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功能磁共振成像在胶质瘤IDH基因型评估中的应用

MRS是目前唯一能够无创检测活体组织分子代谢变化的磁共振成像技术,并首次应用于胶质瘤IDH基因型的研究。结果表明,野生型胶质瘤的rCBV值明显高于IDH突变型胶质瘤。谭等人回顾性分...

  IDH是胶质瘤准确诊断和个体化治疗的重要生物标志物,术前无创评估IDH基因型具有重要的临床价值。近年来,随着磁共振新技术的发展,多模态影像学研究已经深入到影像基因组学和遗传学领域,越来越多的学者从事利用影像特征识别肿瘤基因表型的应用研究。

  MRS和IDH基因型

  MRS是目前唯一能够无创检测活体组织分子代谢变化的磁共振成像技术,并首次应用于胶质瘤IDH基因型的研究。胶质瘤细胞的突变IDH介导2-HG在胶质瘤细胞中的积累。Pope等人研究了27例胶质瘤患者的术前磁共振波谱图像,并对IDH基因进行了测序,对术后标本进行了液相色谱-质谱分析。结果表明,IDH突变胶质瘤中2-HG水平高于IDH野生胶质瘤。此外,在体内通过磁共振波谱测量的2-汞水平与在体外通过液相色谱-质谱测量的2-汞浓度显著相关。

功能磁共振成像在胶质瘤IDH基因型评估中的应用

  随后,一系列研究证实磁共振波谱对胶质瘤中2-HG的定量测定与IDH基因型有关。进一步研究表明,磁共振波谱检测的IDH突变胶质瘤中2-HG的浓度与肿瘤体积密切相关,2-HG累积含量较高的胶质瘤患者有明显的生存益处。因此,IDH突变胶质瘤细胞中2-HG的积累被认为是胶质瘤的一个积极的预后因素。Emir等人利用超高磁场(≥7T)质子磁共振波谱定量、无创检测2-HG。结果表明,该采集方案不仅可以区分正常组织和肿瘤组织,还可以识别细胞质IDH1和线粒体IDH2的突变,有助于长期监测肿瘤进展和评价疗效。

  目前,2-HG已成为预测胶质瘤IDH基因型的潜在生物标志物。然而,肿瘤组织中2-HG的常规1H-MRS定量容易受到正常脑组织中丰富的谷氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸等代谢物的干扰,导致假阳性率高,限制了其临床应用。一些学者提出了优化MRS的方法,包括一系列采集和后处理协议,如长TE半激光脉冲序列,旨在消除混合光谱重叠,准确量化IDH突变胶质瘤的2-HG浓度,实现IDH基因型的准确预测。

  DSCMRI和IDH基因型

  DSCMRI可以通过评价肿瘤血流动力学信息来反映肿瘤血管的分布和血流灌注情况。如前所述,IDH突变胶质瘤细胞中的2-HG可以与许多α-KG依赖性双加氧酶竞争结合,从而改变酶活性。Kickingereder等人报道了IDH突变对HIF-1α介导的血管生成信号通路的影响,证实了IDH突变胶质瘤细胞脯氨酰羟化酶活性增强,而HIF-1α及其下游调节因子如血管内皮生长因子A和血小板衍生生长因子A含量降低。

  为研究不同IDH基因型表达的遗传信息能否转化为区域脑血流量图像特征,对73例低级别胶质瘤的IDH基因型和脑血流量值进行了分析。结果表明,野生型胶质瘤的rCBV值明显高于IDH突变型胶质瘤。随后,谭等对91例经病理证实的星形细胞瘤术前DSCMRI资料进行回顾性分析,探讨DSCMRI在无创评估星形细胞瘤基因状态中的价值。结果表明,IDH野生型星形细胞瘤的rCBV值高于同级别的IDH突变型星形细胞瘤。因此,DSCMRI可以无创性地表征胶质瘤的IDH基因型,尤其是rCBV灌注参数在星形细胞瘤的分子分型诊断中具有独特的优势。

  扩散成像和IDH基因型。

  DWI可以测量表观扩散系数(ADC)来反映水分子的扩散运动和脑肿瘤的微观细胞结构变化。文献报道DWI-模数转换值可以区分星形细胞瘤以及高、低级别胶质瘤的不同IDH突变状态。DTI是一种先进的扩散加权成像技术,通过计算ADC和分数各向异性(FA)来定量和定向评价脑白质的各向异性,在胶质瘤的术前诊断、分子分类、指导手术入路和术后评估中发挥重要作用。

  谭等人回顾性分析了112例星形细胞瘤的DTI图像,发现不同级别和不同基因型的星形细胞瘤的最小ADC值存在统计学差异,野生型和突变型的ⅱ/ⅲ级胶质瘤的最大FA值存在统计学差异,证实DTI成像参数可以无创评价不同级别星形细胞瘤的基因型。熊等报道不同基因型少突胶质细胞瘤的最大FA值和最小ADC值存在显著差异。进一步研究表明,DTI扫描参数可用于预测少突胶质细胞瘤的IDH基因型,但与1p/19q缺乏相关性,DTI与常规MRI扫描相结合可提高IDH基因型诊断的准确性。

  此外,一些研究人员将DTI新技术与机器学习算法相结合,利用纹理量化方法和神经网络分类器综合分析DTI纹理信息和肿瘤体积,构建了ⅱ/ⅲ级胶质瘤IDH基因型预测模型。DKI基于水分子在体内的非高斯扩散运动原理,量化了真实状态下水分子扩散与理想状态下高斯分布扩散之间的位移偏差,刻画了水分子的扩散限制程度和扩散不均匀性。这种成像技术同时获得了差热分析和DKI参数,更适合表征微结构的变化。

  亨佩尔等人评价了DKI平均峰度(MK)对胶质瘤IDH基因型的诊断效果。结果表明,IDH突变型患者的MK值明显低于IDH野生型患者。因此,DKIMK值可用于无创预测胶质瘤的IDH突变状态。

  APT和IDH基因型。

  APT是一种基于化学位移饱和转移原理的新型磁共振功能成像技术,可以无创地反映组织中游离蛋白、多肽的含量和pH值。APT广泛应用于脑肿瘤的鉴别诊断、分级诊断和治疗后反应评估。Doll等人应用定量蛋白质组学研究了IDH1突变胶质瘤细胞中信号转导途径和蛋白质表达的变化。结果表明,全组蛋白在IDH1突变肿瘤细胞中的表达下调。随后,蒋等人基于APT成像技术反映肿瘤组织中蛋白质含量的优势和不同基因型胶质瘤蛋白质表达的差异,研究了不同基因型WHO级胶质瘤患者的APT成像特征,发现与野生型胶质瘤相比,突变型胶质瘤APT信号强度较低。

  此外,Paech等人利用7T弛豫补偿多腔化学位移饱和转移技术,实现了胶质瘤IDH基因型的术前预测和高低分级胶质瘤的分级诊断。因此,APT成像技术有望成为评价胶质瘤IDH基因型的一种影像学标志物。但化学位移饱和转移成像特征与胶质瘤分子分型的相关性研究较少,仍需进一步探讨不同APT成像特征与肿瘤分子变化的相关性。

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