乳腺癌磁共振动态增强扫描影像组学特征与生物学预后因子的关系

宋园园，韩晓凤，白娜娜

河南科技大学第一附属医院影像中心，河南 洛阳 471003

乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤之一，近年来由于饮食习惯和生活环境的改变，其发病率呈逐年上升趋势，且向年轻化发展，严重威胁女性的生命健康。对于早期的乳腺癌患者，手术、化疗、放疗、内分泌治疗等作用显著，能明显提高患者的生存率，但对于中晚期患者则治疗效果不佳且预后差。因此，早发现、早诊断、早治疗是提高乳腺癌患者生存率、改善预后的关键。目前，临床筛查乳腺癌的主要手段包括超声、X线钼靶摄影、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI），其中MRI是近几年发展较为迅速的一种成像技术，具有组织分辨率高、无辐射、多参数、多方位成像的优点，能更清楚显示病灶的具体情况，诊断准确率高于其他影像学方法。随着高磁场磁共振设备、顺磁性对比剂的开发，磁共振动态增强扫描（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging，DCEMRI）逐步用于临床，该技术能够高度分辨肿瘤的形态学特征，反映肿瘤微血管灌注情况、血管生成情况、病理分级和临床分期，对于乳腺癌患者的远期预测也有较高的价值。乳腺癌具有高度的异质性，其发生发展受多种因素影响，不同个体对乳腺癌的易感性存在显著差异，肿瘤微环境与乳腺癌预后密切相关，而肿瘤微环境与癌基因的表达相关。既往研究显示，乳腺癌的发生发展、浸润转移与孕激素受体（progesterone receptor，PR）、雌激素受体（estrogen receptor，ER）、增殖细胞核抗原（Ki-67）、人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）、抑癌基因p53相关，缺氧诱导因子-2α（hypoxia inducible factor-2α，HIF-2α）也在促血管生成、肿瘤细胞增殖凋亡、侵袭转移过程中发挥重要作用。本研究探讨乳腺癌DCE-MRI影像组学特征与生物学预后因子Ki-67、HER2、HIF-2α的关系，旨在采用无创的检查手段预测生物学指标在乳腺肿瘤中的表达情况，从而间接反映患者预后，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016年6月至2017年6月于河南科技大学第一附属医院治疗的乳腺癌患者。纳入标准：年龄18～80岁；病理组织学检查证实为乳腺癌且均为单侧；采取手术治疗，且术前行DCE-MRI检查；检查前未接受过抗肿瘤治疗；临床资料完整。排除标准：合并其他恶性肿瘤；有MRI检查禁忌证。根据纳入与排除标准，共纳入100例患者，其中年龄30～71岁，平均（48.11±9.69）岁；病理类型：浸润癌78例，混合癌12例，黏液癌10例；临床分期：Ⅰ期49例，Ⅱ期44例，Ⅲ期7例；分化程度：高分化10例，中分化43例，低分化47例。

1.2 方法

1.2.1 扫描序列和参数 采用GE HDX 1.5T超导MRI仪和乳腺专用的8通道相控阵表面线圈，检查时患者取俯卧位，将乳腺放置于乳腺圈凹形孔内，使胸壁与线圈紧密贴合，两侧乳腺同时扫描，先行MRI平扫，再行动态增强扫描。平扫参数如下：重复时间（time of repetition，TR）6600 ms，回波时间（time of echo，TE）42 ms，层厚5 mm，层间距1 mm，矩阵320×192；横断位T1快速自旋回波（Axial T1 fast spin echo，Axial T1FSE）序列 TR 560 ms，TE 42 ms，层厚5 mm，层间距1 mm，矩阵320×224。平扫完成后于肘正中建立静脉通道行DCE-MRI，参数：TR 5.6 ms，TE 2.8 ms，层厚2.8 mm，矩阵448×350。通过静脉通道注入对比剂前先行一期扫描，间隔25 s后经静脉推注顺磁性对比剂钆喷酸葡甲胺（gadolinium-DTPA，Gd-DTPA），流速为2 ml/s，用量为0.1 mmol/kg，对比剂注射完成后以相同的速率注入20 ml生理盐水。共采集11期增强图像，每期扫描时间为56 s。

1.2.2 图像处理及阅片 利用ADW4.3工作站的Functool软件分析乳腺癌DCE-MRI影像组学特征，由两名5年以上工作经验的影像科医师独立阅片和诊断，意见不一致时，由上级医师介入经商讨后达成一致。

1.2.3 DCE-MRI影像组学特征 形态学特征：形状（有分叶、无分叶）、边缘（光滑、毛刺）、强化特征（均匀强化、不均匀强化、环形强化）。血流动力学特征：观察采集到的图像，将病灶可疑性最大的区域作为感兴趣区域（region of interest，ROI），注意避开出血、坏死、液化及囊变区，同时在另一侧乳腺组织内选取同样大小的ROI作为对照，生成时间-信号强度曲线（time-signal intensity curve，TIC），TIC分型：Ⅰ型为上升型，病灶信号随时间缓慢增强；Ⅱ型为平台性，病灶信号迅速上升到达峰值后，强度不再变化；Ⅲ型为流出型，病灶信号早期强化达到峰值后，强度逐渐降低。

