基于上皮细胞表型转化机制和多模态影像组学的肾纤维化疗效预测研究

Chronic kidney disease is the third leading cause of death after tumor and heart disease. Chronic kidney disease often requires long-term repeated treatment and timely assessment of efficacy to adjust the treatment program. Previous studies have shown that renal epithelial cell phenotype transformation is an important mechanism in renal fibrosis, which can cause glucose reabsorption and local structural disorders. Radiomics can extract multidimensional imaging and clinical features, and analyze the characteristics of the lesions and evaluate the prognosis.Our previous studies indicate that magnetic resonance chemical exchange saturation transfer (CEST) can detect the concentration of tissue glucose. The multimodal function MR can find the change of local tissue structure. Histogram and texture analysis can show the imaging features of tissue better. Based on cell phenotype transformation mechanism,we conceive that whether we can extract factional MR imaging features and construct the therapeutic effect prediction model of renal fibrosis via radiomics technique? In this project, comparing with E-cadherin and TGF-β, PET, biochemistry, tissue and ultrastructural pathology results, CEST and non-contrast agent multimodal functional MR were used to evaluate the therapeutic effect of renal fibrosis animal model from the mechanism level. We will extract factional MR features and clinical features and construct the therapeutic effect prediction model of renal fibrosis via radiomics technique. This research may be able to explore new ideas and methods for the evaluation of renal fibrosis therapy.

慢性肾病是仅次于肿瘤和心脏病的第三位致死因素，常需要长期反复治疗，并及时评估疗效以调整治疗方案。目前缺乏无创性的疗效评估和预后判断方法。文献表明上皮细胞表型转化是肾纤维化的重要机制，它会导致上皮细胞对葡萄糖重吸收障碍和局部细胞结构排列异常。影像组学能提取多维影像和临床特征，综合分析病变特点并进行预后判断。课题组前期研究表明MR化学交换饱和位移（CEST）技术能反映组织葡萄糖状况；多模态功能MR能检测局部结构改变；组方图纹理分析能更好地展现影像学特征。申请者设想从上皮细胞表型转化机制入手，利用影像组学提取MR特征，并评估和预测肾纤维化治疗疗效。本项目拟采用CEST和多模态功能成像从机制层面对肾纤维化动物模型开展疗效评估，并与E钙粘蛋白及TGF-β、PET、生化、组织及超微病理对照，运用影像组学提取影像和临床特征进行大数据分析，构建疗效预测模型，这可能能为肾纤维化疗效评估探索新的思路和方法。

全世界超过7亿人患有肾脏疾病，慢性肾病是仅次于肿瘤和心脏病的第三位致死因素。肾纤维化病因及机制复杂，常需要长期反复治疗，并及时评估疗效以调整治疗方案。肾纤维化患者分层管理、精准治疗和预后判断是临床上的难点和重点问题。探索活体MRI非侵入性量化纤维化，进行早期疗效评估和预后分析，这对肾脏亚组患者的管理和预后产生重大影响。本研究的主要内容包括：1、CEST、BLOD、DWI、SLEEK等多参数MR非侵入性纤维化量化评估。2、多模多参影像的纹理组学研究，探索其在诊断及预后中的价值。3、影像组学联合分子标记、临床特征及病理等开展综合评估，进行大数据分析构建疗效预测模型。研究结果发现：1、MR纤维化评估方面：DKI中纤维化髓质FA与SUVmax呈正相关，皮层MD与BUN和α-SMA均呈负相关。CEST发现髓质MTRasym与SUVmax负相关，与α-SMA强负相关。SLEEK能区分肾皮髓质并评价肾功能，能一站式评估高血压患者的肾纤维化和肾动脉狭窄程度。BOLD和IVIM评估中，皮髓质T2*、ADC、Dt与eGFR、Scr、胱抑素C相关，皮质T2*和eGFR的相关系数最高。CortexDt和髓质T2*分别是区分正常、轻度和中重度纤维化最佳参数。2、多模多参影像的纹理组学研究：SLEEK纹理分析能区分轻度和中重度肾功能损害。在慢性单侧梗阻性尿路结石中，CT纹理组学对肾脏功能的评估和核素肾造影具有较高的一致性，可能在临床上代替核素肾造影。纹理组学还可预测结石术后无石率，术后败血症的发生率。多模影像组学对肿瘤、炎症等多种疾病诊断和预后具有重要意义。3、影像组学联合分子标记、临床特征等构建疗效预测模型方面：已构建L-EGCG-Mn等锰离子相关pH依赖性纳米颗粒，能显示纤维化等组织乏氧状态。构建临床疗效预测模型发现，在高血压肾纤维化患者中，隐血可能也是一个不良预后因素。