佘李嵐 黃妹蘭 薛蘊(yùn)菁

目前在全球范圍內(nèi)，肺癌仍是發(fā)病率和死亡最高的惡性腫瘤。近些年來，腫瘤免疫治療方法的快速發(fā)展為晚期腫瘤患者的治療帶來了福音。免疫治療種類繁多，包括免疫檢查點(diǎn)阻斷劑、免疫調(diào)節(jié)劑、抗體治療、細(xì)胞因子等方法，而免疫檢查點(diǎn)阻斷劑（immune checkpoint inhibitors，ICIs）通過調(diào)節(jié)T 細(xì)胞活性的形式，提高機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng)，受到臨床醫(yī)生和患者的青睞[1]。其中以細(xì)胞程序性死亡受體1（programmed death receptor-1，PD-1）或程序性死亡配體1（programmed death-ligand 1，PD-L1）抑制劑為代表的免疫治療方法在肺癌的診治中取得了較大的發(fā)展[2]。目前對肺癌PD-L1 表達(dá)水平的檢測主要依靠免疫組織化學(xué)技術(shù)；但免疫組化需通過局部手術(shù)或穿刺來獲取腫瘤組織標(biāo)本，并且檢查費(fèi)用相對昂貴，這種有創(chuàng)的操作方式加重了晚期腫瘤患者的生理負(fù)擔(dān)和經(jīng)濟(jì)壓力。因此，探索一種無創(chuàng)的醫(yī)學(xué)影像生物標(biāo)記物以反映癌組織的PD-L1 表達(dá)水平，成為亟須解決的難題。人工智能（artificial intelligence，AI）在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在肺癌的診斷方面，已成為最熱門的研究焦點(diǎn)之一[3]。但關(guān)于人工智能技術(shù)用于預(yù)測肺腺癌PD-L1 表達(dá)水平的研究鮮有報(bào)道。因此，本研究主要探討肺結(jié)節(jié)人工智能輔助診斷系統(tǒng)提取的肺癌腫塊的形狀紋理信息能否預(yù)測肺癌PD-L1 表達(dá)，并明確其臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性收集2022 年1 月—2022 年4 月于福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院胸外科行手術(shù)切除或穿刺活檢的肺腺癌患者139 例。所有患者均接受肺部CT 檢查，并通過醫(yī)院信息系統(tǒng)（hospital information system，HIS）系統(tǒng)收集患者的臨床信息，包括性別、年齡、細(xì)胞程序性死亡-配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PD-L1）表達(dá)水平、吸煙史（煙齡≥5 年）、表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）狀態(tài)。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）經(jīng)病理證實(shí)為浸潤性肺腺癌。（2）在術(shù)前或穿刺前2 周內(nèi)行肺部CT 檢查。（3）肺部CT 圖像質(zhì)量符合診斷標(biāo)準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）CT 檢查前已接受穿刺活檢、放化療等臨床干預(yù)手段，破壞腫瘤原生形態(tài)。（2）CT 圖像質(zhì)量差而影響診斷。本研究已獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（倫理號(hào)：2022WSJK024），并豁免患者知情同意。

1.2 方法

1.2.1 掃描協(xié)議

本研究使用的設(shè)備為256 排GE Revolution CT（通用電器，美國）?；颊呷⊙雠P位，雙手上舉抱頭，掃描范圍從肺尖到腎上腺。管電壓為120 kVP，管電流設(shè)為自動(dòng)毫安（smart mA），掃描層厚5 mm，圖像矩陣512×512，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.50 s，探測器寬度為80 mm，螺旋模式螺距為0.992 ∶1，轉(zhuǎn)速158.75 mm/s，重建層厚1.25 mm。囑患者吸氣后屏住呼吸掃描。

1.2.2 圖像處理

將層厚1.25 mm 的CT 肺窗圖像（窗寬：1 500，窗位：-600）導(dǎo)入推想肺結(jié)節(jié)智能分析系統(tǒng)，自動(dòng)生成相應(yīng)的結(jié)節(jié)AI 參數(shù)，納入結(jié)節(jié)最長徑、結(jié)節(jié)體積、實(shí)性成分占比、CT 最大值、CT 最小值、平均CT 值、中位CT 值、CT 標(biāo)準(zhǔn)差、緊湊度、球形度、CT 值的峰度和偏度、熵。

1.2.3 PD-L1 表達(dá)水平測定

將穿刺活檢或手術(shù)取得的肺癌組織樣本，以10%甲醛進(jìn)行固定、石蠟包埋和切片，通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的免疫組織化學(xué)法檢測PD-L1 蛋白的表達(dá)。采用腫瘤細(xì)胞陽性比例分?jǐn)?shù)（tumor proportion score，TPS）評分測量PD-L1 的表達(dá)水平，TPS ＜1%判定為陰性，TPS ≥1%判定為陽性[4]。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

