2021 年世卫组织中枢神经系统肿瘤分类 （第五版）分子诊断指标解读之常见肿瘤分子变异

乔帮主

【摘要】 2021年世界卫生组织中枢神经系统肿瘤分类（第五版，简称新版肿瘤分类）在组织学诊断的基础上引入一系列分子诊断指标，形成整合诊断及分层报告体系，并新定义多种肿瘤类型和亚型，反映出目前神经肿瘤相关领域对此类疾病遗传背景和临床特征的理解。本文综述新版肿瘤分类关键的分子诊断指标及相应检测方法，旨在为临床认识疾病、管理肿瘤患者提供帮助。这一期主要内容——中枢神经系统常见肿瘤分子变异。
随着病理学的发展和病理检测技术的进步，尤其是第二代测序技术（NGS）、全基因组甲基化测序（WGBS）等组学技术的提高，肿瘤遗传背景和发生发展机制逐渐清晰。越来越多的分子生物学标志物被证实在中枢神经系统（CNS）肿瘤分类、分型、分级、治疗和预后方面发挥重要作用。2016 年世界卫生组织（WHO）中枢神经系统肿瘤分类第四版修订版（以下简称第四版修订版）首次在组织学形态的基础上引入分子表型，提出整合诊断的理念，旨在提高病理诊断的客观性和可重复性，完善个体化管理流程，促进临床试验、基础实验和流行病学研究的开展，并为优化资源配置、制定政策提供支持。
1.成人型弥漫性胶质瘤
IDH突变是成人型弥漫性胶质瘤的重要诊断标志物。脑胶质瘤最常见的IDH突变为IDH1基因第132位密码子突变（以R132H突变最常见，其他包括R132C、R132S、R132G和R132L等），其余为IDH2基因第172位密码子突变（包括R172G、R172M和R172W等）及其他少见密码子突变（如IDH1R49等）。IDH突变的弥漫性胶质瘤若伴1p/19q共缺失，则诊断为少突胶质细胞瘤，IDH突变和1p/19q共缺失型；其中，TERT启动子突变、NOTCH1突变、FUBP1突变和CIC突变是此种类型胶质瘤的常见分子特征；IDH突变但是不伴1p/19q共缺失的弥漫性胶质瘤，诊断为星形细胞瘤，IDH突变型；ATRX突变、TP53突变是此种类型胶质瘤的典型分子变异，也是重要的辅助诊断标志物；而CDKN2A/B纯合性缺失是此种类型肿瘤的分级标志物，有CDKN2A/B缺失的IDH突变型星形细胞瘤诊断为星形细胞瘤，IDH突变型，CNSWHO4级。组织学形态表现为坏死或微血管增生的IDH野生型弥漫性胶质瘤，则诊断为胶质母细胞瘤，IDH野生型；组织学形态呈CNSWHO2级或3级的IDH野生型弥漫性星形细胞瘤，如果有EGFR扩增、第7号染色体扩增/第10号染色体缺失（+7/-10）、TERT启动子突变上述3种分子变异之一，也可诊断为胶质母细胞瘤，IDH野生型，同时这3分子变异也是此类肿瘤预后相关的分子生物学标志物。
2.儿童型弥漫性低级别胶质瘤
新版肿瘤分类首次引入儿童型弥漫性低级别胶质瘤的概念，组织学形态表现为弥漫性低级别胶质瘤，主要发生于儿童，亦可见于成人，通常有癫病史。分子变异分为MYB或MYBL1变异型和丝裂原激活蛋白激酶（MAPK）通路变异型两大类。
（1）MYB或MYBL1变异型：MYB是含MYB/SANT结构域转录因子家族的基因之一，在控制造血及其他祖细胞增殖和分化中发挥重要作用，在白血病和实体肿瘤中扮演原癌基因的角色。MYBL1基因的作用与之类似。MYB或MYBL1变异形式包括基因拷贝数变异和基因融合（MYB伴侣基因有QKI、ESR1、MMP16、MAML2、PCDHGA1等，MYBL1伴侣基因有RAD51B、MAML2、ZFHX4、TOX等）。尽管研究显示，MYB或MYBL1变异的低级别胶质瘤具有相似的DNA甲基化谱（DNAmethylomepatterns），但尚待多中心大样本研究进一步证实。新版肿瘤分类结合组织学形态和分子特征将MYB或MYBL1变异型肿瘤分为弥漫性星形细胞瘤，MYB或MYBL1变异型和血管中心型胶质瘤（MYB⁃QKI融合常见）两种类型。
