H3,G34突变的弥漫性半球胶质瘤研究进展
田宇飞，季晶
南京医科大学第一附属医院神经外科，江苏 南京 210029
胶质瘤是指由神经胶质细胞或其前体细胞癌变所产生的肿瘤，是一组各具异质性的神经肿瘤的统称［1］。根据其生长方式以及有无异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）基因突变，可分为弥漫性胶质瘤与非弥漫性/局限性胶质瘤两大类［2］。非弥漫性胶质瘤是指相对良性的、单纯手术治疗即可治愈的胶质瘤，如WHO Ⅰ级的毛细胞星形胶质瘤。弥漫性胶质瘤则表现出更高的侵袭性，往往需要术后联合放化疗。其根据生长方式与恶性程度的不同，传统上又可分为WHO Ⅱ级、Ⅲ级与Ⅳ级，Ⅲ级与Ⅳ级合称为高级别胶质瘤（high grade glioma，HGG）。对0～14 岁儿童来说，尽管HGG 仅占所有中枢神经系统（central nervous system，CNS）肿瘤的11.1%，但其预后较差，5 年生存率只有28.4%［3］。主要发生于儿童群体的胶质瘤与成人胶质瘤在生物学上有许多不同，但是在过去，儿童胶质瘤的分类分级与成人胶质瘤基本一致，都采用组织学分型。随着相关研究的深入，儿童胶质瘤分型也开始采用组织学与分子生物学相结合的标准。在2021年的WHO CNS肿瘤分类中［4］，儿童胶质瘤分类有了较大的改动，取消了胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）这一概念，取而代之的是儿童HGG，包括H3 G34 突变型弥漫性半球胶质瘤（diffuse hemispheric glioma，H3 G34-mutant，H3 G34 DHG）、H3 K27 突变型弥漫性中线胶质瘤、H3 与IDH 野生型胶质瘤、婴儿型半球胶质瘤4 种。其中，首次加入了H3 G34 DHG这一新的亚型，该型胶质瘤在过去几年中得到了学界的广泛关注。本文总结了H3 G34 DHG的临床特征与诊疗进展，以期加深临床医师对该疾病的认识。
组蛋白是真核细胞染色质的重要组成部分，包括5 种家族：H1/5、H2、H3、H4。组蛋白H2A、H2B、H3、H4 各两分子共同组成组蛋白八聚体，146～147个碱基对的DNA 缠绕其上形成核小体［5］。根据组蛋白与DNA 的结合是否依赖于DNA 复制，可将其分为经典组蛋白与非经典组蛋白，后者又称组蛋白变体。仅在细胞S 期的DNA 合成过程中产生并与之结合的组蛋白称为经典组蛋白，这一特性也被称为复制依赖性。而组蛋白变体则在整个细胞周期中表达，不存在S 期的高表达峰［6］。其在相应的分子伴侣的协助下进入核小体，并替换经典组蛋白，影响染色质开放性，进而在细胞增殖、分化等生物学过程中发挥重要作用。H3.3即为组蛋白H3家族的一个重要变体，由2条单基因H3F3A、H3F3B独立编码，在调控基因表达和染色质构象中发挥着复杂的作用［7］。研究表明H3.3在基因组中分布不均，在转录基因、调控元件、端粒与着丝粒周围多出现富集［8］。同时，考虑到组蛋白本身常携带大量的翻译后修饰（post-translational modification，PTM）［9］，提示这一变体可能还有许多潜在的生物学功能有待发现。
目前已确定组蛋白H3.3有两种特异性分子伴侣与之结合：组蛋白细胞周期调节剂A（histone cell cycle regulator A，HIRA）复合物和死亡结构域相关蛋白（death domain-associated protein，DAXX）/α-地中海贫血X连锁智力低下蛋白（α-thalassemia X-linked mental retardation protein，ATRX）复合物［10］。HIRA 基因最早是在先天性遗传病DiGeorge综合征患者所缺失的染色体中鉴定出来的，研究人员认为其在染色质结构与组蛋白代谢中发挥重要作用，后来被证实为H3.3的特异性伴侣［11］。HIRA 与钙调磷酸酶结合蛋白1（calcineurin-binding protein 1，CABIN1）、泛核蛋白1/2（ubinuclein1/2，UBN1/2）共同组合成复合物后，介导H3.3沉积于顺式作用元件区域［12］。但是，CABIN1和UBN1/2在这一过程中究竟发挥何种作用尚未完全明确。