運(yùn)用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)對年齡、AI 參數(shù)等連續(xù)性計(jì)量資料進(jìn)行正態(tài)性分析，服從正態(tài)分布則采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析，以（±s）表示，不服從正態(tài)分布則采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)，以中位數(shù)和四分位數(shù)間距描述數(shù)據(jù)基本分布特征。性別、吸煙史、EGFR 狀態(tài)等計(jì)數(shù)資料用n（%）表示，采用Pearsonχ2檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)設(shè)為α=0.05，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 PD-L1 陽性組與PD-L1 陰性組臨床指標(biāo)比較

兩組年齡、性別、吸煙史、EGFR 狀態(tài)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），見表1。相較于PD-L1 陰性組，PD-L1 陽性組多為年齡較大且有吸煙史的男性患者，具有更高的EGFR 突變率。

表1 PD-L1 陽性組與PD-L1 陰性組臨床指標(biāo)比較

2.2 PD-L1 陽性組與PD-L1 陰性組肺部CT 的AI 參數(shù)比較

兩組腫塊的最大徑、體積、CT 最小值、CT 平均值、CT 中位數(shù)、實(shí)性成分占比、緊湊度、CT 值的峰度和偏度比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）；相較于PD-L1 陰性組，PD-L1 陽性組腫塊尺寸更大，密度更高，含有更多的實(shí)性成分，且形態(tài)較不規(guī)則，見表2。

表2 PD-L1 陽性組與PD-L1 陰性組肺部CT 的AI 參數(shù)比較[M（P25，P75）]

3 討論

NSCLC 是當(dāng)今世界范圍內(nèi)癌癥相關(guān)死亡的主要原因[5]。針對PD-1 或PD-L1 的免疫檢查點(diǎn)抑制劑已成為無靶向治療選擇患者的主要治療方法。然而，只有20%～30%的患者對免疫檢查點(diǎn)阻滯劑能保持持久的反應(yīng)。強(qiáng)大的預(yù)測性生物標(biāo)志物可能有助于確定哪些患者可能受益于基于免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療，哪些患者可能受益于其他治療策略。盡管目前醫(yī)學(xué)上已經(jīng)提出了許多關(guān)于免疫檢查點(diǎn)抑制反應(yīng)的分子預(yù)測指標(biāo)，而且美國食品和藥物管理局已經(jīng)批準(zhǔn)將PD-L1 和腫瘤突變負(fù)荷作為生物標(biāo)志物，用于指導(dǎo)NSCLC患者的治療選擇[6]；但這些特征都不能完全反映結(jié)果的變化，這表明免疫檢查點(diǎn)抑制的獲益是由腫瘤、微環(huán)境和宿主的相互作用協(xié)調(diào)而成的[7]。而免疫組化的結(jié)果受腫瘤活檢標(biāo)本組織的取樣量大小、腫瘤內(nèi)異質(zhì)性的影響，并且費(fèi)用相對昂貴，因此有一定的應(yīng)用限制[8-9]。相比之下，醫(yī)學(xué)影像已經(jīng)被常規(guī)用于腫瘤的診斷分期和預(yù)后評估，并且可以無創(chuàng)地捕獲整個(gè)腫瘤及其背景實(shí)質(zhì)。此外，腫瘤的生物學(xué)特性及其與腫瘤免疫微環(huán)境的相互作用產(chǎn)生了不同的成像表型，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，可以挖掘以預(yù)測臨床結(jié)果和基因組特征。因此，本研究通過CT 影像與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合，提供了一種非侵入性的方法來識(shí)別與免疫檢查點(diǎn)抑制反應(yīng)相關(guān)的生物學(xué)功能，有利于后續(xù)開發(fā)預(yù)測性的生物標(biāo)志物，為免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療選擇提供信息。通過無創(chuàng)的CT 檢查方式結(jié)合人工智能輔助診斷系統(tǒng)，客觀量化腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性信息，得出了肺腫塊的形態(tài)、紋理信息的量值，并證實(shí)了肺部CT 的AI 參數(shù)對預(yù)測PD-L1 表達(dá)水平有一定的價(jià)值。

免疫檢查點(diǎn)阻斷是一種調(diào)節(jié)T 細(xì)胞活性以改善抗腫瘤免疫反應(yīng)的方法。PD-1/PD-L1 通路在免疫應(yīng)答中起著重要作用。通過腫瘤細(xì)胞表達(dá)的PD-L1 和T 淋巴細(xì)胞上表達(dá)的PD-1 的直接結(jié)合，促使腫瘤免疫逃逸[10]。因此，PD-L1在腫瘤細(xì)胞表面的表達(dá)可能是抗Pd -1/PD-L1 免疫治療的重要預(yù)測生物標(biāo)志物。免疫檢查點(diǎn)阻斷劑的問世改善了肺癌患者的預(yù)后水平，延長患者的總生存期。已有較多的研究證實(shí)PD-L1 的表達(dá)水平與免疫治療效果及患者的生存結(jié)局存在相關(guān)性[11-12]；而較高的PD-L1 表達(dá)水平往往預(yù)示著良好的免疫治療效果。如果能夠建立PD-L1 表達(dá)與放射學(xué)表型之間的關(guān)聯(lián)，則可以用來反映對免疫檢查點(diǎn)抑制劑的反應(yīng)。但目前關(guān)于PD-L1 表達(dá)與放射學(xué)特征之間的相關(guān)性還沒有得到很好的研究。

