研究背景

目前,研究者广泛认识到,儿童弥漫性胶质瘤的关键生物学特征异于成人胶质瘤。第5版《世界卫生组织中枢神经系统肿瘤分类》(WHO CNS 5)根据已确定的分子标志物将二者加以区分。然而基于分子特征进行分型的方法可能会忽略某些特定的肿瘤表型,例如大脑胶质瘤病(gliomatosis cerebri,GC)。GC最初被定义为一种弥漫性胶质瘤,具有广泛浸润性生长的特征,影响大脑半球至少3个连续的脑叶。随着WHO分类的更新,GC因缺乏独特的分子特征不再被视为独立的肿瘤实体。目前,在多种成人和儿童胶质瘤中都观察到与GC类似的生长模式,但这些数据来自成人或小规模儿童队列,目前缺乏对儿童GC生物学特征的研究。本研究对欧洲104名患有GC的儿童和青少年患者进行回顾性研究,以提供全面的影像学、组织病理学、临床和遗传学数据。

研究方法

1、研究设计

本研究是一项在欧洲开展的多中心回顾性研究,主要纳入标准:①确诊年龄<21岁;②确诊时的MRI符合GC特征;③病理学证实为弥漫性胶质瘤,排除局灶性胶质瘤进展导致的继发性肿瘤或原发多灶性胶质瘤。所有患者均需要提供福尔马林固定的样本和/或新鲜冻存肿瘤组织以供分析。

2、神经影像学标准

影像学的中心审核是强制性的,根据2007年WHO中枢神经系统肿瘤分类所述,GC定义为至少累及3个连续脑叶的弥漫浸润性肿瘤(岛叶被排除在外)。在T2或FLAIR相进行评估。由两名经验丰富的神经影像学医师进行审查。

3、临床数据

肿瘤的切除程度分为活检和部分切除两种。既往治疗包括放疗、化疗和二者的结合。由于本研究是一项多中心回顾性研究,化疗方案有较大差异,因此化疗被分为3类:仅接受替莫唑胺单药化疗的为“TMZ单药”方案,替莫唑胺联合其他细胞毒性药物为“TMZ多药”方案,不含替莫唑胺的方案为“其他”方案。细胞毒性化疗药物方案不再对剂量、周期数、治疗持续时间加以区分。另外详细记录靶向治疗情况。

4、病理学和分子生物学研究

必须确定肿瘤的组织病理学,根据确诊时的WHO中枢神经系统肿瘤分类进行(由于入组时间较早,采取罗马数字进行分级),并从当地医院获取肿瘤的组织学类型和分级。WHO II级肿瘤归为“具有低级别特征的GC(LGC)”,WHO III级和IV级肿瘤归为“具有高级别特征的GC(HGC)”。之后由经验丰富的神经病理学医师集中审查所有肿瘤样本,以验证肿瘤的类型和分级。并进行全基因组测序和甲基化阵列分析(具体方法详见原文)。

研究结果

1、儿童GC的影像学、临床、组织病理学特征以及预后因素

本研究共筛选了145名患者,并纳入104名患者(图1A,略)。在绝大多数患者(n=95, 91.5%)中,肿瘤累及3-5个脑叶(范围3-8个)。53.8%的患者双侧大脑半球均受累。另有48/30(46.1%/28.9%)名患者单侧/双侧丘脑受累。48.1%的肿瘤不强化,47.1%的肿瘤主要为局灶性强化(图2A)

患者确诊中位年龄为11.8岁(范围1.3-18.8岁),男性为主,男女比例约为2:1。最常见的首发症状为癫痫发作(n=48, 46.2%)。WHO分级为III级的肿瘤最多,占65.4%(n=68),IV级占20.2%(n=21),II级占11.5%(n=12)(图2B)

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图2:整个队列的综合临床数据。A. 典型的大脑胶质瘤病影像学表现,上图为FLAIR相,示右侧枕叶、顶叶、颞叶高信号,累及对侧;下图为T1增强相,枕叶部分肿瘤多发轻微强化;B. GC的组织病理学特征;C. 根据WHO分级划分的治疗情况及预后;D. 不同级别肿瘤的PFS和OS。

79名患者(75.9%)接受放疗。94名患者(90.4%)接受化疗,其中替莫唑胺单药最为常见(n=52, 50%)。73名患者接受放疗和化疗联合治疗(70.2%,包括同步和/或序贯)。12名患者(11.5%)接受靶向治疗,包括EGFR抑制剂(n=7)和VEGF抑制剂(n=5)。共8名患者接受再放疗(补充表1、2A,略)

