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研究背景脑膜癌病（leptomeningeal metastasis,LM）是恶性上皮源肿瘤（癌症）的软脑膜转移,多由软脊膜或软脑膜内转移性肿瘤细胞浸润扩散所致。LM是实体肿瘤的晚期严重并发症之一,临床症状多样,早期诊断有一定难度,治疗手段有限,死亡率高。肺癌是最易合并脑膜转移的实体肿瘤之一,非小细胞肺癌（non-small patients cell lung cancer,NSCLC）晚期合并LM的概率为3-4%,伴有表皮生长因子受体突变（epidermal growth factor receptor mutation,EGFR）的NSCLC患者更易发生脑膜转移,这一比例可达9-16%。NSCLC患者发生脑膜转移后,颅内病变EGFR基因突变状态对诊治方案的选择非常重要,脑脊液流通于中枢神经系统,对颅内肿瘤的循环游离DNA（circulating cell-free DNA,cfDNA）具有富集作用,与血液CfDNA相比,脑脊液CfDNA可更好的反映颅内病变的EGFR基因突变状态。NSCLC脑膜转移的治疗方法有限,EGFR-酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitions,TKIs）是治疗EGFR突变型肺癌的重要手段之一,但是1代/2代EGFR-TKIs难以透过血脑屏障,临床疗效不足。奥希替尼是一种不可逆的第三代EGFR-TKIs,对EGFR突变和T790M耐药基因突变患者均有较好的疗效,可能对NSCLC脑膜转移的患者有更好的疗效。同样由于血脑屏障的存在,全身化疗及靶向药物疗效受限,鞘内注射化疗可使药物绕过血脑屏障的限制而直接进入蛛网膜下腔,鞘内给予抗肿瘤药物是治疗LM的一种可靠方法。培美曲塞是一种多靶点抗叶酸制剂,通过破坏细胞内叶酸依赖性的正常代谢过程,抑制细胞复制,从而抑制肿瘤生长,是一线NSCLC化疗药物,鞘内注射培美曲塞是克服其脑脊液渗透性差的一种方法,可能较传统的鞘内注射药物甲氨蝶呤带来更大的生存获益。目前国内缺乏大样本的NSCLC脑膜转移的临床及预后的系统性研究,本研究第一部分拟总结单中心LM患者的临床表现、影像学特征、脑脊液特点及预后,对比肺癌与其他来源肿瘤总生存时间的差异;第二部分,探讨脑脊液CfDNA的检测对NSCLC脑膜转移的早期诊断价值,对比3代EGFR-TKI（奥希替尼）与1代/2代EGFR-TKIs治疗NSCLC脑膜转移疗效,并分析其预后的影响因素;第三部分对比了鞘内注射培美曲塞与甲氨蝶呤的疗效差异及其安全性;目前没有研究采用随机森林机器学习法来预测肺腺癌脑膜转移的生存率,第四部分行肺腺癌预后模型的研究,并尝试将TKI治疗引入molGPA模型。研究目的1、分析单中心LM的临床表现、影像学特征、脑脊液特点和预后,对比肺癌与其他来源肿瘤总生存时间的差异;2、探讨脑脊液CfDNA对NSCLC脑膜转移的早期诊断价值,评估奥希替尼治疗NSCLC脑膜转移患者的疗效并分析其影响因素;3、对比鞘内注射培美曲塞、甲氨蝶呤治疗NSCLC脑膜转移的疗效、安全性和预后;4、采用随机森林的方法探讨肺腺癌脑膜转移预后相关指标,更新分级预后评估模型（molGPA）,并评估新模型的预测效能。研究方法1、回顾性分析2014年01月01日至2020年12月31日于郑州大学人民医院就诊的经神经病理实验室脑脊液细胞学证实的LM患者的临床表现、影像学特征、脑脊液参数、治疗方案,并进行随访观察,总生存期（overall survival,OS）定义为自LM发病至死亡的时间,采用Cox比例风险回归分析预后的相关因素。