1.3 免疫组织化学染色法检测Ki-67、HER 2、HIF-2 α表达情况及结果判定

手术后收集肿瘤组织统一送往病理科，采用链霉菌抗生物素蛋白-过氧化物酶法（streptavidin-peroxidasemethod，SP法）试剂盒（福州迈新生物技术开发有限公司）进行染色，检测肿瘤组织中Ki-67、HER2、HIF-2α的表达情况。结果判定：Ki-67高低表达百分率分界线为14%，低表达＜14%记为（-），高表达≥14%记为（+）。HER2细胞膜着色明亮的棕黄色为阳性，反之为阴性。HIF-2α细胞核着色棕黄色为阳性表达，反之为阴性。为避免假阳性，在免疫组织化学染色时严格按照操作规程进行，并设置空白对照和阴性对照。

1.4 随访

采用电话随访及门诊复查的形式统计100例患者3年的生存情况，时间截至2020年6月。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 DCE-MRI影像组学特征、病理组织学及免疫组织化学染色结果

DCE-MRI影像组学特征：有分叶65例，无分叶35例；边缘光滑48例，毛刺52例；内部均匀强化30例，不均匀强化41例，环形强化29例；TIC分型中Ⅰ型9例，Ⅱ型67例，Ⅲ型24例。病理组织学结果：浸润性导管癌85例，浸润性小叶癌9例，浸润性乳头状癌4例，高级别导管内癌2例；淋巴结转移46例，无淋巴结转移54例。免疫组织化学染色结果：Ki-67阳性72例，阴性28例；HER2阳性41例，阴性59例；HIF-2α阳性63例，阴性37例。

2.2 不同分化程度、淋巴结转移乳腺癌患者DCEMRI影像组学特征的比较

有分叶者淋巴结转移比例高于无分叶者（P＜0.05），环形强化者低分化、淋巴结转移比例高于均匀强化和不均匀强化者（P＜0.05）。（表1）

表1 不同分化程度、淋巴结转移乳腺癌患者DCE-MRI影像组学特征的比较

2.3 不同DCE-MRI影像组学特征乳腺癌患者生物学预后因子表达情况的比较

有分叶者Ki-67阳性率、HIF-2α阳性率均高于无分叶者（P＜0.05），不均匀强化者HIF-2α阳性率高于其他强化方式（P＜0.05），TIC分型中Ⅱ型者Ki-67阳性率高于其他型（P＜0.05）。（表2）

表2 不同DCE-MRI影像组学特征乳腺癌患者生物学预后因子表达情况的比较

2.4 乳腺癌患者DCE-MRI影像组学的Logistic回归分析

自变量赋值情况：肿瘤形状无分叶=0，有分叶=1；肿瘤边缘光滑=0，有毛刺=1；肿瘤内部强化情况不均匀强化=1，均匀强化=2，环性强化=3；TIC分型Ⅰ型=1，Ⅱ型=2，Ⅲ型=3。因变量赋值情况：Ki-67阴性=0，阳性=1；HER2阴性=0，阳性=1；HIF-2α阴性=0，阳性=1。Logistic回归分析显示，对于Ki-67，有分叶者Ki-67阳性率是无分叶者的4.759倍（P＜0.05），有分叶者HIF-2α阳性率是无分叶者的3.951倍（P＜0.05），环形强化是HIF-2α的保护因素（P＜0.05）。（表3～表5）

表3 乳腺癌患者DCE-MRI影像组学特征与Ki-67的Logistic回归分析

表4 乳腺癌患者DCE-MRI影像组学特征与HER 2的Logistic回归分析

表5 乳腺癌患者DCE-MRI影像组学特征与HIF-2 α的Logistic回归分析

2.5 Ki-67、HER 2、HIF-2 α蛋白表达与乳腺癌患者预后的关系

随访3年，有19例乳腺癌患者死亡。Ki-67蛋白阳性、阴性的乳腺癌患者3年生存率分别为75.00%（54/72）、96.43%（27/28），差异有统计学意义（χ=3.939，P=0.047）；HER2蛋白阳性、阴性的乳腺癌患者3年生存率分别为70.13%（29/41）、88.14%（52/59），差异有统计学意义（χ=4.761，P=0.029）；HIF-2α蛋白阳性、阴性的乳腺癌患者3年生存率分别为 74.60%（47/63）、91.89%（34/37），差异有统计学意义（χ=4.527，P=0.033）。

3 讨论

通过MRI平扫和DCE-MRI扫描，可以获取乳腺癌的形态学、血流动力学特征。研究发现，肿瘤呈分叶状、边缘毛刺、内部环形强化、TIC分型为Ⅲ型是诊断乳腺癌的较为独立、特异的诊断指标。DCE-MRI检查需要顺磁性对比剂Gd-DTPA，该试剂是一种T1缩短剂，进入静脉后可通过聚集程度反映血管的通透性及密度，由于肿瘤细胞的增殖需要丰富的血液供应，而新生的血管渗透性较高，Gd-DTPA可快速扩散至血管外-细胞外间隙，因此DCE-MRI扫描参数可以反映乳腺癌的生物学特征。临床研究还显示，乳腺癌血管复杂，毛细血管丛多，通透性高，因此TIC分型多为Ⅱ型和Ⅲ型。

