肝细胞癌生物学行为的相关影像学研究

肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）具有高度侵袭性和复发性，位列全球最常见恶性肿瘤第6位，亦是癌性致死第3大主因。肝癌的预后很差，国际上肝切除术后及肝移植术后5年复发率分别为50%～70%和<35%，5年总生存率分别为35.2%～68.0%和70.0% ，严重威胁人类的生命和健康。HCC在我国尤其高发,是第4常见的恶性肿瘤,位居肿瘤致死病因的第2位。我国肝癌年新发病例和死亡病例均占全球HCC病例的50%以上。影响HCC生物学行为的因素包括肿瘤分化程度（组织学分级）、微血管侵犯（microvascular invasion，MVI）、病理分子亚型及肿瘤免疫微环境等，目前已经有众多研究证实它们与患者的生存时间相关，但这些因素的评估都是术后病理结果，如术前能够通过影像学无创预测HCC的这些病理指标则有助于预测HCC的生物学行为及患者预后，为HCC患者制定个体化治疗方案提供有力支持。

HCC的组织病理学分级与影像学表现的相关性 

1.肝胆细胞特异性对比剂增强检查 

HCC的组织学分级与其生物学行为密切相关。Choi等分析了HCC在钆塞酸二钠增强MRI上的表现，结果显示，HCC可分为6种强化模式，这与肿瘤的分子亚型和组织学特征相关，如动态增强上具有不典型强化模式的HCC，病灶一般较小（52.8%的病灶≤1.0cm），组织学分级较低（分化好的HCC占38.8%）。肝胆细胞期（hepatobiliary phase，HBP）图像上呈等- 高信号的HCC较小（30.6%的病灶≤1.0cm），组织学分级较低（分化好的HCC占20.4%），患者术后肿瘤复发的时间明显延长，HBP图像上的信号强度是术后肿瘤复发的重要预后因素。一项来自韩国的多中心研究结果显示，在HCC高危患者中，钆塞酸二钠增强MRI肝胆细胞期低信号+动脉期无高强化的结节，主要对应进展期HCC（44%）、早期HCC（20%）和高级别的异型增生结节（28%）、低级别的异型增生结节（8%）。以往基于LI -RADS的诊断标准，无动脉期高强化的HBP低信号结节只能诊断为HCC可能，但考虑到不同性质的结节治疗策略不同，进一步细分是有必要的，高AFP水平和MRI的其他一些特征如T1WI低信号、T2WI中等高信号、扩散受限、肿瘤的边界清楚等征象结合起来有助于组织学的分级，特别是有助于进展期HCC与低级别异型增生结节的鉴别。

2.扩散加权成像

扩散加权成像（diffusion -weighted imaging，DWI）目前在肝脏的应用已经非常成熟，可在体反映水分子活动的情况。曾有文献报道DWI可作为HCC组织病理学特征的预测因子。Surov等发表的一篇荟萃分析结果显示，最小ADC值（minimal ADC，ADCmin）可反映HCC组织学分级，另外ADCmin和真实扩散值（true diffusion，D) 还可以预测MVI，因此，这些DWI参数应该被用于每个HCC病灶的治疗前分层。Piskin等研究了HCC患者全肿瘤的容积ADC值与组织病理学分级之间的关系，可以更好地反映肿瘤内部的异质性，结果显示全肿瘤的容积ADC值与HCC的组织病理学分级之间有相关性，当采用阈值来区分分化好的肿瘤与中等/分化差的肿瘤时，第75百分位、第50百分位和平均ADC值具有高敏感度和特异度，HCC的容积ADC值可能是无创性预测HCC组织病理学分级的一个有用参数。

影像学预测MVI

恶性肿瘤本质的特性是转移，HCC也不例外。肝癌作为一种有双重供血特点的富血供肿瘤，极易发生MVI，高达15.0%~57.1%的HCC术后标本会出现MVI，其发生概率为30%~60%，这是导致肝癌手术后复发转移最重要的病理学机制。MVI的出现提示HCC的生物学行为更具侵袭性，是影响肝癌预后的重要因素。因此复旦大学附属中山医院樊嘉院士牵头制定的中国《原发性肝癌诊疗指南》（2022年版）中，清晰描述了MVI在病理上的表现，同时指出MVI是评估肝癌复发风险和选择治疗方案的重要参考依据，应作为组织病理学常规检查的指标。而术前无创性研究HCC的MVI也成为影像学研究领域的热点。

