一.研究背景
頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(HNSCC)是一種常見的異質(zhì)性惡性腫瘤疮茄，每年全球約有50萬新發(fā)病例滥朱，包括口腔毅戈、口咽疏橄、鼻咽癌除抛、下咽癌和喉癌偎肃。HNSCC的常規(guī)治療包括手術(shù)、放療和化療扇救，根據(jù)TNM分期和原發(fā)部位分別或聯(lián)合使用装蓬。臨床治療的反應(yīng)在HNSCC患者中差異很大捡偏，治療結(jié)果不是十分理想怖糊，特別是在晚期疾病中帅容。此外，化療和放療往往會(huì)產(chǎn)生顯著的毒性伍伤。因此并徘，為每個(gè)患者選擇最佳的治療策略，識(shí)別生物標(biāo)志物是至關(guān)重要的扰魂。在頭頸癌中麦乞，常規(guī)使用的是計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)蕴茴、磁共振(MR)和正電子成像術(shù)(PET)。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患者中是有用的路幸。
因此荐开，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)譯付翁，用于頭頸鱗癌患者的治療選擇简肴。
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(shí)間：2019.06.27
二.方法和材料
1) 數(shù)據(jù)：研究分析了兩個(gè)HNSCC數(shù)據(jù)集(TCGA-HNSCC用于模型開發(fā)，Stanford-HNSCC用于驗(yàn)證)百侧；基因組砰识、統(tǒng)計(jì)學(xué)、臨床數(shù)據(jù)來自 Genomic Data Commons (GDC)(https://portal.gdc.cancer.gov/), 而對(duì)應(yīng)的CT數(shù)據(jù)來自The Cancer Imaging Archive (TCIA) (https://wiki.cancerimagingarchive.net/)佣渴。
2) 亞型分析：
文章分析了以下表型：HPV狀態(tài)辫狼；基因表達(dá)亞型；通過MethylMix方法獲得的DNA甲基化亞型辛润；體細(xì)胞頻繁突變集合膨处。
3) 腫瘤體積分割：在進(jìn)行特征提取之前，每個(gè)樣本需要一位頭頸放射科醫(yī)師(M.C.經(jīng)驗(yàn)大于10年)使用DICOM viewer Horos (https://horosproject.org)和每個(gè)軸向切片上的鉛筆工具砂竖，手工勾畫感興趣的區(qū)域(ROIs真椿，定義為總的腫瘤體積)。
4) 定量圖像特征提群醭巍：首先將三維腫瘤切片重采樣到1×1×1 mm3的等距體素突硝。從總腫瘤體積感興趣區(qū)域(ROI)中提取540個(gè)定量圖像特征。這些定量的圖像特征分為五組:(1)一階特征置济，(2)形狀和大小特征解恰，(3)全局直方圖特征，(4)紋理特征和(5)基于過濾的特征浙于。
5) 模型的構(gòu)建护盈，選擇與驗(yàn)證：整體流程如下圖所示
6) HPV預(yù)測(cè)模型的外部驗(yàn)證：訓(xùn)練一個(gè)模型來預(yù)測(cè)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(cè)試羞酗。
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)則腐宋，這項(xiàng)工作研究了來自TCGA-HNSCC 的113個(gè)樣本以及來自Stanford-HNSCC的53例樣本（表1）≌鳎可以看出除原發(fā)腫瘤解剖部位脏款、吸煙情況、臨床T期和N期外裤园，兩組患者的臨床特征無顯著差異撤师。然后，從分割出的大體腫瘤區(qū)域中提取540個(gè)定量圖像特征拧揽。通過特征魯棒性分析剃盾，540個(gè)特征中有491個(gè)符合魯棒性標(biāo)準(zhǔn)腺占，并保留下來進(jìn)行進(jìn)一步分析，并使用二項(xiàng)檢驗(yàn)以及交叉驗(yàn)證來進(jìn)一步選取特征痒谴。
2. HPV的放射學(xué)特征
