影像基因组学在肺癌立体定向消融放疗中应用初步研究

Sereotactic ablative radiation therapy (SART) had been widely used in clinical with highly effective for a variety of tumors. However, on the one hand, the biological principles underlying the impressive clinical effects and optimum dose-fraction scheme of SART were still unclear. On the other hand, early evaluation of treatment response on an ongoing basis for SART had been not settled. Radiogenomics established relationships between tumor imaging features and genomics, representing the evolution from the anatomical-histological level to the genetic level and reflecting correlation of radiology, pathology and molecular biology. It was a new approach of deeper understanding of tumor biology and capturing the intrinsic heterogeneity based on extracting and computing quantitative imaging features and genotypic characteristics. CT, PET-CT examination and detection of gene mutations are performed before and after SART for tumor nude mice model with xenografts of human lung adenocarcinoma cell. The correlation and variation of before and after SART for imaging features and genotypic characteristics are analyzed by radiogenomics technique in the study. Radiogenomics is firstly applied to SART study as the emerging interdisciplinary in recent years. In this study, we mine the quantitative characteristics based on imaging and genotype, determine the correlation of imaging features and genotypic characteristics by radiogenomics with the of combined advantage of radiomics and genomic. The purpose of this project is to elucidate biological mechanisms, establish prognostic classification model, apply to SART clinical practice and guide the oncological medical decision-making and precision treatment.

立体定向消融放疗(SART)在临床中应用广泛，在多种肿瘤治疗中疗效显著。然而，目前一方面SART生物学机制尚不明确，没有明确最佳剂量分割方案；另一方面是治疗后早期疗效判断尚无明确方法。影像基因组学建立肿瘤影像特征与基因表型的相关性，代表着从解剖-组织学水平到基因水平的演变，反应影像学与病理及分子生物学间的关系，是通过定量计算影像特征及基因特征反映肿瘤生物学的新途径。本课题拟采用影像基因组学方法，在SART前、后对肺腺癌荷瘤鼠动物模型分别进行CT、PET-CT检查及基因检测，分析基因和影像特征的相关性及治疗前、后基因和影像特征变化。通过近年来新兴发展的影像基因组学这一交叉学科，首次将其应用于SART研究中，利用影像与基因组学联合的优势，挖掘出更多基于影像和基因的量化特征，确定影像特征与基因特征的相关性，最终明确生物学机制并建立预后分型模型应用于SART临床实践，指导肿瘤医疗决策和精准治疗。

立体定向消融放疗(SART)在临床中应用广泛，在多种肿瘤治疗中疗效显著。影像基因组学建立肿瘤影像特征与基因表型的相关性，代表着从解剖-组织学水平到基因水平的演变，反应影像学与病理及分子生物学间的关系。在SART前、后对肺腺癌荷瘤鼠动物模型分别进行CT、PET-CT检查及基因检测，分析基因和影像特征的相关性及治疗前、后基因和影像特征变化。研究分组为：模型组（0Gy）；2Gy组：常规放疗组（CFRT， 2Gy×18F）；8Gy组：立体定向消融放疗组（SABR， 8Gy×3F）；16.4Gy组：立体定向消融放疗组（SABR，16.4Gy×1F）三个放疗组具有相同生物等效剂量，放疗剂量约为36Gy。结果：1.放疗前后PET-CT图像对比：（1）与第一次PET-CT相比，第二次PET-CT小鼠肿瘤均有不同程度的增大，瘤体代谢水平升高；（2）放疗后PET-CT显示：小鼠瘤体与模型组相比显著减小，代谢能力明显下降，肿瘤增长速率显著受到控制；SABR局部控瘤效果优于CFRT，8Gy组治疗效果略优于16.4Gy组，差异不明显。2.病理染色结果显示：（1）HE染色：放疗后的肺肿瘤细胞形态各样，不规整排列，与模型组相比坏死组织增多；SABR肺肿瘤组织坏死区域更明显，尤其是16.4Gy组，大部分肿瘤细胞均显示坏死。（2）Masson染色：放疗破坏肺肿瘤组织细胞结构，使肿瘤实质细胞减少，与模型组相比纤维结缔组织增多，纤维化水平显著增高，且SABR较CFRT纤维化更明显。3. 基因组学和转录组学测序分析结果显示SLC1A2基因、LRG5基因、GM2004基因、ARHGAP20基因、MOGAT1基因转录水平显著降低。其中LRG5基因是维持肿瘤干细胞特性的一个关键基因，促进肿瘤干细胞的增殖和疾病进展。4. SART与常规放疗（低剂量放疗）相比较，低剂量放疗通过阻断BDNF-TrkB-PI3K/Akt信号通路诱导细胞凋亡，进而控制非小细胞肺癌进展。5.不同剂量比较研究中，发现8Gy组在肺癌放疗联合免疫治疗中效果最为明显，根据此结论系列肺癌放疗联合免疫治疗研究。相关研究结论显示m6A（RNA甲基化）影响肺癌及肺癌放疗疗效。基于研究结果申报内蒙古自然科学基金、内蒙古教育厅青年英才基金、内蒙古医科大学重点项目、内蒙古自治区科技计划项目等。