随着乳腺癌分化程度的升高，肿瘤恶性程度逐渐增加，多表现为不均匀或环形强化的形式，可能是肿瘤恶性程度越高，血管新生越丰富，易出现液化坏死。既往研究指出，乳腺癌的生长位置、大小、微血管分布与淋巴结转移有关。本研究结果也显示，乳腺癌分化程度与肿瘤内部强化方式有关，与肿瘤的形状、边缘、TIC分型无关；乳腺癌淋巴结转移与肿瘤的形状、内部强化方式有关，与肿瘤的边缘、TIC分型无关。其中，有分叶征者淋巴结转移率显著增高，环形强化者低分化和淋巴结转移比例均较高，这说明DCE-MRI影像组学特征能在一定程度上评估乳腺癌临床病理情况，分叶征和环形强化可能是乳腺癌恶性程度的特征。

预后因子是手术期间获得的可预测治疗后无病生存和总生存情况的可测量参数，主要与肿瘤的增殖、侵袭、转移等密切相关。乳腺癌的预后因子分为传统预后因子和生物学预后因子，肿瘤大小、分化程度、淋巴结转移属于传统预后因子，Ki-67、HER2、HIF-2α属于生物学预后因子。Ki-67是1983年首次发现的非组蛋白性核蛋白，主要存在于细胞核内，与细胞的增殖相关，其基因位于人体10号染色体。在G期Ki-67抗原基本不表达，G期及S期前期呈低表达，S期后期及G期表达明显升高，在M期达到峰值，之后迅速下降。既往研究显示，乳腺癌组织中Ki-67呈高表达，但具体表达情况存在差异，可以明确的是Ki-67表达越高，乳腺肿瘤恶性程度越高、细胞增殖越快、侵袭性及转移率越高，预后越差。HER2基因编码的蛋白质分子量为185 kD，该基因在人体正常组织中表达较少，约有25%的乳腺癌HER2基因会扩增，使肿瘤组织中HER2蛋白过表达，从而激活酪氨酸激酶，导致细胞大量增殖而凋亡减少，与其他促癌基因功能作用，促使肿瘤发生发展。研究显示，HER2高表达预测乳腺癌的转移、复发等价值较高。HIF-2α是20世纪末发现的细胞因子，与人类基因组首先发现的HIF-1α基因序列同源率有48%，在缺氧环境下可诱导高表达，胰腺癌、肝癌、肾透明细胞癌组织中表达异常。近年研究显示，其在乳腺癌中也表达异常，HIF-2α可调控肿瘤细胞增殖分化，促进增殖转移及血管生成，下调基质金属蛋白酶及上皮钙黏素蛋白表达影响上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）。

本研究结果显示，乳腺癌有分叶者Ki-67、HIF-2α阳性率更高，且Logistics回归分析显示，有分叶者Ki-67阳性率是无分叶者的4.759倍；有分叶者HIF-2α阳性率是无分叶者的3.951倍。同时，Logistics回归也显示，肿瘤内部强化类型与HIF-2α表达存在关联，环形强化是HIF-2α的保护因素。李世玉等研究乳腺癌超声造影征象与ER、PR、HER2、Ki-67的相关性，结果显示，肿块形态不规则、边缘毛刺、血流异常丰富、快速增强和高增强模式是诊断乳腺癌公认的主要征象，与本研究中DCE-MRI诊断乳腺癌的影像组学特征基本一致，其得出乳腺肿瘤内血流丰富程度及快速增强和高增强超声造影征象可预测HER2表达阳性。也有研究表明，乳腺癌患者DCE-MRI征象与HER2阳性率无明显相关性，与本研究存在差异，可能与病理组织取材方向、DCE-MRI的ROI选取位置、病理类型差距较大有关。既往研究显示，Ki-67阳性率与肿瘤边缘、强化特征无显著相关性，与肿瘤形态相关；较多研究倾向于TIC分型为Ⅲ型者Ki-67阳性率更高，少数研究则认为TIC分型与各生物学预后因子之间均无相关性。关于HIF-2α的相关性研究较少，其表达与血管生成密切相关，梁璟慧采用动态增强MRI检测鼻咽癌肿瘤内HIF-2α和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达发现，动态增强曲线特征与HIF-2α及VEGF呈正相关。以往研究显示，Ki-67、HER2、HIF-2α蛋白阳性率的不同可能与肿瘤的恶化程度有关，随访3年发现，Ki-67、HER2、HIF-2α蛋白阳性表达的乳腺癌患者3年生存率分别为75.00%、70.13%、74.60%，低于阴性表达的96.43%、88.14%、91.89%。

综上所述，乳腺癌DCE-MRI影像组学征象与生物学预后因子的表达有一定的关系，可作为无创检查手段评估乳腺癌患者预后。