神经系统肿瘤分子病理学研究进展

2017年3月23日神经系统肿瘤分子病理学研究进展Molecularpathology

isanemergingdisciplinewithin

pathology

whichisfocusedinthestudyanddiagnosisofdiseasethroughtheexaminationofmoleculeswithinorgans,tissuesorbodilyfluids.

Molecularpathologysharessomeaspectsofpracticewithbothanatomicpathologyandclinicalpathology,

molecularbiology,

biochemistry,

proteomics

and

genetics,andissometimesconsidereda"crossover"discipline.Itismulti-disciplinaryinnatureandfocusesmainlyonthesub-microscopicaspectsofdisease.Akeyconsiderationisthatmoreaccuratediagnosisispossiblewhenthediagnosisisbasedonboththemorphologicchangesintissues(traditionalanatomicpathology)andonmoleculartesting.CitedfromWikipedia分子病理学（MolecularPathology）定义分子病理学的定义的延伸现代分子病理学的研究范畴超越分子层面本身，已经包含细胞和组织层面的范畴：细胞身份（Cellidentity）：

肿瘤干细胞，

细胞起源….细胞-细胞间相互作用（cell-cellinteraction）：

肿瘤微环境，

免疫识别…..背后的本质：分子行为必须放在特定的细胞背景下加以研究和分析MolecularPathologyPlaysMoreImportantRolesintheDiagnosisinNeuro-oncology第一版：ZülchKJ(ed)(1979)Histologicaltypingoftumoursofthecentralnervoussystem.WorldHealthOrganization,Geneva第二版：KleihuesP,BurgerPC,ScheithauerBW(eds)(1993)Histologicaltypingoftumoursofthecentralnervoussystem.WorldHealthOrganizationinternationalhistologicalclassificationoftumours.Springer,Heidelberg第三版：KleihuesP,CaveneeWK(eds)(2000)WorldHealthOrganizationClassificationofTumours.Pathologyandgeneticsoftumoursofthenervoussystem.IARCPress,Lyon第四版：LouisDN,OhgakiH,WiestlerOD,CaveneeWK(eds)(2007)WHOClassificationoftumoursofthecentralnervoussystem.IARC,Lyon第五版：iscoming.单纯解剖形态加入了免疫组化分析开始加入了遗传学profiles目前关于中枢神经系统肿瘤的分型与分级（WHO第四版）

主要还是以解剖形态分类为主目前关于中枢神经系统肿瘤的分型与分级（WHO第四版）

主要还是以解剖形态分类为主传统分类与分级：基于形态Huse,J.T.andE.C.Holland(2010)."Targetingbraincancer:advancesinthemolecularpathologyofmalignantgliomaandmedulloblastoma."NatRevCancer10(5):319-331.

一些经典的分子病理分析对高级别胶质瘤诊断、治疗和预后的贡献vandenBent,M.J.,etal.(2003)."Chromosomalanomaliesinoligodendroglialtumorsarecorrelatedwithclinicalfeatures."Cancer97(5):1276-1284.

1p/19q缺失预测胶质瘤亚型以及预后一些经典的分子病理分析对高级别胶质瘤诊断、治疗和预后的贡献MGMT启动子甲基化决定放化疗敏感性

Gerson,S.L.(2004)."MGMT:itsroleincanceraetiologyandcancertherapeutics."NatRevCancer4(4):296-307.一些分子病理分析对高级别胶质瘤诊断、治疗和预后的贡献MGMT启动子甲基化决定放化疗敏感性"MGMTGeneSilencingandBenefitfromTemozolomideinGlioblastoma.“NEnglJMed

352;10

Nature.2008Oct23;455(7216):1061-8.CancerCell.2010Jan19;17(1):98-110.不同亚型之间具有各自独特的遗传学和转录组学特征CancerCell.2010Jan19;17(1):98-110.表观遗传学分析对GBM进行分型：

G-CIMP(Glioma-CpGislandmethylatorphenotype)与Non-G-CIMP亚型Wang,Q.,etal.(2017)."TumorEvolutionofGlioma-IntrinsicGeneExpressionSubtypesAssociateswithImmunologicalChangesintheMicroenvironment."CancerCell

32(1):42-56e46.