（2）MAPK通路变异型：MAPK信号转导通路是真核细胞重要的信号转导系统，通过三级激酶级联反应转导细胞外信号，参与细胞生长、分化、凋亡等多种生理过程，与肿瘤发生发展密切相关。胶质瘤MAPK通路相关基因变异包括NF1、BRAF、FGFR1、CRAF、NTRK、PTPN11、ROS1等。青年人多形性低级别神经上皮肿瘤（PLNTY）的分子变异包括BRAFV600E、FGFR3⁃TACC3融合、FGFR2⁃CTNNA3融合、FGFR2⁃KIAA1598融合。弥漫性低级别胶质瘤，MAPK通路变异型的常见分子变异包括FGFR1酪氨酸激酶结构域（TKD）重复、FGFR1突变、FGFR1融合，以及BRAFV600E突变、BRAF融合、BRAF插入突变［18］。由于MAPK通路变异型肿瘤中部分分子变异缺乏特异性，故组织学形态和免疫组化染色等经典病理诊断方法和结果十分重要。
3.儿童型弥漫性高级别胶质瘤
（1）组蛋白H3变异型：H3是参与真核细胞染色质结构的5个主要组蛋白之一，其序列变异和修饰状态在基因的动态和长期调控中发挥重要作用。新版肿瘤分类新增弥漫性中线胶质瘤，H3K27变异型，进一步拓展弥漫性中线胶质瘤的定义。根据分子变异分为3种亚型，即H3K27突变型（包括H3K27M和H3K27I）、EGFR突变型（多累及丘脑）、H3野生伴EZHIP过表达型。H3K27突变发生于H3.3（编码基因H3F3A）和H3.1（编码基因HIST1H3B/C），其中H3F3A突变率约为HIST1H3B/C的3倍，且预后更差。TP53突变、ACVR1突变、PPM1D突变和PDGFRA扩增等分子变异是H3K27突变型弥漫性中线胶质瘤的常见分子遗传学特征。另一携带组蛋白H3变异的肿瘤是弥漫性半球胶质瘤，H3G34突变型，主要发生于大脑半球，表现为组蛋白H3.3第34位甘氨酸（Gly）被精氨酸（Arg）或缬氨酸（Val）取代的错义突变（H3.3G34R/V）。胶质瘤H3.3G34突变主要发生于H3F3A基因，常伴ATRX突变、TP53突变。
（2）H3野生和IDH野生型：弥漫性儿童型高级别胶质瘤，H3野生和IDH野生型好发于儿童和青年，具备高级别肿瘤组织学特征，但分子病理学特征表现为IDH野生型、组蛋白H3野生型。根据DNA甲基化特征可以分为儿童型高级别胶质瘤RTK1型、儿童型高级别胶质瘤RTK2型和儿童型高级别胶质瘤MYCN型，其中，RTK2型伴高频率的EGFR扩增和CDKN2A/B纯合性缺失，预后较好；MYCN型伴高频率的MYCN扩增和ID2扩增，预后最差；RTK1型伴高频率PDGFRA扩增。
（3）婴儿型半球胶质瘤：主要发生于婴幼儿，位于大脑半球，分子遗传学特征为受体酪氨酸激酶（RTK）家族变异，主要包括NTRK家族基因（NTRK1/2/3）融合、ROS1融合、MET融合、ALK融合。
4. 局限性星形细胞胶质瘤
毛细胞型星形细胞 瘤 最 常 见 的 分 子 变 异 是 KIAA1549 ⁃ BRAF 融 合（> 70%），其他变异包括其他形式的 BRAF 融合（伴侣基因为 FAM131B、RNF130 等）、BRAF V600E 突变、 NF1 突变、FGFR1 变异（包括突变、融合或内部串联 重复）等。多形性黄色瘤型星形细胞瘤最常见的是 BRAF V600E 突变，其他变异包括CDKN2A/B 纯 合性缺失、第 3 和 7 号染色体获得等；由于多形性黄色瘤型星形细胞瘤亦可部分携带TERT 启动子突变［11］，因此诊断 IDH 野生型且仅 TERT 启动子突变 肿瘤时，须注意组织学诊断的准确性。室管膜下巨 细胞型星形细胞瘤发病与多发性硬化密切相关，故 常伴 TSC1 和 TSC2 突变［1］。