1.基于HCC的MRI表现预测MVI 

Lee等研究表明，MVI的发生率与病灶大小有关，≤2cm病灶的MVI发生率为20.4%，2.1~3.0cm病灶的MVI发生率为30.2%，3.1~4.0cm病灶的MVI发生率为37.9%，而4.1~5.0cm病灶的MVI发生率则高达50.0%。结合以下两种或两种以上的征象，如动脉期瘤周强化、肿瘤边缘不光滑和肝胆细胞期瘤周低信号，可作为术前预测MVI的影像学标志物，其特异度大于90%，这三个影像学征象是HCC-MVI的独立预测因素，并且MVI与单个HCC根治性切除后的早期复发相关。Wang等的研究结果显示，比较高的平均扩散峰度值结合不规则环形强化，可能是一个潜在的预测MVI阳性的生物学标记物。2020年发表的一篇荟萃分析结果表明，有7个形态学征象对预测MVI有价值，包括肿瘤较大（一般都＞5cm）、动脉期肿瘤的环形强化、瘤周异常强化、肝胆细胞期瘤周低信号、肿瘤边界不光整、病灶多发、T1WI低信号。国内学者的增强MRI及肝胆特异性对比增强MRI研究亦证实这些征象有助于在术前预测MVI，从而为治疗决策提供指导。

2.基于MRI的影像组学 

影像组学可将传统的医学影像转化为可挖掘的高通量影像特征，用于定量描述影像中的空间时间异质性，揭示出肉眼无法识别的图像特征，该技术可以提取影像中的大量定量特征并与潜在的生物学行为相联系，这些定量特征可以提供相应的诊断和预后信息。Feng等基于钆塞酸二钠增强MRI，研究了肝胆细胞期HCC病灶以及瘤周组织的影像组学特征，结果显示结合肿瘤和瘤周的影像组学特征，有助于预测MVI。Chong等对HCC患者行钆塞酸二钠增强MRI扫描，通过多序列多区域融合影像组学建模的结果显示，最佳模型为基于肝胆细胞期、DWI、动脉期和门脉期4个序列的VOItumor+10mm+liver（瘤周膨胀10mm区联合随机选择的正常肝区）影像组学模型，该模型联合独立预测因子甲胎蛋白、总胆红素、瘤周强化、无或不完整的肿瘤包膜强化在鉴别MVI分类上，训练组AUC高达0.960，验证集AUC高达0.920；使用基于随机森林的MVI诺莫图代替组织学MVI进行术前预测，在MVI分层和无复发生存期预测方面取得了相当的准确性，是预测单发 HCC（≤5cm）MVI和无复发生存期的潜在生物标志物。Meng等比较了CT与MRI预测HCC -MVI准确度的差异，结果显示，对MVI的预测，CT与MRI的预测效能相当，无论使用影像学特征、影像组学分析或联合应用，影像组学分析对各种大小HCC的MVI预测没有额外价值。对于2cm

3.MR弹性成像 

MR弹性成像（MR elastography，MRE）是一种定量评估组织弹性特征的方法，主要原理是运用外置机械波发生器产生剪切波，使被检测的组织发生质点相位位移，利用运动敏感梯度获得组织内质点的空间位移（位移程度与组织硬度相关），最后通过拟合反演算法得出弹性图，从而测定组织的硬度值，在纤维化和肝硬化的评估方面有重要价值。Zhang等不仅研究了HCC-MVI的常规影像学征象，同时还引入了MRE的定量参数，肿瘤的硬度值和肝脏的硬度值，结果显示基于MRE的硬度值是术前HCC-MVI阳性和高危MVI的独立预测因子。当与临床- 放射学模型联合使用时，MRE可显著提高对MVI分级的预测效能。基于联合模型预测MVI阳性/高危MVI阳性患者的无复发生存期和总生存期分别低于MVI阴性/低危MVI阴性患者。Gao等建立了一个基于动态增强MRI和MRE定量参数预测HCC -MVI阳性的列线图，多因素分析结果显示，肿瘤硬度和动脉期瘤周强化是预测HCC-MVI阳性的独立危险因素，在训练集和验证集中列线图都显示出了较高的效能（C index分别为0.81和0.77），有可能成为术前无创预测MVI的手段，从而有助于临床决策。

