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胶质瘤分子病理学进展及其在精准治疗中的应用
更新时间:2020/12/23   浏览量:812
  精准医学根据患者基因组或其他分子水平的改变,准确靶向疾病的分子病因进行治疗,具有更强的个性化特点。这一新的治疗方法需要根据患者具体情况选择正确的药物,在准确的时间应用准确的剂量。

目前医学界公认最可信赖、重复性最强、准确性最高的诊断手段,就是病理诊断。作为肿瘤诊断的“金标准”,病理诊断不仅能判定肿瘤的良恶性质、分类和分级,提供疾病最终诊断,还能指导临床医生进行预后评估和药物选择,为患者精准治疗提供重要依据,精准的病理诊断加上精准的治疗构成了精准医疗的核心。胶质瘤是最常见的中枢神经系统原发性肿瘤,其中一半以上为恶性度最高的胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM,包括迅速直接发生的原发性GBM和由弥漫性星形细胞瘤(WHOII级)或间变性星形细胞瘤(WHOIII级)发展而来的继发性GBM。

有充分的证据表明,组织学的特征相同或相似的胶质瘤可以具有不同的分子遗传学背景,WHO分级相同的个体间预后有着较大的差异。近年来,胶质瘤分子病理学研究取得了重大进展,目前已发现一系列有助于胶质瘤临床诊断和预后判断的分子标志物。因此,胶质瘤的病理学评估将不再局限于为临床医生提供关于肿瘤的组织学类型和良恶性级别的信息,还需要越来越多地以组织学为基础,与临床诊治相关的分子标志物的检测,包括基因缺失、扩增、易位、突变,以及特定基因转录或蛋白表达水平的变化。

一、胶质瘤的分子标志物

1.IDH突变:异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)是三羧酸循环中的一种关键性限速酶,催化异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸及CO2,为细胞新陈代谢提供能量和生物合成的前体物质。IDH基因家族有三种异构酶(IDH1,IDH2和IDH3)。IDH1和IDH2的突变在原发性GBM中发生率很低(5.0%),但是在继发性GBM(84.6%)和WHOII级、III级[胶质瘤星形细胞瘤(83.3%)、少突胶质细胞瘤(80.4%)、少突-星形细胞瘤(100%)、间变性星形细胞瘤(69.2%)、间变性少突-星形细胞瘤(86.1%)]中发生率很高。

IDH1/IDH2突变发生在胶质瘤形成的早期,随后根据星形细胞或少突胶质细胞的谱系分化不同可以分别伴随TP53基因突变或1p/19q杂合性缺失。在继发性GBM和低级别弥漫性胶质瘤中,IDH1/IDH2基因突变与TP53突变、染色体1p/19q杂合性缺失及O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶(MGMT)启动子区甲基化状态呈正相关;在原发性GBM中,IDH1基因的突变与10号染色体缺失和EGFR扩增呈负相关。IDH1/IDH2突变与较长的无进展生存期有关,通常发生在年轻成年人和青少年弥漫性胶质瘤患者中。超过90%的IDH基因突变为IDH1突变(均为R132型),其余的为IDH2突变(均为R172型),至今未有IDH3突变的报道。

有IDH1/IDH2基因突变的高级别胶质瘤预后明显好于无IDH1/IDH2基因突变的同类型胶质瘤,包括各级别胶质瘤的全面研究也证实了IDH1基因突变和较好预后之间的相关性,多因素分析也提示IDH1基因突变是一个独立的良好预后标志物。迄今为止,尚无证据表明IDH1突变类型(R132H型与非R132H型)影响患者的生存率。也有一些研究报告证实,胶质瘤中IDH1基因突变与化疗反应之间没有明显的相关性。

2.MGMT启动子甲基化:MGMT定位于10q26,编码一种修复DNAO6-甲基鸟嘌呤的酶。其启动子包括含97个CG二核苷酸(CpG位点)的CpG岛。在正常组织中,MGMT的CpG位点一般都处在非甲基化状态。MGMT的CpG位点甲基化会导致染色体结构改变,从而阻止转录因子结合、导致MGMT基因的沉默。MGMT主要分布于细胞质,DNA损伤后才转移到细胞核。

在细胞核中,MGMT可以使烷化剂作用下形成的O6-甲基鸟嘌呤去甲基化,有效地修复DNA损伤,同时自身不可逆失活为烷基化MGMT。MGMT一个分子只能修复一个烷基加合物,因此,MGMT被称为自杀酶。细胞的修复能力取决于MGMT在细胞内的含量和合成速率,而MGMT基因启动子甲基化可以导致基因沉默和抑制蛋白合成,阻碍DNA的修复。MGMT启动子甲基化在少突胶质细胞瘤中发生率为60%~80%,在少突-星形细胞瘤发生率为60%~70%,在GBM发生率为20%~45%,在间变性星形细胞瘤发生率为40%~50%,在毛细胞型星形细胞瘤发生率为20%~30%。在继发性GBM和低级别弥漫性胶质瘤中,MGMT启动子甲基化状态与IDH基因突变和1p/19q缺失的状态呈正相关。复发胶质瘤样本中MGMT启动子甲基化水平较第一次手术样本多有明显的增加,但胶质瘤患者的中位生存期只受初治胶质瘤中MGMT启动子甲基化状态的影响。MGMT启动子甲基化与胶质瘤对于烷化剂化疗的敏感性之间有密切关系。Hegi等报道,接受放疗和替莫唑胺治疗的患者,MGMT启动子甲基化者具有更长的生存期。

