骨和软组织遗传学

复旦大学附属肿瘤医院朱雄增骨和软组织肿瘤细胞遗传

和分子遗传病理学概述

骨和软组织肿瘤主要依据组织学、免疫表型和临床特点做出诊断

大多数骨和软组织肿瘤的发生通过获得性突变，只有少数肿瘤为胚系突变的家族性癌症综合征

许多骨和软组织肿瘤细胞具有频发性、非随机性的遗传学改变

遗传和分子遗传学技术已越来越广泛应用于骨和软组织

肿瘤，尤其是肉瘤的诊断、分类、预后判断和治疗选择肉瘤的遗传学分类

大致分为两大类：

第一类：好发于儿童和青少年，核型改变较简单，通常为平衡易位，肿瘤以这种易位形成融合基因或点突变为特征

第二类：好发于老年人，核型复杂，缺乏融合基因，肿瘤以染色体和基因组不稳定为特征，随着疾病进展，核型异常和组织学多形性增加上述两类肉瘤中的肿瘤抑制基因（p53或RB）突变与肿瘤进展相关获得性体细胞突变

易位：二条不同染色体的遗传物质互相交换，染色

体没有丢失或获得的平衡易位是最常见易位的类型

缺失：染色体遗传物质片段（臂、基因或少数碱基对）的丢失

扩增：正常结构的基因产生多个拷贝

倒位：染色质遗传物质片段断裂，倒转后再插入原来染色体断裂的位置

点突变：有单个核苷酸碱基改变导致的突变易位缺失重复倒位插入家族性癌症综合征的胚系突变

RB

胚系突变患者的骨肉瘤发生率明显高于正常人

P53

胚系突变的Li-Fraumeni综合征患者常在40岁前各种肉瘤的发生率明显增加

MPNST常发生于NF1基因丢失相关的1型神经纤维瘤背景上

GIST家族性综合征发生于c-kit

胚系突变患者的家族中易位涉及的三类基因

癌基因（Oncogene）

抑癌基因（Tumor

suppressor

gene）

看家基因（Caretaker

gene）

癌基因

癌基因通过突变、基因扩增、易位或三种方式结合

而活化1.

突变活化如：KIT，PDGFRA2.

基因扩增活化

如：NYCN，MDM23.

易位使促进子相邻而活化

如：PLAG1，HMGA1

二个融合基因的编码序列融合产生嵌合蛋白，这种

融合癌基因常见于各种肉瘤中抑癌基因

抑癌基因通过二个功能基因拷贝丢失而失活，可通过以下几种方式：1.

导致截短或失活蛋白的突变2.

导致干扰正常蛋白功能显性负蛋白的突变3.

涉及基因大片段缺失的突变4.

失活拷贝替代基因中其余为突变的拷贝5.

基因调节序列的高甲基化引起的表达减少6.

非频发性易位导致的基因中断抑癌基因的类别

有选择性抑癌基因--NF1（神经纤维瘤病），SMARCCB1(INI1)（恶性横纹肌样瘤、上皮样肉瘤）

无选择性抑癌基因--TP53(p53)，RB1和CDKN2A看家基因

看家基因涉及维持基因组和染色体的完整性，因此，也称为基因组稳定基因

看家基因是通过功能丢失而致癌，但其致癌机理与抑癌基

因不同，即不直接引起恶性表型，但能使肿瘤细胞获得其

他恶性肿瘤的标志特征

看家基因功能丢失增加癌基因活化或抑癌基因失活的可能

在肉瘤中，看家基因所起的作用较小，主要见于Werner综合征中软组织肉瘤的发生基因功能分类

绝大多数恶性肿瘤基因的功能分类属于以下三种之一1.

蛋白激酶2.

转录因子以上二类

为癌基因和抑癌基因的蛋白产物3.