2、收集2014年01月01日-2020年12月31日期间EGFR突变型NSCLC脑膜转移患者,对比3代EGFR-TKI（奥希替尼）与1代/2代EGFR-TKIs治疗的中位OS及无进展生存期（progression free survival,PFS）。采用数字微滴PCR（ddPCR）方法检测血液及配对脑脊液CfDNA EGFR突变状态,探讨脑脊液CfDNA EGFR耐药基因突变状态对奥希替尼疗效的影响。3、按照培美曲塞鞘内注射的开放标签的II期临床研究（ChiCTR1800016615）方案,将纳入NSCLC脑膜转移的患者随机分为培美曲塞组及甲氨蝶呤组,按照诱导期、巩固期和维持期的标准方案进行鞘内注射,观察两组的临床疗效、不良反应,并初步探讨其预后影响因素。4、收集2010年4月至2021年3月经神经病理实验室及病理科细胞室诊断的肺腺癌脑膜转移患者的数据,排除临床资料不全及失访的患者,将纳入的162例患者随机分为训练集及验证集,采用Cox比例风险回归分析,选择有统计学意义的预后相关因素,选用随机生存森林方法对Cox模型的结果进行验证,构建2021 molGPA预测模型,进一步对molGPA模型的3个分组进行生存分析,最后将2021 molGPA模型的与既往研究预测模型的一致性C指数进行对比,验证其预测效能。研究结果1、单中心共纳入LM患者141例,中位年龄59岁（28～78岁）。肿瘤病理分型最常见为肺癌99例（70.2%）,其次为胃癌20例（14.2%）,乳腺癌8例（5.7%）。中位Karnofsky功能状态（KPS）评分50分。原发肿瘤至LM诊断中位时间6个月（0～120个月）。108例（76.6%）患者影像学呈阳性改变。130例（92.2%）患者完成了腰穿检查,首次脑脊液细胞学发现了肿瘤或异形细胞122例（93.8%）,72例患者（67.3%）可见激活单核细胞。随访至2021年06月30日,LM中位OS 2.08（95%CI:1.29-2.87）个月,1年生存率14.5%;KPS评分低危组中位OS6.00（95%CI:3.92-8.08）个月,较中危组及高危组有更长的生存期（p=0.000）;肺癌来源LM中位OS 3.00（95%CI:1.37-4.63）个月,总生存期优于其他肿瘤组（p=0.000）;应用TKIs药物治疗组中位OS 6.92（95%CI:4.54-9.30）个月,优于无TKIs药物治疗组（p=0.000）;全脑放疗18例,中位OS 7.00（95%CI:4.60-9.40）个月,与无放疗组相比有统计学差异（p=0.010）。Cox比例风险回归模型单因素分析结果显示,肺癌、KPS评分低危组、应用TKIs药物、全脑放疗是预后的良好因素（p＜0.005）,多因素回归分析示KPS评分、TKIs药物治疗、全脑放疗可能是影响LM患者预后的独立危险因素。2、第二部分共纳入78例NSCLC脑膜转移的患者,中位年龄为61（28-78）岁,中位OS为6（95%CI:2.36-9.14）个月。对23例NSCLC脑膜转移患者配对血液和脑脊液CfDNA进行二次EGFR基因检测,血液和脑脊液中EGFR突变检出率分别为56.5%（13/23）和60.9%（14/23）,差异无统计学意义（p=0.765）。血浆和脑脊液T790M的阳性率均为30.4%（7/23）。接受奥希替尼治疗44例,中位OS 13.15（95%CI:5.74-20.57）个月,第1代或2代EGFR-TKIs治疗组中位OS 3.00（95%CI:1.32-4.68）,两组相比有统计学差异（p＜0.05）。奥希替尼治疗组PFS为9.50（95%CI:6.77-12.23）个月,第1代或2代EGFR-TKIs治疗组PFS 1.50（95%CI:0.00-3.14）个月,两组相比有统计学差异。