原发性胆汁性胆管炎患者无创肝硬化诊断敏感指标的筛选

杨 雪，徐 斌，刘燕敏，高 文，陈 杰，单 晶，任美欣，刘 丹，边新渠，韩 莹

原发性胆汁性胆管炎(primary biliary cholangitis，PBC)是一种以慢性肝内胆汁淤积为主的免疫性肝病，其病理特点为进行性、非化脓性、破坏性肝内小胆管炎[1]。PBC患者进展至肝硬化失代偿期时，则标志着患者进入终末阶段，预后较差。尽早诊断肝硬化对及时调整治疗方案极为重要。而患者若进入肝硬化期后，肝组织活检风险较高，患者接受程度较差。国内外多个研究表明，单一无创检测手段例如瞬时弹性扫描仪(FibroScan)、B超、CT、血清学标志物对肝硬化程度有一定的诊断及预测价值[2-3]，但是影响因素多，易检测失败或误差较大。现有的肝病无创肝纤维化诊断模型，有的诊断效力低，有的缺乏大规模验证，且多数是针对乙肝、丙肝、酒精性肝病者。因此，临床上需要筛选成本低、准确率高、易于推广并适用于中国PBC患者的肝硬化无创诊断指标。本研究拟以肝穿为金标准，筛选PBC的无创肝硬化诊断敏感指标，并建立无创肝硬化诊断模型，提高PBC的肝硬化早期诊断率，以便尽早调整患者的治疗方案，延缓肝硬化并发症的发生。

1 对象与方法

1.1研究对象 收集2011—2020年在首都医科大学附属北京佑安医院住院确诊为PBC的患者380例。依据《原发性胆汁性肝硬化(又名原发性胆汁性胆管炎)诊断和治疗共识(2015)》[4]，符合以下3项中2项者即可诊断为PBC：(1)血清碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)升高；(2)血清抗线粒体抗体(antimitochondrial antibody,AMA)和(或)M2亚型阳性；(3)组织学表现为非化脓性破坏性胆管炎，主要为小叶间胆管的破坏。排除标准：(1)自身免疫性肝炎(autoimmune hepatitis,AIH)；(2)PBC-AIH重叠综合征；(3)病毒性肝炎；(4)药物性肝损害；(5)遗传代谢性肝病；(6)酒精性肝病；(7)非酒精性脂肪性肝病等其他急、慢性肝病。其中65%患者接受了肝脏活检。本课题组所有患者的数据均存储于前期建立的肝病研究数据库中，数据完整、准确，在保证研究质量的同时，大大提高了研究效率。

1.2肝脏硬度检测 采用瞬时弹性扫描仪进行肝脏硬度检测，仪器型号为FibroScan502，购自法国Echosens公司。患者取仰卧位，右臂上抬置头部以充分暴露肋间隙，检测区域为右侧腋前线至腋中线第7、8、9肋间隙，连续检测，要求成功检测10次，且成功率在60%以上，取中位数值作为瞬时弹性扫描仪的最终测定值(单位是kPa)；检测偏差值低于中位值的30%，无法取得检测值者为检测失败。

1.3电子胃镜检查 OlympusXQ260电子胃镜(购自日本Olympus公司)由熟练专科医生操作，根据中华医学会肝病学会、消化病学分会和内镜学分会共同制定的2016年《肝硬化门静脉高压食管胃静脉曲张出血的防治指南》[5]，协助判断患者是否合并肝硬化。

1.4彩色多普勒超声检查 使用ToshibaPW6000(购自日本东芝公司)、GELOGGIQ9彩色超声诊断仪(购自美国GE公司)，探头频率为3.5 MHz，型号为M12L，记录肝脏形态、大小、脾脏厚度、肋下长度等指标。

1.5肝活检病理检查 部分患者无肝穿禁忌证的，行肝活检，由2名有经验的病理医师进行阅片。

1.6肝脏生物化学及血常规测定 丙氨酸转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)、天冬氨酸氨基转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)、谷氨酰转肽酶(glutamyl transpeptidase,GGT)、总胆红素(total bilirubin,TBil)、白蛋白(albumin,ALB)、胆碱酯酶(cholinesterase,CHE)、胆固醇(cholesterol,CHO)测定采用全自动生物化学分析仪(AU5400，购自日本奥林巴斯公司)测定。白细胞(white blood cell,WBC)、血红蛋白及血小板(platelet,PLT)计数、红细胞比容(hematocrit,HCT)采用血细胞分析仪Sysmex-xe2100(购自日本Sysmex公司)测定，质量控制由国家卫生健康委员会临床检验中心负责。

1.7研究方法 将380例患者随机按8∶2比例分为模型组和验证组。收集模型组患者的血清学指标、影像学检查、病理及胃镜结果，筛选出敏感指标，建立无创诊断模型，在人工智能学习中应用回归分类方法，筛选出影响效力最高的9个指标建立模型，应用随机森林法建立无创诊断模型，然后使用验证组患者验证其诊断效果。