在最后一次随访时,7名患者(6.8%)存活。中位随访时间为83.1月(范围13.1-138.8月)。其中4名患者(3.8%)在确诊后生存超过5年。93名患者(89.4%)因肿瘤进展死亡,中位无进展生存期(PFS)为8.6月(Q1-Q3:4.3-14.0月),总生存期(OS)为15.5月(Q1-Q3:10.9-27.7月)。1年和2年总生存率为68.0%和28.1%。

在单因素分析中,与PFS和OS无显著关联的包括:受累脑叶数量(<5和≥5个)、双侧半球受累、幕下受累、双侧基底节受累、影像学的对比增强、性别、确诊年龄(±4岁、±10岁)。然而双侧半球受累患者无进展生存期显著缩短(6.5月 vs 10.4月,p=0.025),OS有下降趋势(p=0.059)。另外WHO分级与PFS(p=0.004)和OS(p<0.001)显著相关(图2D)。LGC中位OS为52.4月,HGC的中位OS为14.6月。在HGC中,强化与较差的PFS相关(6.2月vs 10.7月)。与LGC相比,HGC患者在一线治疗期间通常采取联合治疗(p=0.017)(图2C)。在HGC中,治疗方式与PFS有显著影响,接受放化疗联合治疗的患者比单纯化疗的患者PFS更长(9.6月 vs 4.3月)。在整个队列中,是否接受靶向治疗或总放疗剂量(<50Gy和>50Gy)与PFS无关。无论是低级别或高级别组,OS与治疗方式无关。在多因素分析中,WHO分级、治疗方式和强化与PFS相关(补充表3,略)

为了确定GC的预后是否较差,本研究对比了一个来自德国的高级别儿童胶质瘤参考队列。由于儿童高级别胶质瘤切除程度与预后明确相关,但由于GC不能完全切除,因此对照组只纳入部分切除的肿瘤(n=108)。与参考队列相比,HGC预后较差(中位OS 14.6月:16.5月,p=0.007)。在多因素分析中,是否为GC、切除程度和WHO分级与预后相关(补充图1A、B,略)

2、根据DNA甲基化结果对GC进行的亚型分析

在本研究中,共有52名患者(50%)的肿瘤样本可用,其中49例肿瘤样本接受甲基化分析,46例接受全外显子组测序(WES),43例二者同时进行(图1B,略)。根据甲基化特征,通过MNP12.5分类标准进行分类(图3A)。共有9例肿瘤被排除(9/49,18.4%)并被描述为NEC。根据甲基化分析,GC主要被分为弥漫性儿童型高级别胶质瘤,H3和IDH野生型:pedHGG_RTK2A/B型(n=19)、pedHGG_MYCN型(n=5)和pedHGG_A/B型(n=6,该组为一个尚未发表的新的分子亚组)。其余10例肿瘤中,3例肿瘤被分为DHG_G34型,1例为DMG_EGFR型,1例为MYB(L1)改变的弥漫性胶质瘤,1例为pedHGG_RTK1A/B/C型,该患者既往曾患白血病并接受过全中枢放疗。另有4例被分为成人型胶质瘤,包括A_IDH_LG型(n=2),GBM_RTK2型(n=1),GBM_MES_ATYP型(n=1)。

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图3:A.儿童GC的DNA甲基化聚类分析

研究者对比了Strum等对80例儿童大脑半球弥漫性高级别胶质瘤进行的甲基化分析数据,可知GC与儿童大脑半球弥漫性胶质瘤的甲基化特征存在显著差异。首先GC中不存在婴儿型半球胶质瘤,另外对照组中pedHGG_RTK1型数量较多,占50%(10/20),而GC中仅有1例(1/31)。相反,pedHGG_RTK2A/B在GC中较多(19/31),而对照组仅有1例(1/20)。由于样本数较少,无法对pedHGG_MYCN或pedHGG_A/B这两个亚型进行比较(图4A、B)

在通过甲基化阵列数据生成的DNA拷贝数谱中,GC存在很多儿童高级别胶质瘤常见的改变,例如1q的获得(11/49, 22.4%),6号染色体的结构改变如复杂重排、染色体臂的缺失/扩增(18/49, 36.7%)(图3B、C)。这些异常主要出现于pedHGG_A/B亚型(5/6),但在pedHGG_RTK2A亚型中未出现,后者拷贝数改变较少。

3、对其他GC队列的研究证实了特定亚型的分布情况

为了确定上述分类结果在其他GC队列中是否适用,研究者根据MNP12.5对已发表的18例儿童和25例成人GC队列的甲基化数据进行分析和重新分类。在儿童GC队列中观察到的分类情况与本研究队列类似:其中pedHGG_RTK2A/B型6例,pedHGG_A型1例,pedHGG_MYCN型1例。未检测到pedHGG_ RTK1型。另有IDH突变型胶质瘤3例,DHG_G34型2例,DMG_EGFR型1例。相比而言,成人GC主要分为A/O IDH型(n=11)、GBM_RTK1(n=4)型GBM_MES_TYP型(n=3)。儿童GC中常见1q+,而成人GC中常见7+/10-。

