“兒童殺手”、“死亡惡魔”——彌漫性內生性腦橋膠質瘤(DIPG)究竟是什么？

　　彌漫性內生性腦橋膠質瘤(DIPG)是一種致命的惡性兒童腫瘤，在腦橋中彌漫生長。這種損害性疾病的診斷年齡中位數為6-7歲，很少在成人中發(fā)現(xiàn)。鑒于其生長位置處于腦干“手術禁區(qū)”，目前的治療選擇有限并且預后很差——只有不到10%的患者自診斷之日起存活超過2年。

　　DIPG占全部小兒腦腫瘤的80%，發(fā)生在腦干。在組織學上，這些腫瘤與間變性星形細胞瘤具有相同的特征（III級)或膠質母細胞瘤(GBM)（IV級）。國際衛(wèi)生組織2016年腦腫瘤分類中，在組蛋白H3（3.1或3.3）中具有K27M突變的小兒神經膠質瘤，具有彌漫性生長模式中線位置稱為彌漫性中線膠質瘤，H3K27M突變體；該定義也包括了DIPG帶有K27M突變的病例。

　　近年來，DIPG治療以及分子生物學取得了進展。以前，兒童高級別膠質瘤(HGG)被認為類似于成人HGG并進行臨床治療。然而，后來國內外專家認識到不同的分子改變將DIPG與其成人HGG對應物區(qū)分開來。

　　INC國際神經外科顧問團成員、加拿大SickKids兒童醫(yī)院腦瘤研究中心主任、國際神經外科雜志《Journal of Neurosurgery》主編James T.Rutka教授在2023年“三屆國際神經外科顧問團云端峰會”期間，對目前進行的DIPG研究進行了演講交流，演講議題為《Diffuse intrinsic pontine glioma–Phase I clinical trial using MR-guided focused ultrasound for drug delivery》（DIPG彌漫內生型腦橋膠質瘤-磁共振引導聚焦超聲“磁波刀”治療I期臨床試驗），交流了國際小兒神外專家James T.Rutka教授對磁波刀在膠質瘤的目前國際前沿研究。

　　而在Rutka教授參與撰寫的《Diffuse intrinsic pontine glioma:current insights and future directions》論文中，對DIPG也進行了系統(tǒng)概述，包括DIPG表現(xiàn)、分型及治療方案，并總結了當前的研究和未來方向。

Rutka教授論文截圖

　　據悉，Rutka教授在小兒腦瘤綜合治療以及小兒癲癇的激光間質熱療（LITT）治療方面尤為擅長，Rutka教授及其帶領的SickKids小兒神經外科手術團隊，對兒童癲癇的外科手術治療LITT等方面積累了諸多經驗，發(fā)表了許多著作。他曾擔任國際神經外科學院主席、美國神經外科學院主席、美國神經外科醫(yī)師協(xié)會主席。憑著其在神經外科領域的貢獻，他曾獲得2016年“加拿大勛章”、2006年“國際微笑勛章”，2019年他還被美國神經外科醫(yī)師協(xié)會（AANS）授予“庫欣勛章”（Cushing Medal）。

　　DIPG臨床表現(xiàn)和診斷

　　DIPG患者可表現(xiàn)為多種神經系統(tǒng)癥狀，這也取決于腫瘤的生長位置。超過50%的患者有顱神經麻痹（面部不對稱和復視等），長束征（反射亢進、上行巴賓斯基征）和小腦體征（共濟失調、辨距障礙）存在。這三個經常出現(xiàn)的臨床特征被稱為“經典三聯(lián)征”，應引起對該診斷的臨床懷疑，促使適當的診斷成像。

　　鑒于DIPG進展迅速，兒童通常會在一個月或更短時間內突發(fā)癥狀，應引起臨床注意。顱神經VI和VII較常受影響和特定的功能障礙是DIPG的重要特征。此外，雖然在診斷時不到10%的患者中觀察到顱內壓升高的梗阻性腦積水，這種情況通常出現(xiàn)在DIPG終末期。

　　磁共振成像(MRI)是DIPG診斷的選擇方式，有時也可以使用計算機斷層掃描(CT)。對于這些腫瘤的浸潤性質，DIPG顯示T1低信號，邊界不清，T2加權圖像上的高信號——通常沒有對比度增強（圖1）。做增強掃描可能對確認診斷或排除其他病變有價值。在影像學上，腫瘤重要位于腦橋的中心，并且在出現(xiàn)時可以占據其軸向直徑的50%以上，通常包繞基底動脈。雖然DIPG沿纖維束浸潤性和彌漫性生長鄰近的位置，如丘腦和小腦，它們很少轉移到遠處。

