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【阔然开朗】星形细胞瘤和胶质母细胞瘤在复发过程中不同的非整倍体进化

2023年09月28日

来源：肿瘤资讯

星形细胞瘤和胶质母细胞瘤(GB)已被重新定义为成人弥漫性胶质瘤的不同亚型，值得注意的是，复发的必然性加大了治疗挑战，同时也强调了干预的紧迫性。为了揭示星形细胞瘤和GB进展的复杂差异，以不同的代谢途径、进化轨迹和治疗反应为特征，全面掌握动态分子事件是必不可少的。神经胶质瘤样本的纵向分析揭示了一系列的进化机制，包括驱动基因突变、拷贝数变异(CNVs)和染色体非整倍性。

通过对配对的原发性和复发性肿瘤的基因组分析，一些典型的驱动基因和相关的致癌途径促进了胶质瘤的进展，并揭示了其进化轨迹。值得注意的是，研究表明，对于2/3级(较低级别)胶质瘤，在进展过程中，61%的患者出现CDKN2A/B缺失，39%的患者出现PTEN缺失，22%的患者出现MYC扩增，20%的患者出现FOXM1扩增。相比之下，在GB中，34%的复发肿瘤和42%的原发肿瘤维持EGFR扩增，100%的复发肿瘤和近98%的原发性肿瘤观察到TERT启动子突变。这些发现表明，不同的遗传改变影响了星形细胞瘤和GB的进化路径。

除基因改变外，以染色体数目不规则为特征的非整倍体在神经胶质瘤和复发过程中是一个突出的复发特征。在胶质瘤中，已经形成共识的是1p/19q共缺失是一个关键的克隆事件和少突胶质细胞瘤独有的诊断标志。相反，在GB患者中，7号染色体扩增和10号染色体丢失(+7/−10)的同时发生作为不良预后指标。值得注意的是，IDH突变体和1p/19q完整胶质瘤表现出更高的非整倍性。非整倍体在不同的遗传环境和肿瘤类型中发挥不同的作用，强调其环境特异性和肿瘤亚型依赖性的功能显得尤为重要。尽管如此，在星型细胞瘤和GB复发过程中，非整倍体及其与关键基因的相互作用的全面影响仍未完全阐明。

本项研究收集了65对原发性和复发性胶质瘤，并进行了全外显子组测序。通过分析星形细胞瘤和GB的非整倍体和CNVs，揭示了低级别星形细胞瘤、4级星形细胞瘤和GB的非整倍体和非整倍体相关基因改变特征的差异，以及它们在复发过程中的预后价值。

结果

65例配对原发性和复发性胶质瘤的特点

本研究纳入了65例原发和复发术后样本配对的患者。所有肿瘤均定位于大脑半球，大多数位于额叶(35例)和颞叶(22例)。根据WHO CNS5划分的分类和分级指南，将65例胶质瘤患者分为3个不同的类别：2/3级(较低级别)星形细胞瘤(n=11)，4级星形细胞瘤(n=8)和GB (n=46)。在这些IDH突变的星形细胞瘤病例中，由于CDKN2A/B纯合缺失的存在，2例具有较低级别组织学特征的患者被重新分类为4级星形细胞瘤，而6例显示4级组织学。对65对原发性和复发性胶质瘤进行了全外显子组测序，代表性的分子突变包括IDH突变、1p/19q共缺失、TERT启动子突变、MGMT甲基化和BRAF V600E；关键驱动基因有TP53、EGFR、NF1和PIK3CA等突变。

在原发性和复发性GB配对病例中观察到的共有SNV比例(26.4%，n=14)高于星形细胞瘤(15.8%，n=2)，并且与星形细胞瘤相比，GB的复发时间要短得多(12m vs 57m)。此外，原发性和复发性GB的共享SNV比例与无复发间隔时间呈负相关。原发性和复发性星形细胞瘤之间的遗传关联不如GB密切，这一特征可能导致星形细胞瘤病例复发间隔较长。

图1 配对原发性和复发性胶质瘤的研究流程

与4级星形细胞瘤和GB相比，低级别星形细胞瘤复发时非整倍体差异较大

非整倍体已被确定为原发性IDH突变型星形细胞胶质瘤的预后指标。本项研究分析了三种不同胶质瘤亚组从原发到复发过渡期间非整倍体水平的变化。通过计算扩增和缺失的染色体臂的数量来计算每个样本的非整倍性评分。观察到低级别星形细胞瘤、4级星形细胞瘤和GB复发期间非整倍性变化的不同模式。对于低级别星形细胞瘤，复发肿瘤的非整倍性评分明显较高，并且几乎所有病例的非整倍性都增加。相反，GBs复发期间非整倍体变化的动态表现出异质性。本研究中，非整倍性评分增加的有15例，保持不变8例，降低23例，复发性GBs与原发对照无统计学差异，这与前人研究一致。值得注意的是，4级星形细胞瘤的非整倍体变化有很大不同，复发肿瘤的非整倍性显著降低，几乎所有病例在复发时都表现出非整倍体的减少。因此，值得注意的是，在低级别星形细胞瘤复发期间，非整倍体水平通常表现出与高级别相关的升级趋势。相反，对于4级胶质瘤，复发期间非整倍体增加的发生率并不常见。非整倍体与预后的关系，利用内部数据和cBioPor的公开数据进一步研究发现复发期间非整倍体水平变化较大的低级别星形细胞瘤患者的总生存期明显较短，证实了先前的发现；然而，在4级星形细胞瘤和GB患者中未观察到显著影响。

