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临床研究
基于MRI特征预测脑膜瘤PR表达状态的价值
李政晓 薛彩强 李昇霖 孙嘉晨 刘苏卫 任铁柱 周俊林

Cite this article as: Li ZX, Xue CQ, Li SL, et al. The value of predicting the PR expression status of meningiomas based on MRI features[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(7): 1-5.本文引用格式:李政晓, 薛彩强, 李昇霖, 等. 基于MRI特征预测脑膜瘤PR表达状态的价值[J]. 磁共振成像, 2022, 13(7): 1-5. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.07.001.


[摘要] 目的 探讨术前MRI特征能否区分脑膜瘤孕酮受体(progesterone receptor, PR)的表达状态,为PR表达阳性的脑膜瘤提供术前预测依据。材料与方法 回顾性分析2020年6月至2021年12月我院经手术病理证实且进行PR表达状态测定的210例脑膜瘤患者的术前MRI资料,依据PR表达情况,分为PR阳性(+)组与PR阴性(-)组。对两组患者术前MRI影像资料先进行单因素分析,并通过logistic多因素回归分析筛选脑膜瘤PR阳性表达的独立预测因子,针对差异有统计学意义的参数绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线,计算曲线下面积(area under the curve, AUC),评估其预测PR表达状态的效能。结果 210例脑膜瘤中,PR(+)79例,PR(-)131例,单因素分析结果显示两组间在脑膜瘤部位、囊变、强化方式上差异有统计学意义(P<0.05),而在性别、年龄、肿瘤最大径、瘤脑界面、瘤周水肿、硬膜尾征、ADC值上差异无统计学意义(P>0.05);logistic多因素回归分析结果显示,肿瘤部位、强化方式是脑膜瘤PR阳性表达的独立预测因素,ROC曲线分析显示,肿瘤部位及强化方式预测PR阳性表达的AUC值分别为61.9%、62.4%。结论 MRI特征能够术前预测脑膜瘤PR表达状态;脑膜瘤位于颅底、肿瘤均匀强化可以间接表达PR为阳性。
[Abstract] Objective To explore whether preoperative MRI features can distinguish the expression status of progesterone receptor (PR) in meningiomas, and provide preoperative prediction basis for meningioma with positive PR expression.Materials and Methods The preoperative MRI data of 210 patients with meningioma who were confirmed by surgery and pathology and whose PR expression status was determined from June 2020 to December 2021 in our hospital were retrospectively analyzed. According to PR expression, they were divided into PR positive (+) group and PR negative (-) group. Univariate analysis was performed on the preoperative MRI images of the two groups of patients, and the independent predictors of PR positive expression in meningiomas were screened by logistic multivariate regression analysis. According to the parameters with statistically significant differences, the receiver operating characteristic (ROC) curve of the participants was drawn, and the area under the curve (AUC) was calculated to evaluate the effectiveness in predicting PR expression status.Results Among the 210 meningiomas, 79 were PR (+) and 131 were PR (-). Univariate analysis showed that between the two groups had statistical differences in the location of meningioma, cystic change and enhancement pattern (P<0.05). There was no statistical difference in gender, age, maximum tumor diameter, tumor-brain interface, peritumoral edema, dural tail sign, and ADC value (P>0.05); logistic multivariate regression analysis showed that tumor location, enhancement method were independent predictors of PR positive expression in meningiomas. ROC curve analysis showed that the AUC values of tumor location and enhancement method for predicting PR positive expression were 61.9% and 62.4%, respectively.Conclusions MRI features can predict the PR expression status of meningiomas before surgery; meningiomas located in the skull base and uniform enhancement of the tumor can indirectly express PR positive.
[关键词] 脑膜瘤;孕酮受体;孕酮受体表达;磁共振成像;成像特征
[Keywords] meningioma;progesterone receptor;progesterone receptor expression;magnetic resonance imaging;imaging features

李政晓 1, 2, 3, 4   薛彩强 1, 2, 3, 4   李昇霖 1, 2, 3, 4   孙嘉晨 1, 2, 3, 4   刘苏卫 1, 2, 3, 4   任铁柱 1, 2, 3, 4   周俊林 1, 2, 3, 4*  