圖1：T2加權矢狀面（DIPG）兒童腦部MRI

　　隨著分子診斷學在DIPG中的作用越來越大，腦干活檢有助于推動該領域向前發(fā)展。多項研究表明，活檢可以順利地進行并且許多中心已經開始使用立體定向活檢作為標準做法，努力加強診斷和支持基礎科學研究，并應用于組織學和分子數據的臨床試驗。

　　Rutka教授所在的加拿大SickKids兒童醫(yī)院也是這種診斷方法的倡導者，它可以合適獲取腫瘤組織，從而深入了解這種異質性疾病的分子亞型，進而為醫(yī)生進行兒童DIPG診斷、治療提供重要參考。

　　鑒別診斷考慮包括非惡性腦干實體瘤，包括低級別膠質瘤、原始神經外胚層腫瘤(PNET)、血管畸形、腦炎實質病變、囊腫和脫髓鞘疾病。當通過活組織檢查獲得組織時，可以通過組織學檢查，輔以分子檢測來確診。顯微鏡下，DIPG通常顯示高級別星形細胞組織學，發(fā)現(xiàn)有絲分裂增加活性、微血管增殖或壞死（圖2）。

圖2：DIPG組織學病理圖

　　除了典型的膠質瘤免疫組化組，如GFAP，ATRX、p53、神經微絲蛋白、ki-67免疫染色、靶向抗體H3K27M、BRAF-V600E和IDH1-R132H的抗體可以應用（圖2 b和c），各種分子病理學方法，包括新一代測序和DNA微陣列用于分子水平上確認是否存在H3突變和根據其預后確定受影響的組蛋白同種型差異。雖然治療相關的突變例如BRAF-V600E在DIPG腫瘤中少見，通常會為了靶向治療（如達拉菲尼或維莫菲尼）的可行性而試圖進行上述分子基因評估。

　　分子特征和亞群

　　DIPGs可以細分為3個不同的分子亞群：H3K27M、MYCN和靜默型。先前的研究表明，雖然DIPG與幕上高級別膠質瘤有相似之處，它仍然是一個具有獨特基因和分子改變的獨特實體。例如，近80%的DIPG存在H3組蛋白突變，而只有35%的兒童非腦干高級別膠質瘤具有H3突變。

　　盡管在DIPG中已經確定具有多種標志性突變的疾病，但應該注意的是腫瘤內和腫瘤間的異質性已被記錄在此疾病。大多數DIPG中都存在組蛋白突變，并且這些突變的識別導致了我們的重點研究和臨床治療的模式轉變。組蛋白突變H3K27M導致在H3.1和H3.3亞型中分別由基因HIST1H3B和H3F3A編碼的賴氨酸被蛋氨酸替代。這種突變通過控制PRC2導致組蛋白三甲基化的喪失，產生表觀基因沉默。然而，盡管使用活體小鼠模型進行了廣泛的建模研究，H3K27M在腫瘤起始中的確切作用仍然難以捉摸。

　　H3.1和H3.3中的組蛋白突變存在細微差別，是對于生存、亞型和臨床結果而言。H3.1組蛋白突變往往與略微提高生存率并減少轉移有關?？傮w而言，與其他H3野生型相比，無論亞型如何，H3K27M與較差的預后結果相關。已在大約30%的DIPG腫瘤中發(fā)現(xiàn)ACVR1突變。之前的研究表明ACVR1突變聯(lián)合其他分子突變促進腫瘤的早期進展，并在治療靶點上顯示了希望。TP53突變在大約22-40%的DIPG中發(fā)現(xiàn)，常與PDGFR擴增同時發(fā)生。TP53突變聯(lián)合H3.3K27M和典型的PPM1D突變已被證明通過影響表觀遺傳調控來使腫瘤細胞逃避細胞死亡和衰老。

　　PDGFRA是較常見的擴增，存在于大約三分之一的高級膠質瘤中，并與RTK-RAS-PI3K-Akt信號傳導通路有關。PDGFRA通過在各種磷酸酪氨酸結構域中的磷酸化作用引起PI3K和MAPK信號通路的激活。PDGFRA擴增與組蛋白H3.3突變共分離，并且無論組織學分型如何，腫瘤在臨床上都具有侵襲性特點。除了PDGFRA，PIK3R1和PIK3CA也是PI3K通路的驅動因素，并已被認為會促進DIPG的侵襲性表型的作用。這些突變被描述為在H3.3K27M中的必要搭檔并在DIPG的克隆群體中報道。然后，MYC和MYCN突變存在于DIPG中并發(fā)揮增強基因組范圍內基因表達的轉錄調節(jié)因子的作用。進一步研究顯示，這種疾病的基因組組觀和生物學基礎對更好地定義重要的致癌驅動因素或通路和隨后的可執(zhí)行的靶點而言是明智的。