最近的研究显示，HIRA复合物与抗增殖蛋白（prohibitin，PHB）相互作用，促进H3.3沉积于间充质标志物启动子区域，进而促进了乳腺癌细胞的上皮间质转化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）［13］。但HIRA 是否参与胶质瘤发生尚不清楚。DAXX是一种Fas结合蛋白，介导细胞凋亡，而ATRX则是染色质重塑因子（switch/sucrose nonfermentable，SWI/SNF）家族中的一员，参与DNA 修复与端粒维持［14-15］。DAXX/ATRX 复合物负责将H3.3转运至端粒、中心周围区、逆转录病毒元件（endogenous retroviral elements，ERV）等异染色质区域［10］。Udugama等［16］的研究揭示了H3 G34R突变抑制了组蛋白去甲基化酶KDM4B，并与ATRX突变协同作用，共同促进GBM 中的端粒替代延长（alternative lengthening of telomeres，ALT）。尽管已在儿童GBM 中观察到了DAXX/ATRX突变［17］，但DAXX 如何参与H3 G34 DHG进展仍有待进一步挖掘。
H3 G34 DHG 的概念主要来源于其分子生物学定义。其位于染色体1q42.12的H3F3A基因第35位密码子发生杂合突变，导致组蛋白H3.3的第34位氨基酸由甘氨酸（glycine，G）转变为精氨酸（arginine，R）或缬氨酸（valine，V）［18］。尽管H3F3B 基因也可以独立编码H3.3，但目前仍不清楚为何这一突变全部发生于H3F3A。此外，临床发现G34R 突变远多于G34V，这一现象背后的原因亦有待探索［19］。2012年，两个不同的研究组通过高通量测序分别独立发现了儿童GBM中的H3F3A突变［17，20］。随后，Sturm等［21］发现了G34突变的GBM亚群的低甲基化水平，由此首次将其划分为GBM的一个表观遗传学亚型。随着相关研究的不断深入，这一亚型最终在2021 年WHO CNS肿瘤分类中得到明确。H3 G34 DHG主要好发于儿童及青少年人群，且病变几乎全部位于一侧大脑半球［18］，但近年来有颅外广泛转移的报道［22-23］。值得注意的是，H3 G34 DHG 的阳性率在地区间存在较大差异。西欧的数据显示，该病占所有HGG 的14%～16%［24-26］，但日韩的研究发现，这一亚型在所有胶质瘤中仅占1%上下［27-28］。国内的王玮等［29］在323例HGG中检出5例，检出率为1.5%，考虑到日韩的数据中包含一部分低级别胶质瘤病例，这一检出率应是合理的，但东亚地区阳性率较低的原因仍有待研究。H3F3A突变在骨巨细胞瘤中也被观察到，最近的研究发现G34W可维持成骨细胞样祖细胞的转化状态，以促进肿瘤生长［30］。
H3 G34 DHG的临床表现较为多样，主要与病变累及的结构和肿瘤进展程度相关。对于半球肿瘤患者来说，常可能出现不同类型的癫痫和局灶性神经功能缺损，也可能表现为经典的颅内压增高症状如头痛、恶心呕吐和视乳头水肿［31］。但是，一方面CNS肿瘤发病率较低，另一方面这些症状往往不够典型，也常出现在其他更为常见且相对较轻的疾病中，如急性胃肠炎、偏头痛等，导致部分临床医师忽视了CNS肿瘤的鉴别诊断，造成误诊、漏诊。此外，颅内肿瘤还可能导致认知行为改变、情绪改变等［32］。对于年幼的患儿来说，这些表现有时不被重视，以致延误诊断。详尽的病史采集与细致的体格检查是所有诊断的基石，临床医师应提高对儿童和青少年人群肿瘤性疾病的警惕性。
影像学检查是CNS 肿瘤诊断和评估的重要工具，包括CT、MRI 和正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）。其中，MRI在胶质瘤的诊疗过程中具有无可置疑的核心地位［33］。但是，H3 G34 DHG 的MR 表现复杂多变，缺乏典型特征［34］。Onishi等［35］的研究表明，该亚型一般表现为T1低-等信号、T2/液体衰减反转恢复序列（fluid attenuated inversion recovery，FLAIR）高信号、弥散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）高信号的占位，伴轻度的瘤周水肿。