DNA维持和修复蛋白

为看家基因的蛋白产物

最近提出另一类基因涉及细胞代谢，主要是枸橼酸脱氢酶基因

(IDH1和IDH2)和琥珀酸脱氢酶亚单位基因(SDH-A,

B,

C,

D)遗传学常用诊断方法

染色体核型分析（Chromosome

karyotype）

荧光原位杂交（Fluorescence

in

situhybridization，FISH

）

聚合链反应（Polymerase

chain

reaction，RT-PCR

）染色体核型分析

大多数骨和软组织的染色体易位是通过这种细胞遗传学方法检测而被发现的

各种骨和软组织肿瘤染色体易位的发生率也是通过核型分析后获得的

染色体核型分析仍然是骨和软组织肿瘤染色体易位的有效指导方法正常人染色体组型荧光原位杂交（FISH）

荧光染料标记的DNA探针用于检测染色体易位和某一基因位点扩增

检测染色体易位可用分离探针或融合探针，在骨和肿瘤中

分离探针被广泛应用，如分离探针用于检测Ewing肉瘤中

的EWSR1，但此法不能检测与EWSR1匹配的另一个基因

位点，此时需用融合探针来检测

检测基因或染色体区扩增时，分别用不同颜色探针标记着

丝粒和同一染色体可能扩增区，依据可能扩增位点与着丝

粒的比值来证实有无扩增，如高分化脂肪肉瘤的12q13-15

的扩增分离探针设计的探针用不同颜色（红色和绿色）荧光分别标记EWSR1断裂点两端序列当EWSR1未与其他基因融合，

EWSR1断裂点两端序列靠在一起，而出现黄色信号分离探针当EWSR1与其他基因融合（如FLI1），

EWSR1断裂点两端序列分开，而出现分离信号EWSR1分离探针用FISH检测EWS/PNETEWSR1基因扩增DNA拷贝数增加Her-2无扩增Her-2有扩增多色彩FISH应用5种荧光染料，使22条常染色体和2条性染色体附有不同的颜色，从而能检测出在数目或结构上具有简单或复杂异常的染色体光谱染色体组型分析

一种波谱影像分析方法

采用包含24种染色体的综合探针，在分裂中期相中以

不同颜色标记每一个染色体，并通过抑制杂交来实现

染色体的特异标记

SKY技术有助于识别一些来源不明的标记染色体、易

位染色体和环状染色体的构成以及复杂或细微的染色

体重组骨外黏液样软骨肉瘤t(9;15)(q22;q21)

Kindblom

JM.