IDH1/2突变在低级别胶质瘤中广泛存在Yan,H.,etal.(2009)."IDH1andIDH2mutationsingliomas."TheNewEnglandjournalofmedicine360(8):765-773.IDH1/2突变的存在可以作为预后指标Yan,H.,etal.(2009)."IDH1andIDH2mutationsingliomas."TheNewEnglandjournalofmedicine360(8):765-773.IDH1突变作为常规的病理学检测Capper,D.,etal.(2009)."MonoclonalantibodyspecificforIDH1R132Hmutation."Actaneuropathologica118(5):599-601.

IDH1/2突变可能通过改变表观遗传学行为影响肿瘤发生Yan,H.,etal.(2009)."IDH1andIDH2mutationsingliomas."TheNewEnglandjournalofmedicine360(8):765-773.几条重要结论：（1）较低级别和高级别胶质瘤不是相同类型疾病(2)原发和继发性胶质母细胞瘤不是同一类型疾病(3)IDH1是低级别胶质瘤标志物儿童胶质细胞瘤：与表观遗传学改变密切相关Schwartzentruber,J.,etal.(2012)."DrivermutationsinhistoneH3.3andchromatinremodellinggenesinpaediatricglioblastoma."Nature482(7384):226-231.

儿童胶质细胞瘤：与表观遗传学改变密切相关Jones,C.andS.J.Baker(2014)."Uniquegeneticandepigeneticmechanismsdrivingpaediatricdiffusehigh-gradeglioma."NatRevCancer14(10).

高级别胶质瘤的异质性（heterogeneity）Snuderl,M.,etal.(2011)."Mosaicamplificationofmultiplereceptortyrosinekinasegenesinglioblastoma."CancerCell20(6):810-817.Science.2014Jun20;344(6190):1396-401单细胞测序技术揭示胶质母细胞瘤内的肿瘤异质性Science.2014Jun20;344(6190):1396-401单细胞测序结果引发对肿瘤分型的本质的深入思考不同亚型之间存在进化关系不同亚型之间存在进化关系Ozawa,T.,etal.(2014)."MostHumanNon-GCIMPGlioblastomaSubtypesEvolvefromaCommonProneural-likePrecursorGlioma."CancerCell26(2):288-300.

原初肿瘤和复发肿瘤之间存在动态改变Two-thirdsofpatientswithprimaryGBMexhibitdifferenttranscriptionalsubtypesatdiagnosisandrelapse,callingintoquestiontheusefulnessoftheexpression-basedclassificationsystemasaprognosticmarkerbeforerelapse.GBM复发过程中频繁存在克隆替换-背后的含义?GBM原初何时发生？90~900/person/yearmorethanonedecade肿瘤干细胞的定义肿瘤干细胞概念借鉴于正常干细胞概念胶质瘤肿瘤干细胞的发现胶质瘤肿瘤干细胞可以被分离纯化与富集Singh,S.K.,etal.(2004)."Identificationofhumanbraintumourinitiatingcells."Nature432(7015):396-401.Bao,S.,etal.(2006)."GliomastemcellspromoteradioresistancebypreferentialactivationoftheDNAdamageresponse."Nature444(7120):756-760.

胶质瘤肿瘤干细胞对放疗具有更为明显的抗性Bao,S.,etal.(2006)."GliomastemcellspromoteradioresistancebypreferentialactivationoftheDNAdamageresponse."Nature444(7120):756-760.

肿瘤演化的不同理论肿瘤干细胞理论的修正肿瘤干细胞不一定存在于所有肿瘤；肿瘤干细胞不一定是肿瘤中少数存在的细胞；成球能力不一定标志肿瘤干细胞；肿瘤干细胞不一定表达组织干细胞标志物；肿瘤干细胞可以由非肿瘤干细胞转化而来；同一肿瘤中可能存在不同克隆产生的不同类型的肿瘤干细胞。黑色素瘤发生不符合CSC概念，每个细胞均可成瘤CSC治疗理念肿瘤演化不同理论对治疗所带来的新的思考与挑战

癌症的细胞起源

CancerCellofOrigin

确定癌症细胞起源的意义：更好的了解癌症细胞的行为和生物学;帮助确立肿瘤发生的分子机制;设计针对特异肿瘤细胞靶点的合理治疗方案;癌症预防。

细胞起源：当机体内一种正常细胞响应某种特定基因突变而癌变，这种正常细胞就被称之为对应癌症的细胞起源

细胞起源概念的复杂性Visvader,J.E."Cellsoforiginincancer."Nature469(7330):314-322.