预测HCC亚型

1.预测P53基因突变型HCC

HCC不同的分子亚型，其预后也各不相同。其中，TP53是一种肿瘤抑制基因，参与DNA修复，抑制细胞增殖，而TP53突变(p53突变)作为HCC的主要遗传改变和侵袭性亚型，发生在12%～48%的晚期HCC病例中。Kitao等的研究结果显示，与非p53突变型HCC相比，p53突变型HCC具有更高的血清甲胎蛋白水平、更大的肿瘤长径、更低的分化程度和更差的5年总生存率。动态CT增强动脉期的血管扩张和钆塞酸二钠增强MRI肝胆细胞期相对较低的强化率是HCC p53突变的独立预测因素，有机阴离子转运多肽1B3 (organic anion transporting polypeptide 1B3，OATP1B3)受体的表达与p53表达呈明显负相关。Jeon等的研究结果显示，动脉期环形强化HCC患者的p53突变发生率明显高于动脉期非环形强化HCC患者，且与粗梁巨块型HCC密切相关。Wu等通过对CT图像的纹理分析发现，p53突变与直方图无关，但与灰度共生矩阵直接相关，因此提出CT纹理参数中的熵值和相关性有望区分HCC患者是否出现p53突变。

2.预测粗梁团块亚型HCC

粗 梁团块亚型HCC（macr otrabecular -massive subtype HCC，MTM-HCC）是2019年WHO新的肿瘤分类发布之后被人们了解的一种新的HCC亚型，占手术切除HCC的20%，多发生于乙型肝炎病毒感染的HCC患者中，常表现为TP53基因突变、FGF19扩增和CK19表达，表明其具有更高的侵袭性。MTM-HCC通常与微血管或大血管侵犯、卫星结节、血清甲胎蛋白（AFP）水平升高、肿瘤分级、分期高以及治疗后预后不良有关，患者的预后也较差。相关研究结果显示，MTM-HCC病灶多较大，内部成分非常复杂，坏死相对多见，增强动脉期中心坏死较多而强化并不明显，实质性成分有强化，门脉期和延迟期强化廓清，病灶周边可见包膜强化。环形强化在MTM-HCC中较为多见，因此基于LI-RADS的诊断标准较难诊断MTM-HCC。Feng等基于术前CT的研究结果表明，甲胎蛋白、瘤内坏死和瘤内出血是预测MTM-HCC亚型的独立危险因素。Li等的一项多中心研究结果显示，甲胎蛋白超过100ng/mL、动脉期虚拟单能量图像、动脉期电子密度和门静脉期的碘密度图是识别MTM的独立预测因子；纳入该4种预测因子的深度学习影像组学模型对MTM-HCC亚型的预测准确度显著高于临床- 影像学模型，而且在所有数据集中，通过影像组学列线图预测的MTM阳性组无复发生存期比MTM阴性组更短。

3.预测增殖型HCC 

增殖型HCC包括了一些预后较差的分子亚型，如TP53基因突变型，还有富含中性粒细胞型、硬化型HCC等。Kang等研究表明，增殖型HCC是导致总生存率差、肝内和肝外转移的风险增加的独立因素，动脉期环形强化有助于识别增殖型HCC。基于三维、多频MRE的研究结果表明，增殖型HCC往往有低硬度值和高流动性，从生物力学特征角度反映肿瘤的生物学行为，MRE和常规影像学征象结合，有助于提高诊断增殖型HCC的效能以及术前预测增殖型HCC的准确度。

免疫微环境

1.HCC免疫微环境和免疫治疗

HCC的病理生理是一个复杂的多步骤过程，具有异质性的突变和组织学特征，其发展受免疫系统的调节。尽管手术和局部治疗在世界范围内的应用越来越广泛，但据估计约50%~60%的HCC患者最终将接受全身系统治疗，通常以索拉非尼或仑伐替尼作为一线治疗方案。近年来，免疫检查点抑制剂（immune-checkpoint inhibitors，ICIs）在癌症治疗中取得了重大突破，现有近30项免疫疗法(单独或联合)的Ⅲ期试验，涵盖HCC的所有阶段，可能会重塑治疗格局，引起了业内越来越多的关注。