1 兰州大学第二医院放射科,兰州 730030

2 兰州大学第二临床医学院,兰州 730030

3 甘肃省医学影像重点实验室,兰州 730030

4 医学影像人工智能甘肃省国际科技合作基地,兰州 730030

周俊林,E-mail:LZUzjl601@163.com

作者利益冲突声明:全体作者均声明无利益冲突。


基金项目: 国家自然科学基金 82071872 甘肃省科技计划项目 21YF5FA123
收稿日期:2022-03-09
接受日期:2022-07-05
中图分类号:R445.2  R739.45 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.07.001
本文引用格式:李政晓, 薛彩强, 李昇霖, 等. 基于MRI特征预测脑膜瘤PR表达状态的价值[J]. 磁共振成像, 2022, 13(7): 1-5. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.07.001

       脑膜瘤是最常见的原发性中枢神经系统肿瘤,起源于硬脑膜表面的蛛网膜粒细胞[1],多数是偶然发现的,约占临床颅内肿瘤的25%,仅次于胶质瘤,不同级别的脑膜瘤表现出不同的肿瘤生长模式,良性脑膜瘤生长缓慢,5年的生存率达到85.5%[2]。研究表明,女性脑膜瘤的发病率高于男性,并提出脑膜瘤与孕激素有关的推测,有研究[3, 4]发现,长期使用孕酮注射作为避孕措施会使女性脑膜瘤的风险增加,激素避孕或含有孕酮的激素替代疗法与女性患脑膜瘤的可能性增加具有相关性,特别是接受长时间或高剂量的治疗[5]。一些临床证据表明,约38%~88%的脑膜瘤孕酮受体(progesterone receptor, PR)阳性,并且发现PR表达与肿瘤分级、复发及预后也存在相关性[6, 7]。因此,术前对PR状态进行无创性评估对治疗选择与预后判断有重要意义。目前,脑膜瘤的PR表达状态多通过术后病理检查结果确诊,临床迫切需要一种快速、可靠、无创性的方法来预测PR的表达状态。MRI是脑膜瘤的常规诊断方式,其成像特征易于获取,可作为客观评价指标,但目前将MRI用于预测PR表达的研究较少。本研究旨在探讨MRI特征在术前评估脑膜瘤PR表达状态中的预测能力,以更好地指导脑膜瘤患者的治疗选择与预后判断,实现患者最大生存获益[8, 9]

1 材料与方法

1.1 一般资料

       回顾性分析2020年6月至2021年12月我院经手术及病理证实的210例脑膜瘤患者的临床资料,男57例,女153例,发病年龄27~77(54.98±10.07)岁。其中PR(+)79例,PR(-)131例。按解剖学位置分为非颅底164例,颅底46例,非颅底部位包括凸面、大脑镰及矢状窦旁、松果体区及小脑凸面;颅底部位包括嗅沟、鞍结节、前床突、海绵窦、桥小脑角、斜坡和枕骨大孔。根据世界卫生组织(World Health Organization, WHO)2021年中枢神经系统肿瘤分类标准进行分级[10],将脑膜瘤分为WHO 1、2、3级。所有患者术前行MRI头颅平扫及增强扫描检查,术后行细胞免疫组化测定PR状态。纳入标准:(1)患者术前MRI平扫、增强资料完整;(2)检查前未接受过放疗、化疗;(3)经术后病理检查证实,且进行PR测定。排除标准:(1)患者临床资料、MRI图像资料不全;(2)合并严重心肺疾病;(3)存在MRI图像伪影,影响肿瘤观察。本研究经兰州大学第二医院医学伦理委员会批准,免除受试者知情同意,批准文号:2021A-028。

