗拒，因此DCE-MRI參數(shù)值無(wú)明顯變化，腫塊體積亦無(wú)明顯縮小。Lei等［4］在食管癌放化療療效評(píng)價(jià)的研究中得出治療前Ktrans值高其療效好，O'connor等［11］在直腸癌的研究中也得出了類似的結(jié)論。研究顯示頭頸部惡性腫瘤放療敏感組患者治療前Ktrans值高于療效中間組，且差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［12-13］；Chawla等［14］研究發(fā)現(xiàn)，頭頸部鱗癌放療有效組原發(fā)腫瘤及轉(zhuǎn)移病灶Ktrans值高于無(wú)效組。上述研究均得出了與本研究類似的結(jié)果，進(jìn)一步說(shuō)明了治療前Ktrans值對(duì)食管鱗癌放化療敏感性的有一定的預(yù)測(cè)價(jià)值。

根據(jù)兩組治療前Ktrans值做ROC曲線分析得出，當(dāng)Ktrans取閾值為0．154/min時(shí)對(duì)區(qū)分食管鱗癌HIF-1a陰性/陽(yáng)性的敏感性達(dá)100%，特異性達(dá)84．6%，提示治療前Ktrans值有可能成為判斷食管鱗癌HIF-1a陰性/陽(yáng)性表達(dá)的一種無(wú)創(chuàng)的檢驗(yàn)方法。但是Borren［15］等在前列腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)Ktrans值與HIF-1a的表達(dá)無(wú)明顯相關(guān)性，因此該結(jié)果是否可靠有待擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究。

本研究聯(lián)合DCE-MRI定量參數(shù)及HIF-1a共同預(yù)測(cè)食管鱗癌對(duì)放化療的敏感性，得出了食管鱗癌HIF-1a陰性表達(dá)患者可能對(duì)放化療更為敏感，治療前Ktrans值對(duì)判斷食管鱗癌HIF-1a陰性/陽(yáng)性表達(dá)及對(duì)其放化療敏感性的預(yù)測(cè)可能有一定的價(jià)值。但仍存在不足之處：①本研究樣本量偏少，同步放化療組病例臨床分期主要集中在Ⅲ、Ⅳ期。②食管與胸部大血管及心臟毗鄰，DCE-MRI圖像偽影頗為嚴(yán)重，對(duì)感興趣區(qū)（ROI）的獲取有一定的影響。因此進(jìn)一步研究應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)大樣本量及補(bǔ)充分期較早的病例，繼續(xù)優(yōu)化DCE-MRI掃描參數(shù)。

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Study of Dynamic Contrast-enhanced MRI and HIF-1a in Predicting the Sensitivity of Chemoradiotherapy in Esophageal Squamous Cell Carcinoma

LI Fei-ping1, LU Qiang1, TANG Jiao2, WANG Hui2, ZHANG Bai-hua3, ZHOU Bin3,YU Xiao-ping1

Purpose:To explore the value of the quantitative parameters of dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) and the HIF-1a in predicting the sensitivity of chemoradiotherapy in esophageal squamous cell carcinoma (ESCC). Methods: Conventional MRI, DWI, DCE-MRI and immunohistochemistry were performed in 22 ESCC patients. HIF-1a negative group (n=13) and HIF-1a positive group (n=9) were divided according to the immunohistochemistry results. The differences of quantitative parameters of DCE-MRI before treatment betweenthe two groups were compared, and the differences of quantitative parameters and tumor volume (V) before and after treatment were also compared. ROC curves were used to evaluate the efficacy of pre-treatment Ktransvalue in differentiating HIF-1a negative and positive expression. Results: 1. The Ktransvalue showed significant difference between HIF-1a negative group and positive group (P=0.001). 2.The Ktransvalue and V showed significant differences in HIF-1a negative group between before and after treatment (P=0.002,P=0.001), and none of the quantitative parameters and V showed significant differences in the HIF-1a positive group. 3. ROC curve was used to evaluate the efficacy of pre-treatment Ktransvalue in differentiating HIF-1a negative and positive, the area under the curve, sensitivity and specificity was 0.932, 100%, 84.7%, respectively. Conclusion: ESCC patients with negative expression of HIF-1a may be more sensitive to chemoradiotherapy, the pre-treatment Ktransvalue might have value in differentiating HIF-1a negative from positive, and predicting the chemoradiotherapy sensitivity for ESCC.

1. Hunan Science and Technology Department(2014SR3131)；2.The Provincial Key Clinical Specialty(Medical Imaging) Development Program from Health and Family Planning Commission of Hunan Province(2015/43)；3.National Key Clinical Specialty(Oncology Department) National Health and Family Planning Commission of the PRC(2013/544)

Esophageal squamous cell carcinoma； DCE-MRI； HIF-1a

R814.42

A

1006-5741（2016）-05-0423-06

中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志，2016，22∶423-428

∶1 湖南省腫瘤醫(yī)院放診科

2 湖南省腫瘤醫(yī)院胸部放療科

3 湖南省腫瘤醫(yī)院胸外科

通信地址： 湖南省長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)桐梓坡路283號(hào), 長(zhǎng)沙 410013

∶于小平（yuxiaoping@hnszlyy.com）

∶1.湖南省科技廳(2014SR3131)；2.湖南省臨床重點(diǎn)專科（醫(yī)學(xué)影像）建設(shè)項(xiàng)目(2015/43)；3.國(guó)家臨床重點(diǎn)?？平ㄔO(shè)項(xiàng)目單位基金項(xiàng)目(2013/544)

Chin Comput Med Imag，2016，22∶423-428

1 Department of Diagnostic Radiology, Hunan Cancer Hospital

2 Department of Thoracic Radiation Oncology, Hunan Cancer Hospital

3 Department of Thoracic Surgery, Hunan Cancer Hospital

Address: 283 Tongzipo Rd, Changsha 410013, P.R.C.

Address Correspondence to YU Xiao-ping (E-mail: yuxiaoping@hnszlyy. com)

2016.03.18；修回時(shí)間：2016.07.04)