一.研究背景
頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(HNSCC)是一種常見的異質(zhì)性惡性腫瘤，每年全球約有50萬新發(fā)病例蚓耽，包括口腔渠牲、口咽、鼻咽癌步悠、下咽癌和喉癌签杈。HNSCC的常規(guī)治療包括手術(shù)、放療和化療鼎兽，根據(jù)TNM分期和原發(fā)部位分別或聯(lián)合使用答姥。臨床治療的反應(yīng)在HNSCC患者中差異很大，治療結(jié)果不是十分理想谚咬，特別是在晚期疾病中鹦付。此外，化療和放療往往會產(chǎn)生顯著的毒性择卦。因此敲长，為每個患者選擇最佳的治療策略，識別生物標(biāo)志物是至關(guān)重要的秉继。在頭頸癌中祈噪，常規(guī)使用的是計算機(jī)斷層掃描(CT)、磁共振(MR)和正電子成像術(shù)(PET)尚辑。從這些不同的影像學(xué)模式中提取的放射學(xué)特征已被證明在治療HNSCC患者中是有用的辑鲤。
因此，這次小編推薦的這篇文章研究的目的是基于放射學(xué)的非侵入性生物標(biāo)記物來促進(jìn)治療相關(guān)分子亞型的轉(zhuǎn)譯杠茬，用于頭頸鱗癌患者的治療選擇月褥。
標(biāo)題：Development and validation of radiomic signatures of head and neck squamous cell carcinoma molecular features and subtypes
雜志：EBioMedicine?IF：6.68發(fā)表時間：2019.06.27
二.方法和材料
1)?數(shù)據(jù)：研究分析了兩個HNSCC數(shù)據(jù)集(TCGA-HNSCC用于模型開發(fā)，Stanford-HNSCC用于驗證)瓢喉；基因組吓坚、統(tǒng)計學(xué)、臨床數(shù)據(jù)來自?Genomic Data Commons (GDC)(https://portal.gdc.cancer.gov/),?而對應(yīng)的CT數(shù)據(jù)來自The Cancer Imaging Archive (TCIA) (https://wiki.cancerimagingarchive.net/)灯荧。
2)?亞型分析：
文章分析了以下表型：HPV狀態(tài)；基因表達(dá)亞型盐杂；通過MethylMix方法獲得的DNA甲基化亞型逗载；體細(xì)胞頻繁突變集合哆窿。
3)?腫瘤體積分割：在進(jìn)行特征提取之前，每個樣本需要一位頭頸放射科醫(yī)師(M.C.經(jīng)驗大于10年)使用DICOM viewer Horos (https://horosproject.org)和每個軸向切片上的鉛筆工具厉斟，手工勾畫感興趣的區(qū)域(ROIs挚躯，定義為總的腫瘤體積)。
4)?定量圖像特征提炔粱唷：首先將三維腫瘤切片重采樣到1×1×1 mm3的等距體素码荔。從總腫瘤體積感興趣區(qū)域(ROI)中提取540個定量圖像特征。這些定量的圖像特征分為五組:(1)一階特征感挥，(2)形狀和大小特征缩搅，(3)全局直方圖特征，(4)紋理特征和(5)基于過濾的特征触幼。
5)?模型的構(gòu)建硼瓣，選擇與驗證：整體流程如下圖所示
6)?HPV預(yù)測模型的外部驗證：訓(xùn)練一個模型來預(yù)測人乳頭狀瘤病毒狀態(tài)，使用10?×?10-CV TCGA-HNSCC和Stanford-HNSCC的分層進(jìn)行外部測試置谦。
三.結(jié)果展示
1.?患者特征和定量圖像特征
基于研究的納入和排除準(zhǔn)則堂鲤，這項工作研究了來自TCGA-HNSCC?的113個樣本以及來自Stanford-HNSCC的53例樣本（表1）∶较浚可以看出除原發(fā)腫瘤解剖部位瘟栖、吸煙情況、臨床T期和N期外谅阿，兩組患者的臨床特征無顯著差異半哟。然后，從分割出的大體腫瘤區(qū)域中提取540個定量圖像特征奔穿。通過特征魯棒性分析镜沽，540個特征中有491個符合魯棒性標(biāo)準(zhǔn)，并保留下來進(jìn)行進(jìn)一步分析贱田，并使用二項檢驗以及交叉驗證來進(jìn)一步選取特征缅茉。
2.?HPV的放射學(xué)特征
作者首先檢測定量圖像特征是否可以區(qū)分RNA定義的HPV+和HPV-患者，可以看出這個放射學(xué)模型展示出了區(qū)分HPV+和HPV-狀態(tài)的顯著能力（圖2a）男摧。接下來蔬墩，作者研究了在上述兩種放射學(xué)模型中，哪些特征組是最重要的耗拓，為了進(jìn)一步解釋HPV的放射學(xué)模型拇颅，作者展示了兩個在口咽腫瘤患者的例子:根據(jù)RNA定義的HPV狀態(tài)和DNA甲基化亞型HPV+狀態(tài)，一個HPV+病例被正確預(yù)測乔询，另一個HPV-病例也被正確預(yù)測（圖2）樟插。HPV+腫瘤是位于舌底右側(cè)的實性強(qiáng)化病灶(圖2b)。HPV-腫瘤在放射學(xué)上表現(xiàn)為較強(qiáng)的侵襲性，有椎前筋膜浸潤的征象黄锤，咽部后脂肪模糊位于下口咽后壁搪缨，并延伸至下咽后壁（圖2c）。