1.2 仪器与方法

       使用Siemens 3.0 T Verio MR扫描仪,210例患者均于术前行T1WI、T2WI、T2WI-液体衰减反转恢复(fluid-attenuated inversion recovery, FLAIR)、扩散加权成像(diffusion-weighted imaging, DWI)及头颅MR增强扫描。梯度回波(T1WI):TR 550 ms,TE 11 ms,层厚5.0 mm,层间距1.5 mm,视野260 mm×260 mm,矩阵256×256;TSE(T2WI):TR 2200 ms,TE 96 ms,回波时间10 ms,回波链长度8,激励次数2。T2WI-FLAIR:TR 9000 ms,TE 110.0 ms,层厚5.0 mm,层间距1.5 mm;DWI [自旋-平面回波成像(spin echo-echo planar imaging, SE-EPI)]:加频率选择脂肪抑制技术,TR 4000 ms,TE 100 ms,层厚5 mm,层间距1 mm,视野260 mm×260 mm,矩阵256×192,在x、y、z轴3个方向上施加扩散梯度,b值取0、1000 s/mm²。对比剂采用钆喷酸葡胺注射液0.1 mmol/kg,流速3 mL/s,由此获得轴位、矢状位和冠状位增强T1WI。

1.3 图像分析与处理

       所有病例MR征象由两名分别在神经系统诊断方面具有10年(主治医师)和15年(副主任医师)经验的影像诊断医师在PACS系统上对图像进行分析,有分歧时,经讨论后达成一致意见。观察并记录肿瘤位置、最大直径、囊变、瘤周水肿、瘤脑界面、硬膜尾征、强化是否均匀(病变血供相对均一,无明显坏死液化组织)的影像特征。在T1WI、T2WI及增强图像确定病灶实性成分,并在原始图像中计算出ADC值,于重建ADC图上避开病灶内肉眼所见的囊变、坏死及出血区,在每个层面手动绘制3个椭圆形ROI,面积为15~25 mm2,分别测量每个ROI的最大ADC值、平均ADC值、最小ADC值以及对侧正常脑白质的平均ADC值。

1.4 病理检查

       所有经手术切除的肿瘤标本均进行HE染色及细胞免疫组化染色。采用链霉素抗生物素蛋白-过氧化物酶(SP)免疫组织化学染色法进行染色,用已知阳性切片的脑膜瘤组织作阳性对照。免疫组化阳性诊断标准:在显微镜下观察,PR以细胞核出现棕黄色作为阳性细胞。

1.5 统计学方法

       应用SPSS 25.0统计软件进行统计学处理,计数资料采用卡方检验,正态分布计量资料采用t检验,非正态分布计量资料或方差不齐者采用非参数U检验,以P<0.05为差异具有统计学意义。采用二分类logistic多因素回归筛选脑膜瘤PR阳性表达的独立预测因子,并绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic curve, ROC)曲线评估脑膜瘤PR表达的预测效能。

2 结果

2.1 脑膜瘤患者的一般资料与MRI影像特征

       入组的210例脑膜瘤患者中,男57例,女153例;PR(+)79例,PR(-)131例;肿瘤位于颅底46例,位于非颅底164例。对比分析患者术前MRI特征及MRI观测值发现,PR(+)组与PR(-)组在肿瘤部位、囊变、强化方式上差异具有统计学意义(表12)。

表1  脑膜瘤患者孕酮受体(PR)阳性组与阴性组定性指标
Tab. 1  Qualitative indicators of progesterone receptor (PR) positive group and negative group in patients with meningioma
表2  脑膜瘤患者孕酮受体(PR)阳性组与阴性组定量指标[MQ1,Q3)]
Tab. 2  Quantitative indexes of progesterone receptor (PR) positive group and negative group in patients with meningioma [M(Q1,Q3)]

2.2 脑膜瘤PR表达与MRI影像征象的多因素分析

       logistic多因素回归分析结果显示肿瘤部位、强化方式是脑膜瘤PR表达的独立预测因素。在PR(-)组中,非颅底脑膜瘤占87.02%(114/131),颅底脑膜瘤占12.98%(17/131);在PR(+)组中,75.95%(60/79)表现为肿瘤均匀强化,24.05%(19/79)表现为肿瘤增强扫描不均匀强化。即从肿瘤部位来说,颅底脑膜瘤的PR表达率高,非颅底脑膜瘤的PR表达率低(图2);在肿瘤强化方式上,脑膜瘤强化越均匀,出现PR(+)表达的可能性越大(图1),结果见表3。Hosmer-lemeshow拟合优度检验结果显示(χ2=11.158,P=0.193)。

