【文献学习】高级别/进展性脑膜瘤的分子分型

简 介

在过去的十年里，学术界对脑膜瘤分子生物学机制的研究取得了长足进步。这得益于2013年两项具有里程碑意义的大规模基因测序研究，这些研究指出NF2突变是脑膜瘤最常见的分子遗传学机制，另外AKT1、SMO、TRAF7和KLF4突变与颅底良性脑膜瘤密切相关。由此之后，研究者开展了大量工作，发现了更多与脑膜瘤有关的分子生物学改变。部分改变与高级别和预后较差的脑膜瘤相关，如TERT启动子突变和重排，BAP1、PBRM1、ARID1A、SMARCE1、DMD等基因的失活突变。某些突变好发于特定的病理类型，如透明细胞型脑膜瘤常见SMARCE1突变，乳头状脑膜瘤和横纹肌样脑膜瘤常见BAP1和PBRM1突变。

WHO Ⅱ级和WHO Ⅲ级脑膜瘤占所有脑膜瘤的25%，预后不良，容易复发和侵袭性生长，造成患者死亡。这些肿瘤的异质性强，部分肿瘤初发时为良性脑膜瘤，多年后出现侵袭型生长的特征（可能仍为Ⅰ级肿瘤，也可能为更高级别的肿瘤）。而部分肿瘤初发时即为高级别肿瘤。长久以来，研究者试图寻找能有效预测脑膜瘤复发和恶变的指标，以指导临床诊疗。尽管近年来发现了很多与脑膜瘤有关的基因突变，但在高级别/进展性脑膜瘤中只有35%存在已知的高频突变。这说明很多肿瘤的遗传学改变仍未被鉴别。现有针对高级别脑膜瘤分子生物学改变的研究在鉴别高频突变和区分分子亚型方面存在不足。2020年一项新研究对850例高级别脑膜瘤和临床表现为进展性生长的WHO Ⅰ级肿瘤进行了完整的基因组分析，以鉴别上述肿瘤中存在的高频突变，加深对脑膜瘤分子生物学机制的认识，同时为开发新的靶向治疗手段提供参考。

研究结果

本研究中共纳入了850例高级别/进展性脑膜瘤。其中男女比例为1:1.2。患者中位年龄为57岁。共包括441例WHO Ⅱ级肿瘤，176例WHO Ⅲ级肿瘤，另有220例反复进展的WHO Ⅰ级肿瘤。幕上肿瘤共430例，颅底肿瘤243例，转移至头部皮肤和其他颅外部位的肿瘤32例，椎管内肿瘤30例。另有114例解剖部位不明。本队列中，22q缺失（84.1%）和1p缺失（68.8%）是最常见的拷贝数改变，NF2突变是最常见的基因突变（55.7%）。虽然22q缺失与NF2突变相关，但有个别存在22q缺失的肿瘤未检测到NF2突变，提示NF2基因存在隐匿失活的可能性。NF2基因突变的频率随肿瘤级别的增高而显著提高：WHO Ⅰ级肿瘤为36.8%，WHO Ⅱ级肿瘤为60.1%（p=0.0001），WHO Ⅲ级肿瘤为69.3%（p=0.0001）。另外男性患者NF2突变发生率高于女性患者（64% vs 48.7%）。除NF2突变外，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子通路相关基因的改变，如CDKN2A/B缺失（123/850,14.4%），CDKN2C突变（16/850,1.9%）,CDK4扩增（17/850,2%）。其他高频突变包括：TERT启动子突变（7.1%），ARID1A突变（5.4%），PTEN突变（4.3%），KDM6A突变（3.5%），SUFU突变（2.7%），TP53突变（2.9%），BAP1突变（2.7%）。但研究者未检测到任何可作为治疗靶点的高频基因重排。综合以上数据，研究者将高级别/进展性脑膜瘤分为三个亚型：NF2突变相关型脑膜瘤、NF2突变未知型脑膜瘤，非NF2突变型脑膜瘤，并进一步分析。