MGMT状态可提供预后信息,并对治疗选择有指导意义。通过甲基化特异性聚合酶链反应(MSP)检测MGMT启动子甲基化,不仅应用于实验研究,而且被列为临床常规诊断项目。

3.染色体1p/19q缺失:1p/19q联合性缺失是指1号染色体短臂和19号染色体长臂同时缺失,最早发现于少突胶质细胞瘤。1p/19q联合性缺失在少突胶质细胞瘤的发生率为80%~90%,在间变性少突胶质细胞瘤的发生率为50%~70%,在弥漫性星形细胞瘤发生率为15%,而在GBM发生率仅为5.0%。具有1p/19q联合性缺失的少突胶质细胞瘤患者通常伴随IDH基因突变及MGMT启动子甲基化和G-CPG岛甲基化(G-CIMP),但与TP53突变相互独立发生

目前认为1p/19q联合性缺失是少突胶质细胞瘤的分子特征,是其诊断性分子标志物。通常对疑似少突胶质细胞瘤或少突-星形细胞瘤者均应进行1p/19q联合性缺失的检测,从而协助组织学诊断,且1p/19q缺失也有助于区分少突-星形细胞瘤更倾向于少突胶质细胞瘤还是星形细胞瘤,这对于治疗选择有一定的意义。1998年有学者首次报道,在间变性少突胶质细胞瘤中,有1p/19q联合性缺失的患者化疗效果更好,生存期更长。用替莫唑胺或单纯放疗治疗1p/19q联合缺失的少突胶质细胞瘤患者会延长其无进展生存期,仅有1p缺失的患者进行单一治疗无进展生存期也会延长。 

4.EGFR扩增和EGFRvIII突变:表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)基因定位于染色体7p12,编码一种跨膜酪氨酸激酶受体。EGFR扩增在胶质瘤中发生率很高,并常伴随编码蛋白的过表达。间变性星形细胞瘤EGFR扩增的发生率为17%,GBM的发生率为50%~60%。FISH技术可以检测EGFR扩增,所以可作为判定肿瘤级别的备选指标。

在临床上,60岁以上的GBM患者伴随EGFR扩增提示预后不良。存在EGFR扩增的胶质瘤可以伴发其他EGFR基因的改变,最常见的是外显子2~7范围内缺失形成的EGFRvIII突变,GBM的EGFRvIII突变发生率为20%~30%,EGFRvIII编码缺少细胞外结构域的截短型EGFR蛋白。虽然截短型EGFR不能与其配体结合,但可通过自激活及进而激活下游信号转导通路发挥促肿瘤作用。EGFRvIII突变是否与预后相关还存在着争议,但长期随访资料显示EGFRvIII突变患者有预后差的趋势。然而,EGFRvIII突变为我们提供了一个分子靶向治疗的靶标,多项二期临床试验已发现针对EGFRvIII突变的疫苗能够改善患者的预后。有报道显示有望通过监测外周血EGFRvIII突变来观察EGFRvIII突变GBM患者对治疗的反应及监测其是否复发。

5.BRAF基因融合和点突变:BRAF原癌基因位于7q34,编码一种丝/苏氨酸特异性激酶,参与调控细胞内多种生物学过程,如细胞生长、分化和凋亡等。BRAF基因的串联重复导致了基因的融合,如KIAA1549-BRAF和FAM131B-BRAR(少见)。KIAA1549-BRAF融合在毛细胞型星形细胞瘤(PA;50%~70%)及多形性黄色瘤型星形细胞瘤(PXA;55.6%)中高发,而在其他胶质瘤或其他肿瘤中极为少见。KIAA1549-BRAF融合是一个重要的诊断标志物,由于PA也存在微血管增生,PXA在组织学上有时难以与GBM区分,如果检测有KIAA1549-BRAF融合则有助于PA和PXA与GBM的鉴别。

在各个级别的胶质瘤中,均检测到了BRAF发生在Val600Glu位点的错义突变(V600E)。通过针对该种突变的特异性抗体的免疫组织化学检测发现,多形性黄色瘤型星形细胞瘤中约有60%~70%发生该突变,是BRAFV600E突变最多的一种星形细胞瘤。在上皮样型胶质母细胞瘤和毛细胞型星形细胞瘤的发生率分别为53.8%和10%,其他胶质瘤中少见。针对BRAFV600E突变的药物,如威罗菲尼,为BRAFV600E突变型胶质瘤治疗提供了新的治疗方式。