图1  女,59岁,右侧顶叶镰旁(非颅底)WHO 2级脑膜瘤。1A:轴位T1WI,病灶内部信号不均匀,见斑片状低信号;1B:轴位T2WI,病灶内部见斑片状高信号影;1C:轴位扩散加权成像(DWI)图,内部片状稍高信号;1D:轴位表观扩散系数(ADC)图,实性部分呈低信号;1E:轴位增强T1WI,病灶内部不均匀强化;1F:免疫组化图显示孕酮受体(PR)在肿瘤中阴性表达(SP ×400)。
图2  女,48岁,鞍区(颅底)WHO 1级脑膜瘤。2A:轴位T1WI,鞍区见类圆形等信号,边界清楚;2B:轴位T2WI,病灶呈等信号;2C:轴位扩散加权成像(DWI)图,病灶呈稍高信号;2D:轴位表观扩散系数(ADC)图,病灶呈低信号;2E:轴位增强T1WI,病灶强化均匀;2F:免疫组化显示孕酮受体(PR)在肿瘤中阳性表达(SP ×400)。
Fig. 1  Female, 59 years old, right parietal falx (non-skull base) WHO grade 2 meningioma. 1A: T1WI axial position showed uneven signal within the lesion, with patchy low signal; 1B: T2WI axial positionl showed patchy high signal intensity inside the lesion; 1C: Axial diffusion-weighted imaging (DWI), internal patchy slightly higher signal; 1D: Axial apparent diffusion coefficient (ADC), solid part showing low signal; 1E: Axial enhanced T1WI showed heterogeneous enhancement within the lesion; 1F: Immunohistochemistry showed that progesterone receptor (PR) was negatively expressed in the tumor (SP ×400).
Fig. 2  Female, 48 years old, Sellar (base of skull) WHO grade 1 meningioma. 2A: Axial T1WI, the saddle area sees signals like a circle, with clear boundaries; 2B: Axial T2WI showed equal signal in lesion; 2C: Axial diffusion-weighted imaging (DWI), the lesion was slightly high signal; 2D: Axial apparent diffusion coefficient (ADC),with low signal intensity; 2E: Axial enhanced T1WI showed uniform enhancement of the lesion; 2F: Immunohistochemistry showed that PR was positively expressed in the tumor (SP ×400).
表3  脑膜瘤PR表达的多因素logistic回归分析
Tab. 3  Multivariate logistic regression analysis of PR expression in meningiomas

2.3 ROC曲线评估脑膜瘤PR表达的预测效能

       对于具有统计学意义的MRI特征的ROC曲线如图所示(图3),结果显示,肿瘤部位及强化方式在脑膜瘤PR阳性(+)组与PR阴性(-)组差异存在统计学意义,二者预测肿瘤PR表达状态的AUC值分别为0.619、0.624,敏感度为87%、48.9%,特异度为36.7%、75.9%。

图3  ROC曲线评估脑膜瘤孕酮受体(PR)表达的预测效能。
Fig. 3  Predictive power of ROC curve to assess progesterone receptor expression in meningiomas.

3 讨论

       本研究基于脑膜瘤术前MRI获得的影像学表现,通过多因素logistics回归研究发现:术前MRI特征能够预测脑膜瘤PR的表达状态,脑膜瘤位于颅底、肿瘤均匀强化可以间接表达脑膜瘤PR阳性,是预测肿瘤良性生物学行为的重要因素,可以更好地指导脑膜瘤患者的治疗选择与预后判断。

3.1 PR与脑膜瘤的关系

       孕酮是一种内源性类固醇激素,由胆固醇中的21个碳原子组成,调节女性的正常生殖功能,孕酮的作用由PR介导,PR是转录因子核受体超家族的一员,在激素刺激下调节基因表达[11]。PR的两种重要亚型PRA和PRB介导了孕酮的大部分生理功能,而多数脑膜瘤具有高亲和力孕酮结合位点[12]