图：高级别/进展性脑膜瘤三种分子分型的对比

NF2突变相关型脑膜瘤

本型脑膜瘤的特征为存在NF2突变，包括426例脑膜瘤，占所有肿瘤的50.1%。NF2基因突变的种类为：错义突变（93%），拷贝缺失（4.5%），结构重排（2.5%）。绝大多数肿瘤同时存在22q LOH（99.7%）和1p缺失（76.9%）。另外，相较于NF2野生型脑膜瘤，NF2突变型脑膜瘤中CDKN2A/B，KDM6A、ARID1A、PTEN、FBXW7和SUFU突变的比例较高。CDKN2A/B基因纯合性缺失在NF2突变型肿瘤中的发生率为19.7%，高于NF2野生型肿瘤的8.0%，且具有统计学差异（p=0.0001）。CDKN2A/B基因纯合性缺失的发生频率随肿瘤级别的提高而升高。在WHO Ⅲ级肿瘤中出现的比例达到42.6%，明显高于WHO Ⅱ级肿瘤的10.6%，而仅有1例WHO Ⅰ级肿瘤存在该改变（0.4%）（p=0.0001）。另外，CDKN2A/B基因纯合性缺失在男性患者中的发生率明显高于女性患者。

染色质调节基因ARID1A突变在NF2突变型脑膜瘤中的发生率为7%，高于NF2野生型肿瘤的3.2%（p=0.013）。ARID1A在WHO Ⅲ级肿瘤中出现的比例最高，达14.8%，高于WHO Ⅱ级肿瘤的4.1%和WHO Ⅰ级肿瘤的0.4%。另外，该突变可与其他基因突变如CDKN2A/B、KDM6A、PTEN、FBXW7、SUFU共存。PTEN突变在NF2突变型脑膜瘤中的发生率为5.9%，高于NF2野生型肿瘤的2.6%（p=0.028）。该突变在WHO Ⅲ级肿瘤中出现的比例最高。该突变可与CDKN2A/B、KDM6A、SUFU突变共存。KDM6A突变在NF2突变型脑膜瘤中的发生率为4.9%，高于NF2野生型肿瘤的1.9%（p=0.023）。另外SUFU、FBXW7突变在NF2突变型脑膜瘤中的发生率分别为3.7%和4.9%。FBXW7突变与PTEN、KDM6A突变是互斥的。

图：NF2突变相关型脑膜瘤中高频突变的共存情况

NF2突变未知型脑膜瘤

本型脑膜瘤的特征为存在TERT启动子（TERTp）突变和TP53突变，包括79例肿瘤，占所有肿瘤的9.3%。有35例NF2突变型肿瘤存在TERTp突变，21例NF2野生型肿瘤存在该突变，无统计学差异。TERTp突变在WHO Ⅲ级肿瘤中出现的比例较高，达14.5%，高于WHO Ⅱ级肿瘤的6.7%和WHO Ⅰ级肿瘤的2.5%（p=0.0001）。有9例NF2突变型肿瘤存在TP53突变，而16例NF2野生型肿瘤存在该突变，无统计学差异。TP53突变在WHO Ⅲ级肿瘤中出现的比例最高，达6.8%，高于WHO Ⅱ级肿瘤的2.2%和WHO Ⅰ级肿瘤的0.9%（p=0.0018）。本组中有2例肿瘤同时存在TERTp突变和TP53突变。该型常见的其他遗传学改变包括CDKN2A/B缺失（36.7%），22q缺失（91.2%）和1p缺失（82.5%）。

非NF2突变型脑膜瘤

本型脑膜瘤可进一步分为三个亚型：

第一亚型：共33例，特征是存在BAP1（n=22）和PBRM1（n=16）突变，二者同时存在5例。该亚型以高级别脑膜瘤为主，存在BAP1突变的脑膜瘤中，高级别脑膜瘤占81%。而存在PBRM1突变的脑膜瘤中高级别脑膜瘤占87.5%。该亚型存在NF2突变（4/33）、22q缺失（45%）和1p缺失（40%）的比例较低。该型的一大特点是横纹肌样型和乳头型脑膜瘤的比例较高，而且部分肿瘤同时存在上述两种病理学特征。既往研究也显示，乳头型脑膜瘤常见PBRM1突变。