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图4:儿童GC与儿童大脑半球弥漫性胶质瘤甲基化亚型的分布和对比。A. 本队列(n=40)和Sturm等的儿童大脑半球弥漫性胶质瘤队列(n=80)。B. 不同亚型的出现频率,在两组间,pedHGG_RTK2A/B和pedHGG_RTK1A/B/C亚型的比例明显不同。

4、儿童GC中EGFR和BCOR变异频发

本研究中,通过外显子组测序发现各个亚型特异性的遗传学改变(图5A)。在26.1%(12/46)的肿瘤中发现EGFR改变(主要为错义突变),特别是在pedHGG_RTK2A/B亚组中发生率最高(8/17,47.1%),并且主要发生于细胞外结构域,未发现高频的热点突变(图5B)。另外,各有12例肿瘤存在TP53和BCOR突变。BCOR改变有四分之三出现于pedHGG_RTK2A亚组中。pedHGG_RTK2A亚组中常见的突变还包括PIK3CA、FBXW7和SETD2(图5A)

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图5:A. 儿童GC的全外显子测序结果以及关键的分子遗传学改变

5、根据CNS WHO CNS 5对分子数据进行整合

研究者随后根据WHO CNS 5,对所有可获取分子数据的肿瘤(n=52)基于甲基化阵列和标志性基因突变进行重新分类。大多数GC被分为弥漫性儿童型高级别胶质瘤,H3和IDH野生型(32/52,61.5%)。其他分类包括:星形细胞瘤,IDH突变型(5/52,9.6%)、弥漫性半球胶质瘤,H3 G34突变型(3/52,5.8%)。另外弥漫中线胶质瘤,H3 K27改变型、弥漫性星形细胞瘤,MYB/MYBL1改变型、成人型IDH野生型胶质母细胞瘤各2例。另有6例肿瘤为NEC。在所有IDH改变的肿瘤中均未发现1p/19q缺失。(详见图6A)。在儿童高级别胶质瘤中,存在IDH突变的肿瘤中位OS明显优于IDH野生型肿瘤(54.6月 vs 15.2月),但由于样本数量少,无统计学差异(图6B)。在9例低级别肿瘤中,4例为IDH1突变型肿瘤,2例为pedHGG_RTK2A,1例为弥漫性星形细胞瘤,MYB/MYBL改变型,另2例为NEC。

6、具有GC表型的弥漫性儿童型高级别胶质瘤,H3和IDH野生型的特征

在32名具有GC表型的弥漫性儿童型高级别胶质瘤,H3和IDH野生型患者中,共29名患者因肿瘤死亡(90.6%)。观察到几个因素与预后相关。首先该组患者的中位年龄为12.1岁。10名10岁以下的患儿与大于10岁的患儿相比,OS缩短(中位OS:10.3月 vs 17.7月,p=0.004)。另外,pedHGG_MYCN亚型的确诊年龄(中位年龄5.3岁)相较于pedHGG_ RTK2A/B和pedHGG_A/B亚型较小(中位年龄12.8岁)。pedHGG_RTK2A亚型肿瘤影响范围更广泛,受累及的脑叶中位数为5个,而其他两个亚型为3个(p=0.073)(图6C)。在单因素分析中,无论是基于甲基化区分的不同亚型或是否存在6号染色体结构改变,均与预后无关。在分子改变方面,仅有TP53改变与较差的OS相关(中位OS:9.7月 vs 18.4月,p<0.001)。在包括年龄、甲基化分型和TP53改变等的多因素分析中,也仅有TP53改变与OS相关(p=0.008)。

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图6:基于WHO CNS 5对儿童GC进行分型和整合。A. 内圈根据WHO CNS 5与甲基化数据及全外显子数据相结合,代表了不同的肿瘤类型;中圈为肿瘤的甲基化分型以及最常见的遗传学改变,与肿瘤类型相匹配;外圈为6号染色体重排的频率。B-C. 根据上述分型和分类的生存情况分析。