Kurokawa等［36］系统回顾验证了这一观点，同时观察到肿瘤常边界不清，造影后呈现不同程度的增强。22%的肿瘤可见钙化，42%的病例出现瘤内出血，49%的患者观察到肿瘤囊变/坏死。对于完善了灌注成像，如动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）或者动态磁敏感对比成像（dynamic susceptibility contrast，DSC）的患者，50%～64%出现脑血流升高。磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）对于颅内肿瘤的鉴别诊断具有一定的意义，约58%的患者观察到升高的脂质/乳酸（lipid lactate，LL）峰和增加的胆碱/N-乙酰天冬氨酸（choline/N-acetyl aspartate，Cho/NAA）比值［36］。尽管常规MRI特征在胶质瘤部分亚型（如IDH突变型）的诊断中显示出一定的效能［37］，但H3 G34 DHG的MR表现具有明显的异质性，单纯依靠MRI作出诊断较为困难。PET主要依靠静脉注入的放射性示踪剂探测肿瘤环境，以提供代谢功能成像［38］。用于脑肿瘤的示踪剂主要包括18F-氟脱氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose，FDG）和氨基酸类如18F-氟乙基酪氨酸（18F-fluoroethyltyrosine，FET）。Vettermann 等［39］运用18F-FET PET研究8 例H3 G34 DHG后发现，该亚型在最大肿瘤本底比（maximal tumor-to-background ratio，TBRmax）、生物肿瘤体积（biologic tumor volume，BTV）和最小达峰时间（minimal time-to-peak，TTPmin）上具有相当的一致性，提示18FFET PET 结合MRI 或许可以提高诊断准确性，至少在鉴别肿瘤与非肿瘤性疾病中发挥作用［40］。代谢失调是胶质瘤的一大重要特征［41］，但代谢组学在H3 G34 DHG中的研究仍有待深入。CT在诊断中价值有限，H3 G34 DHG常表现为高密度影［36］。
近年来，影像组学或称放射组学，作为新兴领域不断得到发展，其从影像中提取定量数据，与疾病特征等建立关联，以期解决诊断、疗效评估等临床问题［42］，机器学习则常作为影像组学的一种研究工具。目前，影像组学已初步应用于预测胶质瘤的基因突变情况。Zhao等［43］的Meta分析显示，机器学习在预测胶质瘤IDH 突变方面展现了出色的诊断效能，其总的敏感性和特异性分别为88%和87%。此外，也已有数项研究聚焦于H3 K27M突变的弥漫性中线胶质瘤，并展示出了有希望的结果［44-45］。Lasocki等［46］的系统评价表明，常规MR序列，包括T1、T2、FLAIR、DWI和T1增强，在胶质瘤的分子分型诊断中仍然很有价值。但是可能是因为H3 G34 DHG发病率较低的原因，目前尚没有影像组学与其相关的研究。随着机器学习和人工智能的不断发展，这两种技术或许在今后可以用于H3 G34 DHG的诊断与评估。此外，目前也缺乏一些MR 新技术如弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）、化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer，CEST）成像和血氧水平依赖（blood-oxygen-level-dependent，BOLD）成像等在H3 G34 DHG中的应用［38，47］。
对于脑肿瘤患儿来说，早期发现与早期治疗是影响患儿生存质量与预后的重要因素［48］。但H3 G34 DHG因其缺乏特征性的影像学表现，往往给临床决策带来极大困难，需与感染性、免疫性、代谢性疾病以及其他肿瘤等相鉴别。但许多患者在早期被误诊为脑炎、多发性硬化、CNS淋巴瘤或动静脉畸形等［49］。除完善脑电图、头颅血管检查外，脑脊液检查也是十分必要的，应包括常规、生化、细菌培养，更应完善脑脊液细胞学、病原学、IgG、寡克隆带、抗体组套等检查。Hodgson 等［50］详细报道了1 例初期误诊为获得性脱髓鞘综合征的患儿的诊治经过，其激素冲击治疗未见明显好转，该患儿最终通过组织活检明确诊断。随着技术进步，脑肿瘤液体活检的临床应用越发成为可能，Huang 等［51］通过Sanger测序和巢式PCR 首次在患儿脑脊液中检测到H3.3 G34V突变，但其诊断效能尚待进一步的探索。