本研究中，PD-L1 的陽性表達(dá)在有吸煙史的男性中更為常見，進(jìn)一步證實(shí)了PD-L1 表達(dá)的發(fā)生率與煙草暴露相關(guān)[13]；但這一發(fā)現(xiàn)的生物學(xué)解釋尚不清楚，值得進(jìn)一步研究。筆者認(rèn)為暴露于煙草致癌物可能導(dǎo)致更多的高度突變的腫瘤，吸煙者比從不吸煙者的腫瘤暴露更多的新抗原，導(dǎo)致更高的PD-L1 表達(dá)。此外，吸煙誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)涉及T 細(xì)胞促炎細(xì)胞因子，包括干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ），而干擾素是目前已知可誘導(dǎo)PD-L1 表達(dá)的細(xì)胞因子[14]。

同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)PD-L1 陽性表達(dá)的腫瘤尺寸相對較大，EGFR 突變更常見，腫瘤的大小能一定程度上反映腫瘤負(fù)荷，這也提示高PD-L1 表達(dá)水平與較高的病理分級(jí)和較差的病理亞型密切相關(guān)[15]。同時(shí)，PD-L1 陽性組相較于PD-L1 陰性組，前者具有更高的腫塊密度值和實(shí)性成分占比。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)微乳頭狀腺癌和實(shí)性腺癌的生存率較低，這也表明PD-L1 表達(dá)的患者可能預(yù)后較差[16]。實(shí)變區(qū)（密度高）主要代表纖維化灶或?qū)嵭陨L模式的腫瘤，而磨玻璃病變區(qū)（ground glass opacity，GGO）反映腫瘤細(xì)胞取代肺泡內(nèi)壁細(xì)胞的生長模式區(qū)域。在腫瘤發(fā)生過程中，腺癌取代肺泡壁的鱗狀生長模式在CT 上表現(xiàn)為GGO。相比之下，CT 上的實(shí)性成分表明肺泡壁塌陷、纖維化或侵襲性腫瘤細(xì)胞增殖[17]。腫瘤實(shí)性成分的百分比與病理侵襲程度存在相關(guān)性，從組織形態(tài)學(xué)的角度來看，實(shí)體和微乳頭狀優(yōu)勢腫瘤比基于GGO 的腫瘤具有更大的惡性潛能，由此可以推斷，PD-L1 的表達(dá)與更具侵襲性的腺癌病理類型顯著相關(guān)。另外，本研究還證實(shí)腫塊的緊湊度和球形度與PD-L1 表達(dá)有關(guān)，緊湊度、球形度與腫塊的形態(tài)密切相關(guān)，數(shù)值越接近1，代表腫塊越接近類球形、形態(tài)越規(guī)則。而腫塊的形態(tài)特征被認(rèn)為是區(qū)分良性和惡性肺腫瘤的重要影像學(xué)特征。既往有部分學(xué)者通過分析肺癌患者的肺部CT 影像，發(fā)現(xiàn)PD-L1 的表達(dá)水平與腫塊的影像特征具有相關(guān)性，病灶周圍缺乏GGO，周圍血管集束征，鄰近胸膜凹陷，特別是形態(tài)不規(guī)則，呈現(xiàn)分葉、毛刺、空洞、密度值高、實(shí)性成分比例大的腫塊，多為PD-L1 表達(dá)陽性[18-19]，這與本研究的觀點(diǎn)一致。

綜上所述，通過比較肺部CT 的AI 量化參數(shù)與PD-L1表達(dá)的相關(guān)性，顯示腫瘤最大徑、體積、CT 最小值、平均CT 值、中位CT 值、實(shí)性成分占比、緊湊度、CT 值的峰度和偏度對于預(yù)測PD-L1 表達(dá)水平有一定的價(jià)值。推薦AI和臨床指標(biāo)相結(jié)合，可作為PD-L1 表達(dá)的無創(chuàng)預(yù)測方式。

本研究的局限性：（1）本研究為回顧性研究，未能全面納入更多有用信息。（2）本研究排除了已接受臨床干預(yù)的患者，這可能與真實(shí)世界的患者構(gòu)成研究存在出入。（3）僅在單中心展開研究，結(jié)果可能存在一定的選擇偏移。