图2 低/高级别星形细胞瘤和GB复发时间及非整倍体变化

与4级星形细胞瘤和GB相比，低级别星形细胞瘤复发时获得更多的染色体臂非整倍体变化

随后，利用内部数据将复发肿瘤的CNVs与相应的原发肿瘤的CNVs进行比较，以确定推动胶质瘤进展的染色体臂非整倍体特征。本研究结果表明，在恶性进化过程中臂非整倍体获得的CNVs广泛分布在几乎所有染色体上。总体而言，在低级别星形细胞瘤中，平均16.4%在原发肿瘤中发现的臂位改变在复发时不再被检测到，17.2%在原发和复发肿瘤中都被检测到，66.4%仅在复发时被检测到。然而，对于4级星形细胞瘤，这三个值分别为59.8%，29.5%和10.7%。对于GB，这三个值分别为22.6、54.5和22.9%。因此，在低级别星形细胞瘤的进展过程中获得臂非整倍体的比例远高于4级星形细胞瘤和GB。此外，还利用内部数据和公共数据研究了新获得的臂非整倍体对患者预后的影响，分析表明低级别星形细胞瘤患者获得1 q和6q扩增或者13q缺失与复发时较短总生存率明显相关。相反，在4级星形细胞瘤和GB中，获得性臂水平改变对预后的影响有限。

图3 低级别星形细胞瘤、4级星形细胞瘤和GB复发时获得的染色体臂非整倍体及其对预后的影响

与4级星形细胞瘤和GB相比，低级别星形细胞瘤复发时癌症相关基因和通路的改变更多

还观察到，与4级星形细胞瘤和GB相比，在低级别星形细胞瘤复发期间获得了更多的典型驱动基因。具体而言，在超过30%的低级别星形细胞瘤患者中，检测到PTEN、CDKN2A、CDKN2B新的缺失，或CDK6和KRAS的扩增，这与先前的报道一致。相比之下，在4级星形细胞瘤中，8例患者中只有3例获得了PDGFRA的增加，而其余基因仅在1例患者中发生了新改变。同样，在GB中，新获得的驱动基因改变的发生率并不高，只有PTEN、NOTCH1、DDIT4的缺失和EGFR的扩增超过10%。为了揭示驱动胶质瘤进展的致癌途径，我们使用复发期间获得的高频CNVs基因进行了KEGG富集分析。其中，低级别星形细胞瘤与4级星形细胞瘤都有细胞粘附分子通路，与GB共有Wnt信号通路，Notch和雌激素信号通路在4级星形细胞瘤和GB中均富集。在所有三种胶质瘤组中均发现了嗅觉转导通路的富集。此外，与4级星形细胞瘤和GB相比，低级别星形细胞瘤复发期间富集了更多的癌症相关通路，如HIF-1、PI3K-Akt、Jak-STAT信号通路。这些结果表明，低级别星形细胞瘤的复发过程需要更多的肿瘤发生途径改变的参与。

图4 低级别星形细胞瘤、4级星形细胞瘤和GB复发的候选驱动基因和肿瘤相关通路

6p上的基因与低级别星形细胞瘤的预后相关

该研究通过分析位于3条染色体臂(1q, 6p和13q)上的基因表达和CNVs进一步探索潜在的驱动基因，这些基因已被证明与预后有显著相关性。共鉴定出16个基因在拷贝数增加的同时持续表现出转录上调，所有这些基因都属于低级别星形细胞瘤。观察到基因改变与其染色体臂之间存在高度一致性。此外，生存分析显示，在这些基因中，位于6p上的12个基因与低级别星形细胞瘤的不良预后相关。值得注意的是，这12个基因中的大多数都密集地聚集在6p上的几个大基因组片段中，例如，5个组蛋白编码基因相邻分布。这些结果提示，这些基因簇可能与染色体臂一起促进低级别星形细胞瘤的复发。

图5 基因突变、CNV和染色体变化之间的关系

VEGFA是低级别星形细胞瘤复发的潜在预后指标

VEGFA是肿瘤血管生成的关键媒介，是12个预后相关基因之一。对于低级别星形细胞瘤，发现复发时获得VEGFA扩增与较短的总生存期显著相关。通过分析CCGA中胶质瘤的转录谱，发现VEGFA的高表达也与复发性低级别星形细胞瘤的不良预后相关。然而，这种关联在原发性低级别星形细胞瘤、原发性和复发性4级星形细胞瘤和GB中没有被观察到。在其他独立配对样本中，通过免疫组化染色进一步验证了VEGFA的表达。复发病灶的平均免疫反应性评分(IR评分)显著高于原发病灶。总的来说，这些结果表明VEGFA是复发性低级别星形细胞瘤的预后标志物。

图6 VEGFA在复发的低级别星形细胞瘤中的预后作用

参考文献

1. Zhang J, Feng Y, Li G, et al. Distinct aneuploid evolution of astrocytoma and glioblastoma during recurrence. NPJ Precis Oncol. 2023;7(1):97.

排版编辑：肿瘤资讯-Lynn

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