结合人工智能分析的数字病理学为NASH中治疗诱导的纤维化消退提供了更深入的研究
DeepLearning 深度学习辣汤小组 7月28日
2022年，来自瑞士巴塞尔诺华制药公司的Nikolai V. Naoumov等人可以通过数字显微镜和人工智能分析对NASH特征进行标准化评价，尤其在肝纤维化和胶原纤维化的连续定量方面表现出色，并在Journal of Hepatology（IF：30.083）期刊上发表题为“Digital pathology with artificial intelligence analyses provides greater insights into treatment-induced fibrosis regression in NASH”的文章（DOI：10.1016/j.jhep.2022.06.018）。
非酒精性脂肪肝(NAFLD)是目前最常见的慢性肝病，它影响着全世界约25%的成年人。它由代谢紊乱引起，导致不同数量的脂肪在肝细胞中积累，而一部分患者也进一步发展为非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，且伴有肝损伤、炎症，还有不同程度的肝纤维化。在NASH患者中，肝纤维化程度是预测临床预后的主要特征。纤维化沉积是动态的，由纤维生成和纤维溶解引起，甚至在肝脏结构重塑和疾病进展为肝硬化过程中也会出现。因此了解胶原蛋白积累和纤维化退化的驱动因素和机制，对于改善NASH患者的治疗和预后至关重要。本研究使用二次谐波产生/双光子激发荧光（second harmonic generation/two-photon excitation fluorescence，下文用SHG/TPEF代替，名解1）显微镜结合AI分析肝脏切片（图1），研究表明，这种新方法在治疗诱导的肝纤维化改变逆转方面比目前使用有序评估NASH患者肝纤维化的系统具有更大的灵敏度和粒度（指显微法下颗粒的大小）。
本文实验数据来自FLIGHT-FXR（一项期随机的、双盲的、有安慰剂对照、剂量探索的研究，采用自适应设计，由3个顺序部分[A、B和C]组成）临床试验。团队人员对99名NASH (F2[纤维化]或F3[肝硬化]期)患者的198例肝活检(BL和EOT：baseline基线，end-of-treatment治疗结束，名解2)的未染色切片进行检查，这些患者(F2纤维化期[n=42]或F3 [n=57])接受安慰剂(n=34)、TXR（tropifexor，托吡非索，名解2） 140µg (n=37)或TXR 200µg (n=28) 治疗48周后采用SHG/TPEF显微镜和计算机辅助分析进行检测。（图2）。
肝脏切片经脱蜡处理，使用SHG/TPEF显微镜，可以从二维和三维角度识别单个胶原纤维和纤维化定位，定量肝纤维化，肝脂肪变性和肝气球样变，并精确量化物理特征，如未染色的组织切片中的数量、长度、宽度和交叉连接。组织扫描在全自动、无染色的多光子荧光成像显微镜上进行，并使用基于AI的算法进行分析，样品在780nm处激光激发，390nm处记录SHG信号，550nm处记录TPEF信号，图像通过放大20倍获得，分辨率为512×512像素，每个图像块的维度为200×200µm，多个相邻的图像块被捕获，以包含每个幻灯片中的整个组织区域。
数字分析显示，与传统显微镜不同，治疗相关的整体肝纤维化减少，并纤维化为F2或F3的患者的肝周纤维化显著消退（图3，4）。同时对纤维化和脂肪变性进行的区域定量显示，脂肪变性减少程度越高的患者，其窦旁纤维化的减少程度也越高。几乎只在F3患者中观察到间隔形态的退行性改变和间隔参数的降低（图5），传统评分方式判定为“不变”。肝脂肪减少后纤维化消退最初发生在脂肪减少的周围区域。
在目前的研究中，数字病理学与SHG/TPEF 衍生的结果揭示了2个新的方面：首先，它提供了对治疗诱导的纤维化的脂肪减少导致窦周纤维化显著减少和肝细胞中的脂毒性驱动因子；其次，它通过揭示TXR的抗纤维化作用展示AI数字病理学的优势，这是NASH临床研究网络（CRN，Clinical Research Network）评分系统和常规显微镜无法捕捉到的。
1.SHG/TPEF：second harmonic generation/two-photon excitation fluorescence，二次谐波产生/双光子激发荧光；
2. BL, EOT, TXR：baseline基线，end-of-treatment治疗结束，tropifexor托吡非索；
3.CRN：Clinical Research Network，临床研究网络。
图1 肝活检中纤维化的评估方法（左图：常规显微镜检查；右图：SHG显微术）
图2 基线F3期患者接受TXR治疗后的肝纤维化变化（左图：NASH CRN；右图：SHG/TPEF显微镜监察法）
根据纤维化动力学将患者分为三组:Progressive,No-change,or Regressive，脂肪变性，活性，纤维化。
图3 肝纤维化的数字评估表明患者的纤维化减少接收TXR
图4 肝细胞气球样变的数字定量和气球样变的共定位分析
图5 隔垫参数的单个变化(BL到EOT)的瀑布图
Pepper soup transformed by:Zheng Yang
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