表1：DIPG臨床病理特征總結

　　DIPG治療標準

　　目前DIPG的治療標準包括：輻射劑量為54-59Gy的單獨標準分次放療，因為任何有意義的手術切除機會都受DIPG原發(fā)主要部位的限制。此外，許多治療方案，包括單藥療法和聯(lián)合化療迄今為止沒有產生實質性的優(yōu)勢。然而，免疫療法領域的進展已經確定抗GD2嵌合抗原受體(CAR)T細胞療法的可行性，這可能會有潛在的療效。這些有限的選擇強調對新的治療方法的需求。在此，我們介紹了D IPG治療的可行性目標和合適治療中常見的問題。

　　DIPG中的多種致癌驅動因素和體細胞突變導致腫瘤快速形成和較差的預后。正如我們之前提到的，較常見的突變包括組蛋白13的27位上賴氨酸替代蛋氨酸，是組蛋白3.1和3.3，這些都通過野生型相對物與較差的預后有關。DIPG傾向于在H3K27M中發(fā)生體細胞突變和/或H3K27三甲基的整體丟失；這同樣被認為此病致癌因素之一。H3K27M的存在導致各種下游染色質重塑級聯(lián)，表觀遺傳沉默以及各種基因和通路的激活。因此，明確這些突變及發(fā)現(xiàn)隨后的次級突變開啟了通向可治療靶點之門，例如：組蛋白脫乙酰酶(HDAC)和去甲基化酶控制劑——其中一些顯示出有希望的結果。研究還發(fā)現(xiàn)在臨床前模型中，通過溴區(qū)蛋白的激活來靶向轉錄調節(jié)因子是合適的。雖然很多DIPG隨著組蛋白突變發(fā)生，許多可靶向定位的次級突變也已被確定在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮作用。

　　以前，關于DIPG研究和靶點識別的較常見問題之一是缺乏可獲得的腫瘤組織。然而，隨著尸體解剖組織和活檢的增加，目前可以順利地、可重復地進行幾項分子研究。因此，許多有希望的治療靶點已被明確并且?guī)追N藥物已在臨床前期試驗中顯示合適。然而，由于缺乏通過完整的血腦屏障(BBB)的合適藥物輸送，臨床應用與藥物研發(fā)之間仍存在相當大的障礙。這或許可以解釋為什么在其他神經膠質瘤中顯示出療效的藥物在DIPG中失敗。經過結構上的改變或物理損害BBB來好轉藥物輸送將會成為對可以轉化為臨床的新療法至關重要的一環(huán)。

　　然后，腫瘤微環(huán)境是決定治療（是免疫治療）時要考慮的腫瘤的重要組成部分。近期的研究有結論是DIPGs具有非炎癥性腫瘤微環(huán)境。然而，關于DIPG腫瘤是否含有腫瘤相關巨噬細胞，由于結果存在矛盾，尚未得到充分研究。這些結果表明DIPGs沒有增加巨噬細胞浸潤或DIPGs增加巨噬細胞浸潤但不分泌炎性細胞因子。也就是說，大多數研究表明，DIPG中沒有T細胞浸潤，因此免疫治療方法應側重于將免疫細胞募集至腫瘤中而發(fā)揮治療效果。

　　DIPG新的治療途徑

　　DIPG有多種對未來有希望的治療途徑。這些包括靶向療法、基因療法和免疫療法。在這里，我們簡要描述這些治療方式，并突出它們的現(xiàn)狀及臨床意義。

　　自從DIPG靶向治療的發(fā)展以來，已啟動約250項臨床試驗對抗疾病中的不同生物學途徑。較常擴增的基因之一是PDGFRA，它存在于10%的DIPG中。因此，PDGFRA是DIPG治療中有針對性的基因之一。然而，靶向PDGFRA的藥物如伊馬替尼和達沙替尼在臨床實驗中表現(xiàn)出相當差的抗腫瘤作用。DIPG中靶向的另一個基因是EGFR，這也已被證明在小兒腦腫瘤中過度表達?？?EGFR的臨床試驗包括尼妥珠單抗、吉非替尼和厄洛替尼在DIPG患者的小型子集中顯示的效果。其他試驗有使用PARP1控制劑（奧拉帕尼、尼拉帕尼、維利帕尼），CDK4/CDK6控制劑(PD-0332991)、WEE1激酶控制劑（MK1775）和血管生成控制劑（貝伐單抗）。盡管經過各種臨床試驗嘗試，這些都沒有在DIPG顯示出顯著的功效。這些臨床試驗中的限速步驟之一是關于這些藥物是否穿過BBB的研究仍有許多未解之謎。