在奥希替尼治疗组中,合并T790M突变28例,中位OS 15.92（95%CI:7.70-24.14）个月,无T790M突变16例,中位OS 9.00（95%CI:5.50-12.50）个月,两组相比无统计学差异（p=0.564）。奥希替尼治疗组中,脑脊液cfDNA EGFR基因T790M阳性7例,T790M阴性16例,两组之间生存分析无统计学差异。3、第三部分鞘内注射治疗NSCLC脑膜转移研究中,共纳入29例研究对象,其中甲氨蝶呤组17例,培美曲塞组12例。甲氨蝶呤组完成≥8次鞘注治疗7例,目前继续维持期治疗3例。培美曲塞组完成≥8次鞘注治疗6例,目前继续维持期治疗4例。培美曲塞组共鞘内注射78次,中位OS 10.0（95%CI:3.75-16.31）个月,中位PFS 4.0（0.00-12.53）个月,临床总体评估有效率达66.7%（8/12）。甲氨蝶呤组共计鞘内注射128次,中位OS 5.70（1.67-9.73）个月,中位PFS 3.0（0.476-5.52）个月,临床总体评估有效率为58.8%（10/17）。两组之间疗效及生存分析未见统计学差异。培美曲塞组总不良反应发生率为75.0%,其中1-2级不良反应6例（50.0%）,3级不良反应1例,4级骨髓抑制2例,MTX组总不良反应发生率58.8%,其中1-2级不良反应6例（35.3%）,3级不良反应4例（23.5%）。COX回归分析示KPS评分、鞘注次数为鞘内注射化疗预后的影响因素。4、第四部分肺腺癌脑膜转移的预测模型研究,将纳入的162例患者随机分为训练集（80%,n=130）和验证集（20%,n=32）。Cox回归和随机森林模型均筛选出了四个有统计学意义的变量,包括KPS评分、LANO神经系统评估得分、TKIs不同分代和原发肿瘤是否有效控制。利用上述四个预后相关因素,我们新建了一种靶向治疗相关2021 molGPA模型,对所有患者进行模型赋值,分为低危组（molGPA≥1.5分）、中危组（molGPA 0.5～1分）、高危组（molGPA 0分）三组,三组患者的中位OS分别为1.01个月（95%CI[0.09、3.58]）、1.45个月（95%CI[0.24、12.09]）和8.02个月（95%CI[0.98、38.13]）,差异有统计学意义。该预测模型在训练集（占比80%）一致性C指数为0.710（95%CI[0.685,0.729]）,在验证集（占比20%）为0.714（95%CI[0.629,0.800]）。对比既往研究的lung-molGPA模型（2017）和LMmolGPA（2019）模型,该靶向治疗相关molGPA模型C指数约提高7.0%和5.5%。研究结论1、本单中心LM中位总生存期2.08个月,1年生存率14.5%,肺癌最为多见,KPS评分≥60分、TKIs药物治疗、全脑放疗是利于患者预后的因素。2、血液及脑脊液CfDNA EGFR基因突变检测,可能有助于动态监测TKIs药物耐药基因突变情况,对治疗方案起一定的指导作用。第3代TKI（奥希替尼）对EGFR突变型NSCLC脑膜转移有显著的疗效,中位OS及PFS均优于第1代/2代TKIs。3、鞘内培美曲塞治疗NSCLC脑膜转移可获得66.7%的有效率,总不良反应率75.0%,其中50.0%为1-2级不良反应,2例4级骨髓抑制,与MTX组相比疗效及生存分析未见统计学差异。鞘注次数≥8次是两组鞘内化疗预后的良好因素。4、最后本研究建立了一种新的TKIs治疗相关2021molGPA模型,首次引入TKI therapy line,结合原发肿瘤是否有效控制、KPS评分和LANO神经系统评估来预测肺腺癌的LM。2021molGPA模型是对以往研究的molGPA模型实质性更新,并具有更好的预测性能。