龍治豪綜述 劉仁忠審校

膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的腫瘤之一。Ki-67表達(dá)水平與細(xì)胞增殖密切相關(guān)，為一種判斷腫瘤惡性程度的指標(biāo)。影像組學(xué)為一個新興領(lǐng)域，在腫瘤的診斷、治療和預(yù)后評估中的作用越來越被重視。本文就膠質(zhì)瘤Ki-67的作用機(jī)制及影像組學(xué)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Ki-67 在膠質(zhì)瘤中的作用機(jī)制

1.1 Ki-67的生物學(xué)結(jié)構(gòu)與功能Ki-67為一種細(xì)胞核蛋白，與細(xì)胞增殖關(guān)系密切，為衡量腫瘤分級的標(biāo)記物[1]。人Ki-67由位于10q26.2 的MKI-67基因編碼。該基因由14個內(nèi)含子和15個外顯子組成，并額外包含一個由1 080個堿基對構(gòu)成的外顯子。增殖細(xì)胞存在分子量為320 kD和359 kD的兩種蛋白質(zhì)亞型，由長型和短型mRNA前體的選擇性剪切形成，短型mRNA前體Ki-67蛋白外顯子7缺失[2]。Ki-67包括N-端FHA結(jié)構(gòu)域、蛋白磷酸酶1（protein phosphatase 1，PP1）結(jié)合域、重復(fù)串聯(lián)序列的大中心區(qū)域和C'端富亮氨酸或精氨酸（leucine/arginine-rich，LR）染色質(zhì)結(jié)合域[3]。

近年來，研究表明Ki-67可以通過PP1結(jié)合域與磷酸蛋白結(jié)合，導(dǎo)致染色體核仁蛋白去磷酸化，促進(jìn)核仁重組和再活化[4]。Ki-67的大中心區(qū)域?yàn)橐粋€由6 842個堿基對組成的外顯子編碼的16個重復(fù)結(jié)構(gòu)組成的區(qū)域，每個重復(fù)結(jié)構(gòu)包含122個高度保守的氨基酸殘，因富含易受蛋白酶活性影響的脯氨酸、谷氨酸、絲氨酸和蘇氨酸等，所以具有功能性[2]。研究表明，這個重復(fù)區(qū)域包含的有絲分裂期間CDK1磷酸化殘基可能參與有絲分裂定位和防止核膜解體等過程[5，6]。C'端LR染色質(zhì)結(jié)合域，與異染色質(zhì)蛋白1結(jié)合，促進(jìn)異染色質(zhì)在著絲粒和端粒的富集[7，8]。

1.2 Ki-67的表達(dá)與調(diào)控 人類細(xì)胞Ki-67表達(dá)水平從G1期晚期到S期呈增加趨勢，直至有絲分裂時達(dá)峰值，然后在有絲分裂結(jié)束時急劇下降。同時，對植物血凝素刺激的外周血單個核白細(xì)胞的研究表明，未受刺激細(xì)胞（G0期）對Ki-67抗原呈陰性[9，10]。近期的研究顯示Ki-67在G1期可能有兩套相對的機(jī)制調(diào)節(jié)。MKI-67基因啟動子本身受細(xì)胞周期調(diào)控，例如典型的G1介導(dǎo)的E2F轉(zhuǎn)錄因子家族的結(jié)合位點(diǎn)的參與[11]。同時，Ki-67蛋白在G1期也通過泛素-蛋白酶復(fù)合物APC/C-Cdh1降解[12]。有研究表明特異性蛋白1（specificity protein 1，Sp1）在調(diào)節(jié)Ki-67啟動子活性中起關(guān)鍵作用[13]。此外，Ki-67表達(dá)水平的調(diào)節(jié)機(jī)制可能是由腫瘤抑制因子p53調(diào)控的。p53通過與Ki-67啟動子中的p53結(jié)合域以及Sp1結(jié)合位點(diǎn)相互作用，從而抑制Ki-67的轉(zhuǎn)錄[14]。