脊索样胶质瘤最常见的 分子变异为 PRKCA D463H 突变［29⁃30］，部分肿瘤还可 携带 BRAF V600E 突变［31］。有毛细胞样特征的高级 别星形细胞瘤是新版肿瘤分类新定义的肿瘤，具有 特征性 DNA 甲基化谱，但是组织学特征无特异性。部分肿瘤表现出间变性和毛细胞样组织学特征，同 时伴高频率 MAPK 通路基因变异（包括 BRAF 突变 和融合、NF1 突变、FGFR1 突变和融合、KRAS 突变）， CDKN2A/B 纯合性缺失和 ATRX 突变［32⁃34］。具有典 型星形母细胞瘤组织学形态的肿瘤，若携带 MN1 变 异（MN1⁃BEND2 融合和 MN1⁃CXXC5 融合，常伴染色 体 22q 和 X 染色体大量杂合性缺失），则可诊断为星 形母细胞瘤，MN1 变异型［35⁃37］。
5. 胶质神经元和神经元肿瘤
MAPK 通路相关 基因变异是多种胶质神经元和神经元肿瘤的典型 分子病理学特征。神经节细胞胶质瘤最常见的分 子变异是 BRAF V600E 突变（20% ~ 60%）［1］，还涉及 多 种 BRAF 融 合（伴 侣 基 因 包 括 MACF1、AGK、 GNAI1、KIAA1549、FXR1）［1，18］。胚胎发育不良性神 经上皮肿瘤 FGFR1 酪氨酸激酶结构域重复、FGFR1 突变和 FGFR1⁃TACC1 融合常见［18］，同时可检测到 BRAF V600E 突变或融合、PDGFRA 突变等［18，38⁃39］。 形成菊形团的胶质神经元肿瘤以 FGFR1 突变最常 见（突变形式包括 N546K 和 K656E），伴 PIK3CA 突 变、NF1 突变，偶见 PTPN11 突变［40］。
弥漫性软脑膜胶质神经元肿瘤常见 KIAA1549⁃BRAF 融合和第 1 号 染色体短臂缺失［41］，基于其 DNA 甲基化特征可以分 为两种亚型，MC ⁃1 型（1p/19q 共缺失比例较高）和 MC⁃2 型（伴染色体 1q 获得）［42］。其中，MC⁃2 型无进 展生存期（PFS）和总生存期（OS）较差，可能与染色 体 1q 获得有关［43］。多结节和空泡状神经元肿瘤的 典型分子变异也与 MAPK 通路相关，包括 BRAF 突 变 、MAP2K1 变 异（突 变 和 阅 读 框 内 缺 失）以 及 FGFR2⁃INA 融合［44］。脑室外神经细胞瘤主要特征 为 FGFR1⁃TACC1 融合（60%），亦可见 FGFR3⁃TACC3 融合和 FGFR1⁃EVI5 融合［45］。其他常见分子变异包 括乳头状胶质神经元肿瘤常见的 PRKCA 融合（主要 为 SLC44A1 ⁃PRKCA 融 合 ，偶 见 NOTCH1 ⁃PRKCA 融 合）［46⁃47］ 以 及 小 脑 发 育 不 良 性 神 经 节 细 胞 瘤 （Lhermitte⁃Duclos 病）的 PTEN 胚系变异［1］。新版肿 瘤分类新增的两种类型肿瘤中，黏液样胶质神经元 肿瘤伴 PDGFRA K385 突变（K385L/I）［48⁃49］，其 DNA 甲基化特征与胚胎发育不良性神经上皮肿瘤相似； 有少突胶质细胞瘤样特征和核簇的弥漫性胶质神 经元肿瘤也是具有特征性 DNA 甲基化谱的肿瘤，伴 第 14 号染色体单体，常发生于儿童［50］。
6. 室管膜肿瘤