2 结果

2.1肝硬化组和非肝硬化组一般情况比较 根据肝组织活检，结合临床实验室和影像学结果，将所有患者分为肝硬化组和非肝硬化组。肝硬化组166例，其中男37例，女129例，年龄(61.53±12.81)岁。非肝硬化组214例，其中男30例，女184例，年龄(53.60±11.34)岁。与非肝硬化组比较，肝硬化组的肝脏硬度、TBil明显升高，而ALT、AST、ALB、CHO、PLT明显降低，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 肝硬化组与非肝硬化组一般情况比较

2.2PBC患者肝硬化的非侵入性诊断效果 系统筛选出HCT、红细胞计数、肝脏硬度、CHE、尿酸、天冬氨酸氨基转氨酶-丙氨酸转氨酶比值(AST/ALT，AAR)、CHO、PLT、凝血酶原活动度9个对PBC影响效力最高的指标，采用随机森林方法建立模型，ROC曲线下面积为95.7%，然后使用验证组患者验证其诊断效果，ROC曲线下面积为89.6%。见图1，2。9个指标中HCT影响权重最高。HCT诊断PBC的灵敏度为31.6%，特异度为90.7%，阳性似然比为79.8%，阴性似然比为53.3%，诊断准确度为58.9%，比值比为4.50。HCT、天冬氨酸氨基转氨酶/血小板指数(AST/platelet ratio index,APRI)及AAR的ROC曲线下面积分别为0.759、0.687、0.621。

2.3肝硬化组与非肝硬化组HCT比较 肝硬化组HCT[(29.8±7.1)%]较非肝硬化组的(35.4±6.6)%明显降低，差异有统计学意义(t=7.936，P<0.001)。见图3。

图1 影响肝硬化发生的9个主要指标

图2 无创肝硬化诊断模型的ROC曲线图

图3 肝硬化组与非肝硬化组HCT比较图

3 讨论

3.1目前，人工智能广泛应用于医学各个领域[6]。人工智能在肝纤维化无创诊断领域也有一些研究。国内FibroScan在PBC方面研究相对较少，国外已有一些学者进行了相关研究[7]。国外研究认为FibroScan评估PBC患者肝纤维化的准确性优于其他无创方法[8-9]。目前国内相关研究及报道较少，且不同项目组的诊断界值不同。由于病理损伤部位及病理基础不同，导致肝脏硬度评估等无创诊断指标对原发性胆汁性肝硬化的诊断界值不同于其他原因引起的肝硬化。因此，临床上需要准确率高、易于推广并适用于PBC患者的肝硬化无创诊断指标。

3.2本研究中，通过比较肝硬化组和非肝硬化组一般情况，发现肝硬化患者的TBil高于非肝硬化患者，ALT、AST、ALB、CHO及PLT水平明显低于非肝硬化患者，这与肝硬化时肝细胞严重坏死、肝细胞功能受损、脾功能亢进有关，符合肝硬化患者生化指标的表现规律[10-12]。肝硬化组的肝脏硬度明显高于非肝硬化组，但不是肝硬化无创诊断效能最高的指标。

3.3本研究采用随机森林方法建立了PBC无创肝硬化诊断模型，ROC曲线下面积为89.6%，高于其他无创肝硬化诊断模型[13-14]。通过随机森林学习方法筛选出新的影响因子——HCT，发现肝硬化组患者HCT较非肝硬化组明显降低，且在肝硬化诊断中影响权重最高。关于纤维化严重程度与HCT之间关系的研究很少。有西班牙学者采用HUGE模型筛查临床指标稳定的肝硬化患者中慢性肾病的发病率，该模型包括患者的HCT、血浆尿素水平和性别三方面[15]。另有研究表明HCT与非酒精性脂肪性肝炎患者的纤维化相关[16]。韩国一项研究显示，非酒精性脂肪性肝炎病理上分为成人型、儿童型。儿童型的纤维化趋势相对重，这可能是因为儿童的甘油三酯、HCT和ALB水平明显低于成人[17]。

3.4目前，肝纤维化患者HCT较低的机制还不清楚。贫血(低血红蛋白血症)会增加死亡风险，而肝硬化患者晚期常出现溶血性贫血[18]。因为门脉高压症会导致脾功能亢进，随后出现红细胞沉降、红细胞畸变和溶血性贫血。另外，肝硬化患者经常出现重复性肝功能低下和继发性营养不良，导致贫血发生[19]。贫血可能会表现为HCT降低。HCT与肝硬化程度呈负相关，可能与上述因素有关。

总之，本研究发现HCT是PBC患者无创肝硬化诊断模型中重要的指标之一。但是HCT不是传统熟知的肝纤维化诊断评估指标，本研究通过机器学习中的随机森林方法筛选出该影响因子，且在本课题组其他肝纤维化研究中得到验证。含有HCT的无创诊断模型极易获得，检测难度低，易于普及到贫困地区及基层医院，可从血液学全血细胞计数中获得，是临床实验室肝硬化患者的常规检测指标。基于随机森林方法建立了肝硬化无创诊断模型，模型的诊断精度高于PBC的其他肝硬化无创诊断模型，外推性好，可能使部分患者避免肝活检。未来，我们将进行多中心研究来探讨该发现是否具有普遍性。