Cancer

Res

2001;61:2339.PCR及相关技术

逆转录PCR（RT-PCR）

即时PCR（

Real-time

PCR

）

PCR-直接测序

变性高效液相色谱（

DHPLC

）

PCR-单链构象多态性（PCR-SSCP）

嵌套式引物（Nested

Primer）PCR

复合PCR（Multiplex

PCR）

不对称PCR（Asymmetric

PCR）

标记PCR（LP-PCR）和彩色PCR

加端PCR,锚定PCR或固定PCR

玻片PCR逆转录聚合酶链反应（RT-PCR

）

以肿瘤组织中的mRNA为模板，在逆转录酶的

作用下，合成cDNA，再以此为模板进行聚合

酶链反应

肿瘤中存在的异常mRNA，可用此法用特定的

引物，扩增染色体易位断裂两端的cDNA而获

得染色体易位的条带Chr

9abl-bcr

融合性基因形成Chr

22

引物1引物2SYT-SSXβ-actin滑膜肉瘤PCR-直接测序

PCR-直接测序能可靠地检测出各个DNA核苷酸是否发生点突变

检测肿瘤DNA的核苷酸序列，与正常DNA

序列比较，以确定突变的类型、突变位置

或基因融合点滑膜肉瘤：SYT-SSX胃间质瘤：第11外显子检出6个碱基纯合性缺失：c

1669-1674

del

TGGAAG。该缺失可造成第557位密码子色氨酸（Trp,

W）和558位密码子赖氨酸（lys,

K）的缺失骨和软组织肿瘤遗传学改变的临床应用遗传学异常的骨肿瘤

易位相关的肿瘤--动脉瘤性骨囊肿--Ewing肉瘤和未分化圆细胞肉瘤（Ewing样肉瘤）--间叶性软骨肉瘤--上皮样血管内皮瘤和上皮样血管瘤--肌上皮瘤

点突变或扩增相关的肿瘤--软骨性肿瘤--软骨母细胞瘤和巨细胞瘤--Langerhans组织细胞增生症和Erdheim-Chester病--低度恶性骨肉瘤

核型复杂的肿瘤--普通型骨肉瘤--多形性未分化肉瘤动脉瘤性骨囊肿（Aneurysmlbonecyst,ABC）

ABC是中间性局部侵袭性的真性肿瘤，而不是过去认为的瘤样病变

ABC分为原发性和继发性两大类，后者可继发于其他原发性骨病

（如纤维结构不良、软骨母细胞瘤、巨细胞瘤、骨母细胞瘤、软骨

黏液样纤维瘤和骨肉瘤等）

原发性和继发性ABC在影像学和光镜形态上互相重叠，但临床处理不同

原发性ABC存在t(16;17)(q22;p13)

，涉及CDH11-USP6融合，而继发性ABC无USP6重排

所谓“小骨的巨细胞修复性肉芽肿”

中，67%病例显示USP6重排，应归为ABC的实体变型

此外，USP6重排还可见于软组织ABC、骨化性肌炎样ABC和结节性筋膜炎中USP6Ewing肉瘤（Ewingscarcoma,ES）

ES典型的组织学表现是由一致的小圆细胞组成，需与小

圆细胞肿瘤鉴别。此外，ES可有一些变型（如非典型或

大细胞、透明细胞、血管外皮瘤样、釉质细胞瘤样、梭

形细胞、硬化等），需与其他间叶想或上皮性恶性肿瘤

鉴别

约90%ES存在t(11;22)(q24;q12)

，涉及EWSR1-FLI1融合，

约5-10%为t(21;22)(q12;q12)，涉及EWSR1-ERG融合，

另3-5%由EWSR1与其他基因融合EWSR1圆细胞未分化肉瘤（Undifferentiatedroundcellsarcoma,URCS）

URCS是指应用免疫组化和分子遗传学技术广泛研究后仍然无

法确定肿瘤起源的圆细胞肉瘤。按定义，所有病例均无EWSR1、

FOXO1A和SYT基因的融合

最近发现一组类似ES的URCS存在CIC与DUX4或DUX4L1融合，

称为Ewing样肉瘤或简称为CIC-DUX4肉瘤，有两种不同的易位：

t(4;19)(q35;q13)和t(10;19)(q26;q13)，这种Ewing样肉瘤主要发

生于软组织

位于骨的URCS可存在X染色体臂内倒位，导致BCOR-CCNB3

融合，BCOR-CCNB3肉瘤好发于男孩。CCNB3免疫组化具有

高度特异性，可作为这种融合基因的辅助诊断标记物BCOR-CCNB3肉瘤CCNB3CD99A,

RT-PCR法检测BCOR-CCNB3融合B,

测序法证实BCOR-CCNB3融合Puls

F,

et

al.

BCOR-CCNB3

sarcoma.

Am

J

Surg

Pathol.