室管膜肿瘤的分子特征与其解 剖部位、年龄等因素密切相关［51］。幕上室管膜瘤以 融合基因为主要特征，可分为 ZFTA 融合阳性型和 YAP1 融合阳性型。ZFTA（C11orf95）的融合方式主 要为 ZFTA⁃RELA 融合，导致核因子⁃κB（NF⁃κB）信号 转导通路过度激活，预后相对较差［52⁃53］；其他融合方 式包括 ZFTA ⁃MAML2，ZFTA ⁃NCOA1 等，ZFTA 融合 阳性的幕上室管膜瘤有相似的 DNA 甲基化特征［52］。 YAP1 融合的方式主要为 YAP1⁃MAMLD1 融合，部分 为 YAP1⁃FAM118B 融合，YAP1 融合阳性型主要发生 于 儿 童（< 3 岁），预 后 相 对 较 好［54⁃55］。 非 ZFTA 非 YAP1 融 合 的 幕 上 室 管 膜 瘤 比 例 较 低 ，部 分 伴 MAML2 ⁃ ASCL2、MARK2 ⁃ ADCY3、RTN3 ⁃ NCOA1、 MTMR3⁃NCOA3 等融合，部分缺乏典型分子病理学 特征（组织学形态表现为伸长细胞型室管膜瘤或星 形母细胞瘤）［54，56］。后颅窝室管膜瘤表现为特征性 DNA 甲基化谱，可分为 PFA 组和 PFB 组［57］。PFA 组 主要发生于婴幼儿，多数具有间变性特征，预后较 差，组蛋白 H3 K27me3 表达缺失、CXorf67 过表达； PFB 组主要发生于大龄儿童或者成人，预后相对较 好，组蛋白 H3 K27me3 表达正常［58⁃59］。染色体 1q 获 得也是后颅窝室管膜瘤预后不良的生物学标记之 一［51］。脊髓室管膜瘤中有一类以 MYCN 扩增为特 征，具有很强的侵袭性和转移能力，预后较差［60］。 由于脊髓室管膜瘤是 2 型神经纤维瘤病的特征性病 变之一，故常伴 NF2 变异［1］。
7. 胚胎性肿瘤
第四版修订版已对髓母细胞瘤 进行分子分型，新版肿瘤分类延续这一分子分型体系，并予以更详细阐释［1，4］。WNT活化型最常见的分子变异为 CTNNB1 突变和第 6 号染色体单体，其次为DDX3X、SMARCA4、KMT2D、TP53、PIK3CA、 CSNK2B 等突变，APC 胚系变异与该亚型的发生具 有一定相关性［1，61］。SHH 活化型的常见分子变异为 TP53、PTCH1、SUFU、SMO 等 突 变 ，MYCN、GLI1、 GLI2 等扩增，第 9 号染色体长臂、第 10 号染色体长臂、第17 号染色体短臂缺失，以及 TERT 启动子突变等［61］。非 WNT/非 SHH 活化型的常见分子变异为 MYC、MYCN、OTX2 等扩增，GFI1、GFI1B、PRDM6 激 活 ， SMARCA4、 KBTBD4、 CTDNEP1、 KMT2D、 KDM6A、ZMYM3、KMT2C、KMT2D 等 突 变 。 基于DNA甲基化特征，SHH 活化型分为 α、β、γ、δ 共 4 种 亚型，非 WNT/非 SHH 活化型分为 8 种亚型，不同亚 型临床特征及驱动基因有所不同［62］。其他中枢神 经系统胚胎性肿瘤中，非典型性畸胎样/横纹肌样肿 瘤（AT/RT）典型分子变异为 SMARCB1 或 SMARCA4突变，基于 DNA 甲基化特征将 SMARCB1 突变的肿 瘤分为 3 种亚型，即 AT/RT ⁃TYR 型、AT/RT ⁃SHH 型 和 AT/RT⁃MYC 型［63］。有多层菊形团的胚胎性肿瘤 的典型分子变异为 C19MC 扩增［染色体 19q13.42， 涵盖一簇微小 RNA（miRNA），约 90%］、DICER1 突 变（约 5%）、MIR17HG 扩增（miRNA17 ~ 92 簇）［1，64⁃65］。
中枢神经系统神经母细胞瘤，FOXR2 活化型的组织 学形态表现为神经母细胞瘤或节细胞神经母细胞 瘤（GNB），分子病理学特征为染色体重排致 FOXR2 过表达（包括重复、缺失、易位、线粒体基因插入等， 部分产生 FOXR2 相关融合基因），常伴染色体 1q 获得，具有独特的 DNA 甲基化特征［66］。有BCOR 内部 串联重复的中枢神经系统肿瘤典型的分子病理学 特征为 BCOR 基因外显子 15 内部串联重复［66⁃67］。
8. 脑膜瘤