3.預(yù)測其他DNA甲基化亞型鸵熟、基因表達(dá)亞型以及體細(xì)胞突變
與甲基化HPV+相似副编，作者評估了其他四種DNA甲基化亞型的預(yù)測建模。這些分類器都取得了良好的性能（圖3a）流强。接下來作者研究了以前定義的基因表達(dá)亞型的預(yù)測:非典型痹届、經(jīng)典、間質(zhì)和基底（圖3b）打月。此外队腐，作者研究了放射學(xué)模型是否能夠預(yù)測HNSCC中最常見的突變基因:NOTCH1、TP53僵控、CDKN2A香到、PIK3CA和NSD1的體細(xì)胞突變。發(fā)現(xiàn)NSD1的性能最顯著（圖3c）报破。
4.?HPV放射學(xué)特征的外部驗證
接下來悠就，作者獲得了一個獨(dú)立的隊列(Stanford-HNSCC)來進(jìn)行驗證。因此充易，首先在TCGA-HNSCC隊列上建立訓(xùn)練模型梗脾，然后在Stanford-HNSCC隊列上進(jìn)行驗證。所建立的模型如下：
作者還使用VIF分析測試了放射學(xué)特征和臨床特征之間是否存在相互作用盹靴。然而炸茧，所有的VIFs都低于臨床特征和/或放射體特征，這些特征結(jié)合起來訓(xùn)練臨床模型或放射體+臨床模型稿静，表明這些特征之間缺乏多重共線性梭冠。放射性模型的驗證結(jié)果表明效果良好，且當(dāng)將放射學(xué)特征與臨床特征相結(jié)合時改备，與放射學(xué)模型相比控漠，性能顯著提高（圖4,5a）。與先前的研究一致悬钳，作者發(fā)現(xiàn)在HNSCC中盐捷，原發(fā)部位是HPV感染的一個強(qiáng)有力的指標(biāo)。為了研究放射學(xué)模型是否對原發(fā)部位信息不可知默勾，作者進(jìn)一步以咽為原發(fā)腫瘤部位的Stanford-HNSCC患者為亞群對模型進(jìn)行了測試碉渡，測試結(jié)果表明模型仍然效能良好（圖5b）。
四.結(jié)論
結(jié)果表明母剥，定量圖像特征能夠區(qū)分多種分子表型滞诺。作者識別了RNA-defined HPV+ (AUC = 0.73)形导、DNA methylation subtypes MethylMix HPV+(AUC = 0.79)、non-CIMP-atypical (AUC = 0.77)和Stem-like-Smoking (AUC = 0.71)以及NSD1突變(AUC = 0.73)的顯著預(yù)測性能铭段。作者在?Stanford中對HPV預(yù)測模型(AUC = 0.76)進(jìn)行了外部驗證骤宣。與臨床模型相比，放射組模型優(yōu)于NOTCH1突變序愚、DNA甲基化亞型非典型性。研究也表明等限，放射組學(xué)可以作為一種非侵入性的工具來識別與治療相關(guān)的HNSCC亞型爸吮，為患者分層、治療分配和臨床試驗的納入提供了可能性望门。
五.參考文獻(xiàn)
1.??Siegel R.L., Miller K.D., Jemal A. Cancer statistics, 2018.?CA Cancer J Clin.?2018;68:7–30.
2.?Belcher R., Hayes K., Fedewa S. Current treatment of head and neck squamous cell cancer.?J Surg Oncol.?2014;110:551–574. doi: 10.1002/jso.23724.?2014/07/24.
3.??Marur S., Forastiere A.A. Head and neck squamous cell carcinoma: update on epidemiology, diagnosis, and treatment.?Mayo Clin Proc.?2016;91:386–396. doi: 10.1016/j.mayocp.2015.12.017.?2016/03/06.
4.?Ang K.K., Harris J., Wheeler R. Human papillomavirus and survival of patients with oropharyngeal cancer.?N Engl J Med.?2010;363:24–35.?
5.?Gillison M.L., Koch W.M., Capone R.B. Evidence for a causal association between human papillomavirus and a subset of head and neck cancers.?J Natl Cancer Inst.?2000;92:709–720.
6.?Chaturvedi A.K., Engels E.A., Pfeiffer R.M. Human papillomavirus and rising oropharyngeal cancer incidence in the United States.?J Clin Oncol.?2011;29:4294–4301. doi: 10.1200/JCO.2011.36.4596.?2011/10/05.