最近有研究提出假說，Ki-67在有絲分裂早期的完全磷酸化或者中心區(qū)域磷酸化所帶來的電荷改變可能是早期染色體間的排斥效應(yīng)以及Ki-67在有絲分裂早期活躍的原因[15]。此外，一種有絲分裂早期染色體間排斥、晚期染色體內(nèi)聚以及細(xì)胞質(zhì)分離的區(qū)域化模型研究顯示，其中Ki-67的中心區(qū)域高度磷酸化帶來的電荷改變成為關(guān)鍵的調(diào)節(jié)機(jī)制[16]。

1.3 Ki-67在膠質(zhì)瘤中的作用 根據(jù)神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞特異性、有絲分裂活性、微血管增生或壞死等組織學(xué)特征，WHO將膠質(zhì)瘤分為Ⅰ～Ⅳ級[17]，而Ki-67是膠質(zhì)瘤分級的輔助標(biāo)志物[18]。正常腦組織Ki-67的表達(dá)水平低于膠質(zhì)瘤組織[19]。膠質(zhì)瘤Ki-67陽性值越高，提示腫瘤惡性程度越高、分級越高、預(yù)后越差[20]。據(jù)報道，Ki-67低表達(dá)與IDH-1突變顯著相關(guān)，為膠質(zhì)瘤的預(yù)后指標(biāo)之一[21，22]。

有研究顯示Ki-67高表達(dá)與膠質(zhì)瘤的不良預(yù)后顯著相關(guān)，Ki-67高表達(dá)是膠質(zhì)瘤總生存率的一個有價值的預(yù)后因素[23]。此外，也有研究表明星形細(xì)胞瘤的部位對Ki-67表達(dá)水平?jīng)]有顯著影響[24]。同時，對Ki-67的表達(dá)水平，觀察者之間差異顯著，而數(shù)字化定量差異小，所以Ki-67表達(dá)水平應(yīng)謹(jǐn)慎使用，在膠質(zhì)瘤分級中不應(yīng)過度解讀[25]。

2 膠質(zhì)瘤Ki-67 的影像組學(xué)研究進(jìn)展

2.1 膠質(zhì)瘤與影像組學(xué) 影像組學(xué)是一個新興的領(lǐng)域，它通過計(jì)算機(jī)將放射圖像轉(zhuǎn)化為高緯度的可量化數(shù)據(jù)[26]。影像組學(xué)是一個多步驟的過程，包括圖像的采集和重建、圖像的預(yù)處理、感興趣區(qū)域（regions of interest，ROI）的勾畫、ROI特征的提取和量化、ROI特征篩選以及使用機(jī)器學(xué)習(xí)建立預(yù)測模型[27]。圖像處理是對獲取的圖像進(jìn)行強(qiáng)度歸一化、體素強(qiáng)度校準(zhǔn)和偏移場校正等處理，以解決圖像失真、設(shè)備差異等問題[28～30]。ROI的勾畫可以通過手動、半自動或全自動方法實(shí)現(xiàn)[31～33]。ROI特征提取是指將圖像的特征通過數(shù)字算法提取出來，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)值，常見的特征包括形態(tài)特征、紋理特征和功能特征等。之后，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，探索圖像特征和研究問題之間的關(guān)聯(lián)。常見的數(shù)學(xué)模型包括線性或邏輯回歸以及通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)模型開發(fā)的更復(fù)雜的模型等[34，35]。最后，通過建立訓(xùn)練集和測試集交叉驗(yàn)證模型的有效程度，從而選出理想的模型。