本研究旨在提高对儿童大脑胶质瘤病这一特殊表型的认识。与大脑半球原发性高级别胶质瘤相比,大脑胶质瘤病这一表型意味着不良的预后。根据2007/2016 WHO中枢神经系统肿瘤分类标准,组织学分级与预后显著相关。另外,儿童LGC与儿童型低级别胶质瘤不同,大多数患者死于肿瘤进展。而且除了MYB/MYBL1改变外,儿童LGC缺乏儿童型低级别胶质瘤的特征性分子改变。相反,在9例可获取数据的LGC中,4例存在IDH突变,这说明儿童LGC与儿童型低级别胶质瘤具有不同的分子起源。不过存在MYB/MYBL1改变和IDH突变的儿童LGC具有较好的预后,可能是该亚组生存期较长的一个因素。总之,研究者指出:具有低级别特征的GC也应视为高级别肿瘤,并按高级别肿瘤治疗。但存在MYB/MYBL1改变或IDH突变的肿瘤的恰当治疗策略仍有待进一步确定。

根据WHO CNS 5分类标准,大脑胶质瘤病这一表型与几种弥漫性胶质瘤相关,特别是弥漫性儿童型高级别胶质瘤,H3和IDH野生型。甲基化分型主要包括pedHGG_RTK2A/B、pedHGG_A/B和pedHGG_MYCN型。上述亚型具有相似的临床特征,在t-SNE中紧密聚类。然而,本研究和另一项独立的儿童GC队列中均未发现pedHGG_ RTK1A/B/C型肿瘤,而该型占所有弥漫性儿童型高级别胶质瘤,H3和IDH野生型的三分之一,在本研究的对照组中占一半。

在本研究的大脑胶质瘤病队列中,EGFR和BCOR基因异常的发生频率出人意料地高。已发表的两个儿童幕上胶质瘤队列中,EGFR突变的发生频率分别为11/326(3.4%)和11/326(3.4%)。总体上弥漫性儿童型高级别胶质瘤,H3和IDH野生型常见EGFR扩增,这与本队列中常见EGFR突变不一致。在弥漫中线胶质瘤,EGFR改变型中,常见EGFR热点突变,该型肿瘤常位于双侧丘脑且呈弥漫性浸润。但是儿童GC的EGFR突变并非发生于基因的特定区域。既往研究显示BCOR和FBXW7改变主要出现于H3改变的高级别胶质瘤中,而SETD2改变主要出现于幕上H3野生型儿童胶质瘤中。BCOR、PIK3CA、FBXW7或SETD2的改变(主要发生于本队列的pedHGG_RTK2A亚组中)是否与基于甲基化的特定亚型或与GC表型本身相关,有待未来进一步明确。本研究中,儿童GC的特征性改变为6号染色体的结构性异常,在多种病理类型(根据WHO CNS 5分类标准)的肿瘤中均有分布。但6号染色体异常在儿童高级别胶质瘤中尚未被详细描述,其重要性需要进一步研究。综合来看,GC的甲基化分类主要为pedHGG_RTK2A/B和pedHGG_A/B亚型,而pedHGG_ RTK1A/B/C型缺失,该结果可在一个独立的外部队列中重复。总而言之,上述结果都说明具有GC表型的儿童弥漫性胶质瘤具有独特的分子特征。

儿童GC缺乏特定的治疗建议。研究者发现在儿童高级别GC中,一线治疗方式与PFS存在显著关联。接受一线化疗和放疗联合治疗的患者PFS优于仅接受单纯化疗的患者。但整个队列以及不同亚组的OS并无显著差异。这可能是由于大多数患者在疾病进展后才接受放疗。本研究中患者的治疗方式具有很大的差异性。未来,儿童GC可能需要特定的治疗手段,但由于此类肿瘤的罕见性,难以开展前瞻性研究。研究者建议在未来针对儿童高级别胶质瘤的临床研究中对GC进行特别的关注,或在甲基化研究中关注符合GC影像学表现的肿瘤,这有助于深入了解此类肿瘤。对于GC的治疗应考虑肿瘤个体的分子特征,并制定个体化的治疗方案(如EGFR抑制剂)。

结论

儿童GC具有独特的分子特征,此类肿瘤以pedHGG RTK2A/B和pedHGG_A/B甲基化亚型为主,常见EGFR、BCOR和6号染色体结构改变。不存在pedHGG_RTK1A/B/C甲基化亚型或CDKN2A/B、PDGFRA 改变。组织病理级别、高级别GC中的强化、以及TP53突变等特征与预后相关。综上所述,本研究加深了对儿童GC的理解。

注:本文仅为对原文的摘录和翻译,不能完全反应原文信息,如有需要请参考原文。本文所涉及的药物处于研究阶段,所有内容均不作为对疾病的治疗建议。

参考资料:Nussbaumer et al. Gliomatosis cerebri in children: A poor prognostic phenotype of diffuse gliomas with a distinct molecular profile. Neuro-Oncology. 26(9), 1723-1737, 2024.