6.Ki-67:Ki-67是一个395kD的抗原,其表达同细胞周期密切联系:Ki-67在G0和G1早期不表达,从G1期开始表达,在G2和S期表达量增加,至M期的表达量迅速下降。因此,Ki-67表达状况可反映肿瘤细胞的增殖活性和细胞周期的进行状况,是肿瘤细胞增殖的特异标志物。现在多使用免疫组织化学技术检测Ki-67蛋白,在病理诊断中已获得普遍认可。Ki-67表达于细胞核,其阳性表达率能客观反映肿瘤细胞的增殖活性及良恶性程度。在胶质瘤细胞中,其表达水平与肿瘤级别呈良好的正相关,可以作为胶质瘤病理分级及预后评估的重要参考指标。研究表明,Ki-67表达水平与胶质瘤患者的生存期及预后呈显著性负相关,Ki-67阳性表达率越高,肿瘤越容易复发,患者的生存时间越短。
 
二、根据特定基因分类的胶质瘤亚型


胶质瘤基因结构与功能异常研究的不断深入,将为胶质瘤分子亚分类与新分子靶向治疗的靶标确定提供更多的参考依据。以往的研究发现,原发性GBM显示EGFR的频繁扩增和PTEN基因突变,但缺乏IDH1基因突变,而继发性GBM的特点是发生TP53和IDH1基因突变,但很少有EGFR扩增。在染色体水平,原发性GBM有别于继发性GBM,出现7号染色体三体和10号染色体单体,以及频繁的染色体12p、19q和20q扩增。尽管存在这些差异,在原发性和继发性GBM中,大多数主要的遗传学变异仍然属于同一条功能路径。

Verhaak等在分析了癌基因图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)中202例GBM的表达谱后,利用了840个基因将GBM分为四个亚型:经典型、间叶细胞样型、神经元型和前神经元型。经典型表达神经前体细胞和干细胞的标志物,具有星形细胞的特性,其特点是7号染色体扩增和10号染色体的缺失(93%),EGFR扩增(95%),TP53缺失,Notch和shh信号通路活化,PTEN缺失(23%)和EGFRvIII突变(23%)。间叶细胞样型具有培养的星形细胞瘤的特点,包括PTEN缺失(32%),NF1基因突变(37%),坏死和炎症反应的增加。

神经元型表现为表达神经元相关标志物,含有星形细胞和少突胶质细胞,其主要特点是EGFR扩增(26%),它的基因表达谱和正常脑组织是最相似的。前神经元型的发生率较低,有少突胶质细胞的特性,主要发生在继发性GBM年轻患者中,其主要特点是IDH突变、TP53基因突变和1p/19q杂合性缺失、PDGFRα改变、10号染色体缺失和7号染色体扩增。

中国脑胶质瘤基因组图谱(Chinese glioma genome atlas,CGGA)利用225例脑胶质瘤的样本进行了分子分型,将脑胶质瘤分为了三个亚型(G1,G2和G3)。G1亚型高频率发生IDH突变,主要见于年轻患者、预后良好。而相对于G1亚型,G3亚型预后差,主要见于老年患者,IDH突变率极低。G2亚型的以上特点介于G1和G3亚型之间,但G2亚型的1p/19q联合缺失率高于G1和G3亚型。上述分型使用TCGA和Rembrandt的数据库验证得到了相似的结果。

三、胶质瘤分子诊断的前景展望

胶质瘤是难治性人类肿瘤之一,近20年来恶性胶质瘤的治疗无突破性进展,患者预后无明显改善。寻求有效的治疗手段,改进治疗策略,实施有针对性的个体化治疗,是改善胶质瘤治疗效果和患者预后的必由之路。

目前,针对IDH1R132H突变的抗体,作为一个有用的胶质瘤诊断和鉴别诊断工具,已被广泛应用于评价胶质瘤患者预后及低级别胶质瘤与胶质细胞增生性病变的鉴别诊断。另外,1p/19q联合性缺失与MGMT启动子甲基化,也被用做指导胶质瘤个体化治疗的重要参考依据。然而,目前胶质瘤的特异性标志物还很少,且尚缺乏可用于胶质瘤分子靶向治疗的高效特异性靶标。故发现新的胶质瘤特异性标志物及高效特异的治疗靶标,是研发胶质瘤高效特异性诊疗新技术亟待解决的关键问题。

目前国外有关这方面的研究尚处于起步阶段,这为我们提供了前所未有的机遇。因此,我们应该提高认识,抓住机遇,充分利用我国医学资源丰富的优势,积极开展胶质瘤生物标志物及高效特异性治疗靶标的筛查和验证研究,相信只要我们通力协作,一定会在该研究领域做出应有的贡献,并在国际上占有一席之地。


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