研究表明，影像組學(xué)在鑒別高級別膠質(zhì)瘤和低級別膠質(zhì)瘤時有一定的價值。有研究對153例多參數(shù)MRI進(jìn)行影像組學(xué)紋理特征分析，結(jié)果顯示使用SVM分類器對高級別膠質(zhì)瘤和低級別膠質(zhì)瘤進(jìn)行分類的準(zhǔn)確率為96.8 %，對Ⅲ級和Ⅳ級進(jìn)行分類的準(zhǔn)確率為98.1 %[36]。在膠質(zhì)瘤和其他腫瘤鑒別方面，有研究使用基于MRI放射組學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法區(qū)分中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤和非壞死性非典型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，取得了比影像醫(yī)生更高的診斷效能[37]。此外，影像組學(xué)在預(yù)測膠質(zhì)瘤的分子亞型上也有一定的價值。有研究通過影像組學(xué)聯(lián)合MRI T1像、T1像和T1增強(qiáng)像的的影像特征預(yù)測膠質(zhì)瘤IDH1基因突變，ROC曲線分析顯示，聯(lián)合T1像+C參數(shù)預(yù)測IDH1突變曲線下面積為0.984 ，聯(lián)合T1像參數(shù)預(yù)測IDH1突變的曲線下面積為0.927[38]。

一項(xiàng)119例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤預(yù)后的影像組學(xué)分析顯示，11個組學(xué)特征可用于預(yù)測無進(jìn)展生存期（progression-free survival，PFS）和總生存期（overall survival，OS）[39]。有研究通過放射基因組學(xué)分析高危組遺傳特征，計(jì)算影像組學(xué)風(fēng)險評分，并將其與其他臨床特征相結(jié)合來更準(zhǔn)確地評估PFS[40]?？寡苌芍委熢趶?fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中起到關(guān)鍵作用，有研究通過影像組學(xué)方法分析貝伐單抗治療與復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤PFS和OS的關(guān)系，從而將一種影像組學(xué)特征作為一種標(biāo)記物來預(yù)測從貝伐單抗治療中獲益的病人[41]。

2.2 影像組學(xué)預(yù)測膠質(zhì)瘤Ki-67表達(dá)水平 近年來，膠質(zhì)瘤Ki-67表達(dá)水平的影像組學(xué)研究發(fā)展迅猛。越來越多的研究顯示影像組學(xué)可以預(yù)測膠質(zhì)瘤Ki-67的表達(dá)水平，從而提供一種無創(chuàng)的基于Ki-67的膠質(zhì)瘤診斷、治療的新思路。有研究發(fā)現(xiàn)，基于單序列Ki-67模型的曲線下面積可以達(dá)到0.745 ，復(fù)合序列模型的曲線下面積則可以達(dá)到0.963[42]。在特征篩選中，一些具有高度預(yù)測能力的特征逐漸被發(fā)現(xiàn)。一項(xiàng)基于139例膠質(zhì)瘤的研究發(fā)現(xiàn)，從影像組學(xué)特征平均峰度中獲得的模型，區(qū)分Ⅲ級和Ⅳ級膠質(zhì)瘤的曲線下面積為0.947 ，具有極高的敏感性和特異性[43]。一項(xiàng)220例膠質(zhì)瘤的單變量分析中，影像組學(xué)特征非微波和微波與腫瘤分級和Ki-67標(biāo)記指數(shù)顯著相關(guān)[42]。

瘤周水腫是惡性膠質(zhì)瘤的主要特征之一，也是影響膠質(zhì)瘤病人預(yù)后的重要因素，其原因可能與膠質(zhì)瘤細(xì)胞浸潤到瘤周區(qū)域有關(guān)[44，45]。有研究顯示影像組學(xué)預(yù)測膠質(zhì)瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域和瘤周20 mm內(nèi)Ki-67表達(dá)水平的效能相似[46]。在膠質(zhì)瘤預(yù)后方面，有研究顯示Ki-67表達(dá)水平是低級別膠質(zhì)瘤獨(dú)立的預(yù)后影響因素，并且發(fā)現(xiàn)球不相稱這一組學(xué)特征也是一個獨(dú)立預(yù)后因素，為無創(chuàng)預(yù)測低級別膠質(zhì)瘤預(yù)后提供了一種可能的方向[47]。

綜上所述，Ki-67作為一種增殖標(biāo)志物，在膠質(zhì)瘤的診斷、預(yù)后評估中具有重要的作用，其影像組學(xué)研究為膠質(zhì)瘤的診斷及治療提供了新思路。