脑膜瘤是最常见的原发性颅内肿瘤，其分子变异与性别、肿瘤解剖部位等具有一定 相关性［68］。约 60% 的脑膜瘤可检出 NF2 变异，包括 移码突变、等位基因失活、错义突变等［1，69］。非 NF2 变异的脑膜瘤较复杂，包括 Hedgehog 信号转导通路 变异（SMO、SUFU、PRKAR1A、PTCH1/2 等）、磷脂酰 肌 醇 3 ⁃ 激 酶（PI3K）信 号 转 导 通 路 变 异（PTEN、 AKT1、PIK3CA、PIK3R1 等）、染色体重塑复合物变异 （SMARCB1、SMARCE1、ARID1A、PBRM1 等）及 其 他 基因变异（KLF4、BAP1、POLR2A、DMD 等）［70］。部分 分子病理学特征与脑膜瘤组织学亚型相关，例如 TRAF7 和 KLF4 突变是分泌型脑膜瘤的分子生物学 标志物［70］，TRAF7、POLR2A、ATK1 突变是内皮型脑 膜瘤的标志物［69⁃70］，SMARCE1 突变是透明细胞型脑 膜瘤的标志物［71］，BAP1 和 PBRM1 突变是横纹肌样 型脑膜瘤和乳头状型脑膜瘤的标志物［72⁃73］。另一部 分与肿瘤恶性程度有关，如组蛋白 H3 K27me3 表达 缺失与脑膜瘤复发密切相关［74⁃75］，TERT 启动子突变 和 CDKN2A/B 纯合性缺失是 CNS WHO 3 级脑膜瘤 的分子生物学标志物［76⁃77］。此外，染色体 1p、6q、9p、 10、14q、18q、22q 缺失，染色体 1q、9q、12q、15q、20q 获得以及某些基因（如 NRDG2、MEG3、PDGFR 等） DNA 甲基化水平或表达变化也与脑膜瘤的发生发 展密切相关［1，70］。基于 DNA 甲基化特征，脑膜瘤分 为两组 6 型，其中，A 组包括 benign⁃1 型、benign⁃2 型、 benign ⁃ 3 型 和 intermediate A 型 ，B 组 包 括 intermediate B 型、malignant 型，不同亚型的解剖部 位、驱动基因和临床预后等有所差异［78］。值得注意 的是，发生于儿童的脑膜瘤有不同的分子病理学特 征，除与肿瘤易感综合征相关的分子变异外，YAP1 融合可能与部分 NF2 野生型儿童脑膜瘤有关［79］。
9. 中枢神经系统其他肿瘤
松果体区促纤维增 生性黏液样肿瘤，SMARCB1 突变型发生于松果体 区 。 免 疫 组 化 染 色 ，胞 核 整 合 酶 相 互 作 用 分 子 1 （INI ⁃ 1）表 达 缺 失 、而 表 达 上 皮 膜 抗 原（EMA）和 CD34，分子病理学特征为 SMARCB1 缺失（纯合性或 杂合性缺失）或移码突变，与 AT/RT⁃MYC 型具有相 似的 DNA 甲基化特征［80］。孤立性纤维性肿瘤的典 型分子变异为 NAB2⁃STAT6 融合。免疫组化染色， 胞核表达信号传导与转录激活因子 6（STAT6）。弥漫性脑膜黑色素细胞肿瘤包括脑膜黑色素细胞 增生症和脑膜黑色素瘤病，NRAS（常见突变位点为 Q61）突变频率较高；局限性脑膜黑色素细胞肿瘤 包括脑膜黑色素细胞瘤和脑膜黑色素瘤，则可检测到 GNAQ（常见突变位点为 Q209）、GNA11（常见突变 位点 Q209）、CYSLTR2（常见突变位点 L129）、PLCB4 （常见突变位点 D630）、BAP1、EIF1AX、SF3B1 等突变。牙釉质细胞瘤型颅咽管瘤以 CTNNB1 突变 为 特 征（约 95%），乳 头 状 型 颅 咽 管 瘤 以 BRAF V600E 突变为特征（81% ~ 95%），二者具有特征性 DNA 甲基化谱，新版肿瘤分类将上述肿瘤归为不同类型。
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