H3 G34 DHG 的组织形态学具有明显的异质性，大部分镜下表现为GBM样，但有时也呈现为原始神经外胚层肿瘤（primitive neuroectodermal tumor，PNET）样［52］，少数表现为间变性星形细胞瘤（anaplastic astrocytoma，AA）［53］。此外，表现为间变神经节胶质瘤（anaplastic ganglioglioma）［54］、低级别肥胖细胞型星形细胞瘤（gemistocytic astrocytoma）［55］、间变性多形性黄色星形细胞瘤（anaplastic pleomorphic xanthoastrocytoma）［56］，以及含发育不良的神经节成分的神经上皮肿瘤（neuroepithelial neoplasms with dysplastic ganglion cell components）［57］的病例也见诸报道。目前仍不清楚为何H3 G34 DHG这一亚型可拥有如此广泛的形态学谱。
H3 G34 DHG 的确诊主要依赖于免疫组化和分子病理，其一般性的免疫组化表现包括：胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）阳性、P53 阳性、突触素（synaptophysin，Syn）阳性、少突胶质细胞转录因子2（oligodendrocyte transcription factor 2，Olig2）阴性与ATRX 阴性［29，53，58-59］。除H3F3A突变外，典型的基因特征还包括：P53 突变，O-6-甲基鸟嘌呤-DNA 甲基转移酶（O-6-methylguanine-DNA methyltransferase，MGMT）启动子甲基化，IDH、BRAF V600E 与端粒酶逆转录酶（telomerase reverse transcriptase，TERT）启动子野生型［27，49，53］。随着研究深入，其他相伴随的基因突变也渐渐被发现。Korshunov 等［58］检测到了一系列癌基因改变，包括血小板衍生生长因子受体α（platelet derived growth factor receptor alpha，PDGFRA）、细胞周期蛋白依赖性激酶6（cyclin-dependent kinase 6，CDK6）和细胞周期蛋白D2（cyclin D2，CCND2）的扩增，以及CDK 抑制剂2A（cyclin-dependent kinase inhibitor 2A，CDKN2A）的缺失。Mackay 等［60］发现了这一亚型中的AKT1 扩增，其已被证明在胶质瘤进展中发挥重要作用［61］。更重要的是，该课题组通过癌症靶标基因组（genomic identification of significant targets in cancer，GISTIC）分析，确定了染色体4q31.3上FBXW7 基因的丢失，其所编码的泛素连接酶成分FBW7是一种经典的泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system，UPS）蛋白，可通过靶向降解癌蛋白发挥抑癌作用［62］。最近，Hu 等［63］通过全外显子组测序（whole-exome sequencing，WES）发现，H3 G34 DHG 中黏蛋白16/17（mucin 16/17，MUC16/17）的高频率突变可作为有利预后的一个预测指标。针对H3 G34 DHG分子特征的研究，不仅为揭示其发病机制指出方向，更提供了可能的治疗靶点。