　　近期，大量證據表明表觀遺傳改變合并基因突變是腫瘤發(fā)生的原因。使用JMJD3控制劑的研究如帕比司他和GSK-4等分別靶向組蛋白去乙酰化酶和去甲基化酶，顯示出有希望的結果，目前已經進入作為單一和聯(lián)合藥物的臨床試驗（圖3a和b)。H3K27me3水平降低導致了針對染色質重塑的獨特策略。zeste同源物2(EZH2)的增強子是一種H3K27-甲基化酶并被發(fā)現(xiàn)在DIPG的H3K27M突變體中顯示高表達。然而，用EZH2控制劑的治療方案EPZ6438在GBM和DIPG細胞系中幾乎沒有結果。相比之下，tazemetosta（他澤司他）（圖3c）也是一種EZH2控制劑，產生了明顯更好的結果，盡管這可能是由于樣本選擇偏差。

圖3：兒科DIPG的藥物靶點和治療。DIPG的特征在于組蛋白H3中發(fā)生的K27M突變

　　另一方面，研究還針對負責H3K27去甲基化的酶，如JMJD3。BET家族蛋白等轉錄調節(jié)因子也被研究作為腦腫瘤治療的靶點。已發(fā)現(xiàn)JQ1是一種組蛋白結合控制劑，可與溴結構域結合并取代BRD4融合癌基因蛋白隨后導致細胞周期停滯和細胞凋亡（圖4a）。此外，干擾轉錄的替代方法也已合適，例如用THZ1控制CDK7（圖4b）。除了這些分子靶點，其他幾個二次突變尚未被作為可行的治療進行研究（表2）。

圖4：DIPG中可靶向的轉錄依賴性

表2：兒科DIPG中潛在的可靶向二次突變

　　新的證據已將表觀遺傳學和代謝組學與可塑性和腦腫瘤的瘤內異質性聯(lián)系起來。特別是在DIPG中，近期研究發(fā)現(xiàn)代謝重編程促進H3.3K27M DIPG的發(fā)病機制，主要通過利用α-酮戊二酸來維持低H3K27me3的優(yōu)先表觀遺傳狀態(tài)。此外，他們還表明H3.3K27M細胞在使用葡萄糖或谷氨酰胺來調節(jié)總體H3K27me3時依賴一種或兩種途徑顯示出瘤內異質性。結果，總體H3K27me3的代謝調節(jié)導致對谷氨酸脫氫酶、己糖激酶2和野生型異檸檬酸脫氫酶1(IDH1)的異質依賴性，這些可能是具有治療作用的靶點。利用DIPG中的這些代謝和表觀遺傳易損性應該是對未來治療策略的優(yōu)先級環(huán)節(jié)。

　　免疫療法正在迅速確立自己在癌癥治療中的支柱地位，近期的研究表明了它在腦腫瘤中的潛能。特別是，一個抗GD2 CAR-T研究已在DIPG活體模型中表現(xiàn)出樂觀的結果。然而，值得提出的是，這些GD2 CAR的使用導致了腦積水，這在一部分動物試驗中是致命的，這被認為是由于腫瘤在腦脊液通路的神經解剖位置而引起。鑒于這些挑戰(zhàn)，明確應用免疫療法的新策略的適應癥，將會要求建議把這些有希望的治療方案推進臨床試驗。

　　結論

　　復雜的分子發(fā)病機制、嚴密的血腦BBB調控和不同的位置促成了目前DIPG的預后差。放射治療仍然是主要的治療方法。然而，隨著對DIPG分子基因學的認識不斷加深，將有越來越多的有希望的臨床前研究和新技術來克服透過血腦屏障合適輸送藥物的局限性，我們有理由相信DIPG未來的治療選擇將越來越多、療效越來越好?！　?/p>

• 文章標題：腦干膠質瘤DIPG——從未被放棄的醫(yī)學難題，INC小兒神外Rutka教授如何攻克？
• 更新時間：2024-01-25 09:21:22