第二亚型：共46例，特征是存在AKT1（n=26）、PIK3CA（n=14）和SMO（n=6）突变。该亚型女性患者比例较高（37/46），良性脑膜瘤占70.4%（31/46），且好发于颅底。另有14例肿瘤为WHO Ⅱ级脑膜瘤，部分肿瘤存在TERTp、TP53、PTEN、CDKN2A/B的突变，提示此型脑膜瘤并非全部为良性肿瘤，在进展的过程中可能产生其他遗传学改变，出现更具侵袭性的行为。

第三亚型：共237例，该型肿瘤不存在前文所述各亚型的特征性基因改变（NF2、TERTp、TP53、BAP1、PBRM1、AKT1、SMO和PIK3CA）。本型中有47.2%的肿瘤存在22q缺失。可能需要进一步研究该型肿瘤发生的遗传学机制并进行归类。

播散型脑膜瘤

本研究共纳入了35例出现播散转移的脑膜瘤（4%）。其中3例出现椎管内播散转移，32例出现中枢神经系统外转移。WHO Ⅱ级肿瘤16例，WHO Ⅲ级肿瘤11例。在三个分子亚型中均存在此类肿瘤，主要的遗传学改变为：NF2（54.3%）、CDKN2A/B（22.9%）、BAP1（11.4%）、ARID1A（11.4%）、TERTp（9.4%）、TP53（5.7%）。未观察到上述改变与肿瘤播散之间的相关性。

本研究是迄今为止针对高级别/进展性脑膜瘤开展的分子生物学研究中规模最大的。研究者设计的二代测序Panel覆盖300余个基因，可检测与恶性脑膜瘤进展相关的关键基因及信号传导通路。通过以上研究，将高级别/进展性脑膜瘤分为三个分子亚型。

与NF2突变相关的脑膜瘤被称为“经典型（canonical）”脑膜瘤。其中20%存在CDKN2A/B基因的纯合缺失。对于上述患者，CDK4/CDK6抑制剂可作为潜在的靶向药物并正在开展临床研究（NCT02523014）。另外，抑癌基因KDM6A突变在此型肿瘤中出现的频率高于NF2野生型脑膜瘤，既往研究发现，H3K27me3水平升高和PRC2高甲基化是NF2突变型高级别脑膜瘤的特征之一。而KDM6A可拮抗PRC2，并促进H3K27的去甲基化。本研究可部分印证在NF2突变型高级别脑膜瘤中KDM6A突变导致PRC2的高甲基化。

NF2突变未知型脑膜瘤中既包含NF2突变型肿瘤，亦包含NF2野生型肿瘤，由此得名。该型脑膜瘤存在TERTp或TP53突变，预后差。本研究中WHO Ⅲ级肿瘤出现TERTp突变的频率分别为14%，明显高于较低级别的肿瘤。由于脑膜瘤的异质性，以及TERTp突变作为肿瘤进展过程中的“晚期事件”或其他TERT改变（如基因重排）的存在，高级别脑膜瘤中TERTp突变的频率可能被低估。NF2突变未知型脑膜瘤预后较差，但可能难以采取靶向治疗。非NF2突变型脑膜瘤可进一步分为3个亚型。其中第一亚型的特征是BAP1和/或PBRM1突变。该型肿瘤预后较差。值得注意的是，PBRM1、ARID1A、KDM6A、BAP1以及FBXW7等基因均与表观遗传学相关，这说明染色质重塑的异常是所有高级别脑膜瘤的共同特征。

值得注意的是，本研究中未发现任何可作为治疗靶点的高频基因重排，提示高级别/进展性脑膜瘤的发生较少与基因重排有关，针对融合基因（如NTRK、ALK）的靶向治疗可能对其无效。另外本研究中未发现IDH1或IDH2突变，这与既往研究形成了鲜明对比。

本研究对高级别/进展性脑膜瘤的分子分型有助于对肿瘤的分类和诊断，并为临床研究的设计产生深远影响。未来的研究可采取外显子组测序以发现如DMD缺失或TERT基因易位等与脑膜瘤不良预后相关的改变。另外，利用DNA甲基化图谱对脑膜瘤进行分型也可能对脑膜瘤的分子机制研究产生重要意义。

参考资料：

Williams EA et al. Distinct genomic subclasses of high-grade/progressive meningiomas: NF2-associated, NF2-exclusive, and NF2-agnostic. Acta neuropathologia Communications. (2020) 8:171

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编译：赵 赤

审校：张俊平