H3 G34 DHG 的治疗原则与其他高级别胶质瘤基本相同，应以手术为主，手术原则为最大程度的安全切除，术后辅以放化疗，也可以联合电场治疗［64］。对于70 岁以下的患者，在保证安全的情况下，应尽早开始放疗，一般在术后3～6 周开始［65］。推荐采用适形放疗（conformal radiation therapy，CRT），包括3维适形（3-dimensional CRT，3D-CRT）和调强放疗（intensity modulated RT，IMRT）［64］。放疗联合替莫唑胺（temozolomide，TMZ）是GBM 术后的标准治疗方案［66］，目前也被应用于H3 G34 DHG 患者中。该亚型常伴随MGMT 启动子甲基化，理论上对烷化剂如TMZ 更为敏感［67］。CeTeG/NOA-09 试验结果显示，对MGMT 甲基化的GBM 来说，TMZ+洛莫司汀（lomustine，CCNU）与单纯TMZ相比显著改善了患者总生存期（overall survival，OS）［68］，提示二联烷化剂疗法也可能使H3 G34 DHG患者获得更多受益。贝伐珠单抗在HGG中的应用尚存在较多争议，似乎并未如期望般改善患者预后，在使用时应谨慎［66］。目前仍缺乏针对H3 G34 DHG 的化疗方案。Lucas 等［69］的研究发现，H3 G34 DHG具有一系列影响CDK4/6-cyclin D-p16INK4a-Rb 通路的基因改变，因此CDK4/6抑制剂如阿贝西利（abemaciclib）可能具有一定的治疗作用。Sweha 等［70］发现了H3 G34 DHG中的信号转导及转录激活子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）的高表达，并在小鼠模型中应用靶向抑制剂WP1066成功抑制肿瘤。最近的一项Ⅰ期临床试验中，研究者通过立体定向导管向患儿瘤内注射溶瘤性单纯疱疹病毒1型（herpes simplex virus type 1，HSV-1）G207，取得了一定的疗效［71］。
尽管许多患者接受了手术与术后放化疗，H3 G34 DHG 的预后目前仍不乐观。其中位总生存期（median overall survival，mOS）为12.0～36.2 个月［26，72］，2年生存率仅为27.3%［60］，迄今尚缺乏大样本远期随访数据。切除范围是影响预后的独立因素［53］，因此第1 次手术对患者至关重要。大部分研究认为H3 G34 DHG 的预后略好于H3 K27 中线胶质瘤［63］，但HERBY 试验的结果显示二者的生存率一样差［72］。最近，Vuong等［73］的研究首次揭示了与G34R突变相比，G34V DHG 患者预后更差，mOS 仅为9.95 个月，这是第一项揭示G34R 与G34V DHG 之间临床差异的研究。该研究同时发现了PDGFRA 扩增与表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）扩增也是H3 G34 DHG 患者不良预后的重要预测指标。因此，靶向PDGFRA 激酶的药物如克莱拉尼（crenolanib）［74］、多酪氨酸激酶抑制剂如达沙替尼（dasatinib）或许可以延长这类患者的生存期。
H3 G34 DHG 好发于儿童，尽管临床少见，但预后不佳，目前仍未完全清楚这一肿瘤的发病机制。该亚型影像学表现多变，常规MRI 可能难以诊断，容易误诊，诊断应结合MRS、PET，以及脑脊液检测等。治疗以手术和放化疗为主，但尚无针对性的大规模药物临床试验。该亚型的组织学异质性较大，确诊主要依靠分子病理。作为2021年WHO更新的一种恶性CNS肿瘤，临床医师应提高对该疾病的认识。
猜你喜欢亚型胶质瘤蛋白猪胎盘蛋白的分离鉴定中成药(2017年8期)2017-11-22TGIF2调控胶质瘤细胞的增殖和迁移中国组织化学与细胞化学杂志(2017年1期)2017-06-15自噬蛋白Beclin-1在胆囊癌中的表达及临床意义中国现代医学杂志(2015年26期)2015-12-23DCE-MRI在高、低级别脑胶质瘤及脑膜瘤中的鉴别诊断磁共振成像(2015年8期)2015-12-23Ikaros的3种亚型对人卵巢癌SKOV3细胞增殖的影响中国病理生理杂志(2015年8期)2015-12-21SAK －HV 蛋白通过上调 ABCG5／ABCG8的表达降低胆固醇的吸收医学研究杂志(2015年7期)2015-06-22ABO亚型Bel06的分子生物学鉴定中国当代医药(2015年30期)2015-03-01Sox2和Oct4在人脑胶质瘤组织中的表达及意义中国当代医药(2015年9期)2015-03-01C-Met蛋白与HGF蛋白在舌鳞癌细胞中的表达及临床意义西安交通大学学报（医学版）(2015年2期)2015-02-2899mTc-HL91乏氧显像在恶性脑胶质瘤放疗前后的变化观察肿瘤预防与治疗(2014年4期)2014-11-24