       在世界各地,脑膜瘤在女性中比在男性中更常见,男女发生的比例约为1∶3.8,本研究中男性患者占27.1%(57/210),女性患者占72.9%(153/210),与文献报道较符合[13]。女性多发可能提示性类固醇激素受体在此肿瘤发生过程中的潜在作用[14],有研究者[13, 15]认为,低级别脑膜瘤中PR的阳性表达率可能性高,随着脑膜瘤的进展,PR表达率降低,即随着肿瘤级别的提高,其增殖指数增高,生长速度越快,它们会失去与分化相关的标记物(如PR),则PR表达率减低,这表明PR低表达是脑膜瘤预后不良的一个因素,与肿瘤进展和复发的增加相关[16]。Maiuri等[17]对300例脑膜瘤患者研究发现,PR表达与脑膜瘤的分级和Ki-67增殖指数呈负相关(P<0.001)。此外,Mnango等[18]在112例脑膜瘤中发现,PR阳性表达的患病率为54.5%,且PR高表达多存在于1级肿瘤患者。由此可见,PR的阳性表达可提供预测信息,对脑膜瘤的发生发展及预后起着重要的作用。

3.2 MRI特征与PR表达的相关性分析

       术前MRI特征作为脑膜瘤PR表达的重要依据需要提供更多的肿瘤细节特征。本研究结果显示,脑膜瘤MRI影像特征中肿瘤部位、囊变、强化方式与PR表达状态的差异具有统计学意义。我们知道,脑膜瘤不同的胚胎起源取决于其解剖位置,这种胚胎起源可能在脑膜瘤的病理生理学中发挥作用[19, 20, 21]。从肿瘤发生部位来说,非颅底部位的脑膜瘤其PR表达率低,且肿瘤的级别一般较高,细胞增殖指数增加,恶性潜能增大,而位于颅底部位的脑膜瘤PR表达率高,肿瘤细胞增殖指数较低,恶性发生的可能性减小[22]。由此可见,位于非颅底部位的脑膜瘤PR表达率低,较颅底部位的肿瘤发生恶性的潜能增加,且更易复发[23]。本组结果表明,颅底脑膜瘤中PR的阳性表达率高,且高于非颅底脑膜瘤(P<0.001),与文献报道相符合[22]。因此,脑膜瘤可根据其起源部位和遗传分化发展出不同的表达PR的能力。

       脑膜瘤在MRI影像表现中通常边界清晰,强化均匀,由于脑膜瘤接受来自颈内外动脉的双重血液供应,灌注丰富,增强扫描大多强化明显[24]。部分研究表明,PR表达组间的瘤细胞增殖不同,ADC值存在差异,而本次研究发现,PR阳性组与PR阴性组脑膜瘤的ADC值无显著差异(P>0.05),这可能是由于研究中包含的不同样本量、不同肿瘤细胞亚型、不同的测量方法、不同ROI大小以及肿瘤内部因素造成[25]。非良性脑膜瘤组织学上表现为有丝分裂活性增加,细胞数量增加,细胞生长速度加快,则出现坏死的可能性增大,在T1WI中呈现低信号,无强化,故增强扫描呈现不均匀强化[1, 26]。在本组研究中,PR阴性的脑膜瘤较PR阳性脑膜瘤强化更不均匀,二者差异具有统计学意义。文献报道PR阴性脑膜瘤平均Ki-67大于PR阳性脑膜瘤,这表明PR阴性脑膜瘤细胞增殖更快,瘤体中央易缺血坏死、囊变,而导致肿瘤强化更不均匀[27]。此外,PR阴性表达的肿瘤出现不均匀强化可能由于同一肿瘤内部各个部分细胞分化程度不同、血供不一、细胞成分比例不同而导致病灶内部信号不均匀[16]。因此,脑膜瘤的强化方式在一定程度上可反映肿瘤PR的表达水平。

       本研究的局限性:本研究为单中心研究,且没有纳入其他功能MRI技术,今后将尝试纳入更多MRI新技术及进行多中心研究,或可进一步提高鉴别的准确性。

       总之,术前MRI特征中肿瘤发生部位及强化方式在一定程度上可以反映脑膜瘤中PR的表达水平,可作为脑膜瘤的预后因子,在患者临床治疗方案的选择及肿瘤预后评估方面具有一定的应用价值。

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