作者首先檢測(cè)定量圖像特征是否可以區(qū)分RNA定義的HPV+和HPV-患者衰伯，可以看出這個(gè)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）。接下來积蔚，作者研究了在上述兩種放射學(xué)模型中意鲸，哪些特征組是最重要的，為了進(jìn)一步解釋HPV的放射學(xué)模型尽爆，作者展示了兩個(gè)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)怎顾，一個(gè)HPV+病例被正確預(yù)測(cè)，另一個(gè)HPV-病例也被正確預(yù)測(cè)（圖2）漱贱。HPV+腫瘤是位于舌底右側(cè)的實(shí)性強(qiáng)化病灶(圖2b)槐雾。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(rùn)的征象幅狮，咽部后脂肪模糊位于下口咽后壁募强，并延伸至下咽后壁（圖2c）。
3.預(yù)測(cè)其他DNA甲基化亞型崇摄、基因表達(dá)亞型以及體細(xì)胞突變
與甲基化HPV+相似擎值，作者評(píng)估了其他四種DNA甲基化亞型的預(yù)測(cè)建模。這些分類器都取得了良好的性能（圖3a）配猫。接下來作者研究了以前定義的基因表達(dá)亞型的預(yù)測(cè):非典型幅恋、經(jīng)典、間質(zhì)和基底（圖3b）泵肄。此外捆交，作者研究了放射學(xué)模型是否能夠預(yù)測(cè)HNSCC中最常見的突變基因:NOTCH1、TP53腐巢、CDKN2A品追、PIK3CA和NSD1的體細(xì)胞突變。發(fā)現(xiàn)NSD1的性能最顯著（圖3c）冯丙。
4. HPV放射學(xué)特征的外部驗(yàn)證
接下來肉瓦，作者獲得了一個(gè)獨(dú)立的隊(duì)列(Stanford-HNSCC)來進(jìn)行驗(yàn)證。因此胃惜，首先在TCGA-HNSCC隊(duì)列上建立訓(xùn)練模型泞莉，然后在Stanford-HNSCC隊(duì)列上進(jìn)行驗(yàn)證。所建立的模型如下：
作者還使用VIF分析測(cè)試了放射學(xué)特征和臨床特征之間是否存在相互作用船殉。然而鲫趁，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+臨床模型利虫，表明這些特征之間缺乏多重共線性挨厚。放射性模型的驗(yàn)證結(jié)果表明效果良好堡僻，且當(dāng)將放射學(xué)特征與臨床特征相結(jié)合時(shí)，與放射學(xué)模型相比疫剃，性能顯著提高（圖4,5a）钉疫。與先前的研究一致，作者發(fā)現(xiàn)在HNSCC中巢价，原發(fā)部位是HPV感染的一個(gè)強(qiáng)有力的指標(biāo)牲阁。為了研究放射學(xué)模型是否對(duì)原發(fā)部位信息不可知，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(duì)模型進(jìn)行了測(cè)試蹄溉，測(cè)試結(jié)果表明模型仍然效能良好（圖5b）咨油。
四.結(jié)論
結(jié)果表明您炉，定量圖像特征能夠區(qū)分多種分子表型柒爵。作者識(shí)別了RNA-defined HPV+ (AUC = 0.73)、DNA methylation subtypes MethylMix HPV+(AUC = 0.79)赚爵、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(cè)性能棉胀。作者在 Stanford中對(duì)HPV預(yù)測(cè)模型(AUC = 0.76)進(jìn)行了外部驗(yàn)證。與臨床模型相比冀膝，放射組模型優(yōu)于NOTCH1突變唁奢、DNA甲基化亞型非典型性。研究也表明窝剖，放射組學(xué)可以作為一種非侵入性的工具來識(shí)別與治療相關(guān)的HNSCC亞型麻掸，為患者分層、治療分配和臨床試驗(yàn)的納入提供了可能性赐纱。
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.
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