恶性脑肿瘤细胞起源的传统理解Huse,J.T.andE.C.Holland(2010)."Targetingbraincancer:advancesinthemolecularpathologyofmalignantgliomaandmedulloblastoma."NatRevCancer10(5):319-331.

恶性胶质瘤细胞起源Ming,G.L.andH.Song"Adultneurogenesisinthemammalianbrain:significantanswersandsignificantquestions."Neuron70(4):687-702.

神经干细胞作为恶性脑胶质瘤的重要细胞起源Ming,G.L.andH.Song"Adultneurogenesisinthemammalianbrain:significantanswersandsignificantquestions."Neuron70(4):687-702.

OPC（NG2）细胞作为恶性脑胶质瘤的重要细胞起源Ming,G.L.andH.Song"Adultneurogenesisinthemammalianbrain:significantanswersandsignificantquestions."Neuron70(4):687-702.

恶性胶质细胞瘤的细胞起源仍存在争议

Thecelloforiginofgliomaiscontroversial

神经干细胞（Neuralstemcell，NSC）神经元（Neuron）星细胞（Astrocyte）NestinSox2GFAPAldCNeuN…..少突细胞

（Oligodendrocyte）Olig2PDGFRNG2O4APC-CC1少突前体细胞

(OPC)肿瘤分型与细胞起源存在对应关系么?CancerCell.2010Jan19;17(1):98-110.肿瘤细胞形态与细胞起源存在对应关系么？Lindberg,N.,etal.(2014)."Oncogenicsignalingisdominanttocelloforiginanddictatesastrocyticoroligodendroglialtumordevelopmentfromoligodendrocyteprecursorcells."JNeurosci34(44):14644-14651.

确定癌症细胞起源的理想方法：将癌症的发生作为一个过程来研究

癌症是个单克隆疾病（clonaldisease）

Mutantcell双标记嵌合分析技术

MosaicAnalysiswithDoubleMarkers(MADM)

Zongetal.2005CellLiuetal.2011CellMADM技术的特点

UniquefeaturesofMADM单细胞分辨率（Singlecellresolution）；细胞室系追踪

（Lineagetracing）；内源参照

（Internalreference）模拟肿瘤抑制因子的自发杂合性缺失

（spontaneouslossofheterozygosityoftumorsupressors).

杂合体突变体细胞正常细胞通过MADM介导的p53与NF1同时杂合性缺失

建立恶性胶质细胞瘤的遗传学模型

Establishamalignantgliomageneticmodel

viaMADMinducedco-Loss-of-Heterozygousity(LOH)ofp53andNF1TCGA(2008),Naturep53,NF1杂合体突变体细胞正常细胞恶性胶质细胞瘤的细胞起源仍存在争议

Thecelloforiginofgliomaiscontroversial

神经干细胞（Neuralstemcell，NSC）神经元（Neuron）星细胞（Astrocyte）NestinSox2GFAPAldCNeuN…..少突细胞

（Oligodendrocyte）Olig2PDGFRNG2O4APC-CC1少突前体细胞

(OPC)MADM介导的发生于胚胎期神经干细胞阶段的p53与NF1杂合性缺失

导致发育后期突变细胞的大量扩增和癌变

MADMinducedp53/NF1co-LOHinembryonicneuralstemcells

resultedin

theexpansionandtransformationofmutantcellsatlaterstagep53,NF1杂合体P53,NF1heterozygous突变体细胞Nullmutant正常细胞WildtypeMADM的单细胞分辨率提供肿瘤产生之前的精细图景后期形成的肿瘤在构成上具有细胞异质性（不均一性）特征

Cellularheterogeneityofgliomaatthelaterstage

MADM胶质细胞瘤模型模拟人类proneural亚型恶性胶质母细胞瘤

MADM-inducedgliomamodelresembles

humanproneuralsubtypeofGlioblastomamultiformeOPC作为胶质细胞瘤的重要细胞起源（OPCsfunctionasanimportantgliomacelloforigin）；细胞起源和细胞突变是不同的概念（Cellofmutationandcelloforiginaredistinctconcepts）；基于MADM技术的模型可以用于模拟肿瘤发生(MADMcanbeusedtomodeltumorigenesis);胶质细胞瘤中活跃增殖的细胞表达OPC细胞标志物

ActivelyproliferatingcellsingliomaexpressOPCmakersOPC-likegliomacellsareprevalentinalltypesofgliomaregardlessoftheirpathologyOPC-样肿瘤细胞作为OPC起源的恶性胶质瘤的肿瘤干细胞

OPC