免疫微环境是肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）的重要组成部分，HCC免疫微环境的组成是免疫抑制细胞、免疫效应细胞、细胞因子环境和肿瘤细胞内在信号通路相互作用的结果。目前，二代测序已能够识别HCC中的候选癌症驱动基因，如TP53（28%~36%）、CTNNB1（17%~37%）、AXIN1（4%~14%）、ARID1A（16.8%）和ARID2（5.6%），影响细胞周期调控、Wnt/β -catenin信号通路和表观遗传机制。HCC的病因影响免疫反应并导致独特的微环境特征。HCC的免疫治疗效果与肿瘤免疫微环境密切相关，这对潜在获益人群筛选、指导个体化治疗具有重要意义。2020年，ICI阿替珠单抗（抗程序性死亡配体1）和贝伐单抗（抗血管内皮生长因子）的联合应用改善了与索拉非尼相比的总生存期，获得了美国食品和药物管理局（FDA）对于晚期HCC患者的一线治疗的批准。尽管取得了这些重大进展，但仍需更好地对TME进行分子和细胞特征化，鉴定反应和耐药的生物标志物，这在HCC进展中对改善个性化治疗，设计新的联合疗法，抑制肿瘤发生，恢复对免疫治疗耐药肿瘤的敏感性至关重要。

2.免疫微环境在慢性肝病及HCC发生发展中的作用

目前，免疫微环境在HCC的发生和发展中已经确定了不同的病因依赖性免疫特征。肝脏含有大量免疫细胞，包括中性粒细胞、单核细胞、常驻巨噬细胞（库普弗细胞，Kupffer cell）、自然杀伤细胞、自然杀伤T细胞、肝脏转运和/或常驻淋巴细胞（B、CD8+T、CD4+T和γδT细胞）。肝脏环境对肠道来源的微生物代谢产物具有高度耐受性，以维持体内稳态。这种免疫耐受是由肝脏驻留细胞（肝细胞、内皮细胞、Kupffer细胞和树突状细胞）和外周白细胞之间的连续抗原呈递引起的，而无需共刺激分子，从而使Kupffer细胞衍生的白细胞介素（interleukin，IL） -10诱导的调节性T细胞能够扩增。抗炎细胞因子（IL-10、IL-13和转化生长因子β）和促炎细胞因子（IL-2、IL-7、IL-12、IL-15和干扰素γ）之间存在总体平衡，以维持体内平衡。据报道，炎症性（热）和非炎症性（冷）HCC肿瘤以及基因组标志物与ICIs的反应相关联。慢性肝病会导致炎症信号的上调，并导致与坏死性炎症相关的稳态失衡。在慢性HBV感染期间，循环HBV或HBV衍生抗原的负荷会促进T细胞衰竭和死亡，并与整体免疫力减弱有关。丙型肝炎病毒由于高突变率和通过抵消DNA传感器的病毒因子而避免免疫系统识别。另一方面，慢性饮酒和非酒精性脂肪性肝病的特点是无菌炎症会放大促胰岛素原- 单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞的炎症信号和激活作用。

在过去的10年里，免疫细胞在慢性肝损伤过程中的参与已被深入研究，并显示出在推进疾病进展中的关键作用。此外，越来越多的证据表明肠道通透性、微生物组和微生物代谢产物在慢性肝损伤和HCC中发挥作用。大多数HCC在这种慢性免疫抑制性坏死炎症环境中发展而来，而T细胞共刺激因子的减少与免疫检查点分子的增加相关，导致T细胞效应器功能受损。在HCC中，TME促进癌细胞的生长，并为它们形成一个安全的生态位，以平衡免疫系统的激活，还可表现出中间突变负荷和许多不同的免疫逃避机制。最近基于单细胞RNA测序的研究表明，HCC细胞表现出高度的患者间变异性，而TME表现出反复出现的基因表达特征，在患者之间更为统一。这些结果表明，针对TME的策略，如免疫疗法，可能对HCC患者更有效。