2014;38:1307-18.间叶性软骨肉瘤（Mesenchymalchondrosarcoma,MCS）

MCS是一种由分化良好的软骨和原始圆细胞两种成分所组成、与易位相关的恶性软骨性肿瘤

MCS好发于年轻人的扁骨（颅面骨、肋骨、髂骨和椎骨），约1/3病例位于软组织

小活检是仅见到圆细胞成分时，需与小细胞骨肉瘤、Ewing肉瘤和其他为分化圆细胞肉瘤鉴别

MCS存在t(8;8)(q13.3;q21.1)，涉及HEY1-NCOA2融合，可用于小活检的鉴别诊断HEY1-NCOA2融合上皮样血管内皮瘤（Epithelioidhemangioendothelioma,EHE）

上皮样血管瘤、上皮样血管内皮瘤和上皮样血管肉瘤是一组

从良性到低、高恶性的上皮样血管肿瘤，这些肿瘤累及骨时

主要位于长骨、盆骨、椎骨和肋骨，常呈多中心性，临床、

影像学和形态学上常互相重叠

EHE无论位于骨、软组织、肝脏或肺，都存在频发性染色体

易位，即t(1;3)(p36;q25)，涉及WWTR1-CAMTA融合，该易

位未见于其他血管性肿瘤

最近发现骨和软组织EHE有一特殊亚型，其染色体易位为

t(x;11)(p11.2;q22)

，涉及YAP1-TFE3融合基因，此型EHE的

瘤细胞胞浆丰富、嗜伊红色，呈巢状或腺泡状生长，常有明

显血管形成，免疫组化显示TFE3阳性FISH测序

WWTR1-CAMTA

基因融合的检测RT-PCR

Puls

F,

et

al.

VirchowsArchiv,2015;466:473.CD31TFE3YAP1-TFE3

上皮样血管内皮瘤上皮样血管瘤（Epitheliodhemangioma,EH）

现认为骨的EH不同于软组织EH，是一种中间性局部侵袭

性肿瘤，生物学行为跟接近于EHE（O’Connell

JX

et

al.,

2010;

Evans

HLet

al.,

2003）

最近报告一组具有不典型特点的EH，包括细胞丰富，呈

实性生长，细胞核不典型（核增大、可见核仁、核沟和核

凹陷）和灶性坏死

不典型EH存在两型易位：

I型易位—19q13.2上涉及6Mb区

的中间缺失，II型易位—t(19;19)(q13.2;q13.32)，从而导致

ZFP36-FOSB基因融合Antonescu

CA,

et

al.

Genes

Chromosomes

Cancer.

2014;53:951-959.细胞不典型，呈实性生长

细胞核增大，核仁明显细胞空泡状

局灶性坏死软骨性肿瘤（Cartilageneoplasms）

自Amary（

2011年）发现软骨性肿瘤存在异柠檬酸脱氢酶

（IDH1/2）后，现已证实许多类型的软骨性肿瘤中有IDH1

或IDH2突变，其突变率分别为：--Ollier病和Mafucci综合征中内生性软骨瘤

（87%）--原发性中央型软骨肉瘤

（38%-70%）--继发性中央型软骨肉瘤

（86%）--骨膜软骨肉瘤

（100%，4/4）--去分化软骨肉瘤

（54%）

除IDH突变外，还发现44%软骨肉瘤有COL2A1基因突变，且与IDH突变不互相排斥

这些突变不能区分软骨性肿瘤的良恶性，但可用于与软骨母性骨肉瘤和软骨样脊索瘤的鉴别1.

Schaap

FG,

et

al.AdvAnat

Pathol.

2013;20:32-38.2.

Tarpey

PS,

et

al.

Nat

Genet.

2013;45:923-926.软骨肉瘤Sanger测序显示

IDH

c.516G＞T突变软骨性肿瘤（Cartilageneoplasms）

以下软骨性肿瘤缺乏IDH1或IDH2突变

骨软骨瘤：大多数散发性或遗传性骨软骨瘤的软骨帽中

位于染色体8q24上EXT1基因或11q11-12上EXT2基因的

双等位基因失活

软骨黏液样纤维瘤：常存在二种易位，即inv(6)(p25q13)

和t(6;9)(q25;q22)

软骨母细胞瘤

间叶性软骨肉瘤

透明细胞软骨肉瘤巨细胞瘤（Giantcelltumorofbone,GCT）

典型的骨巨细胞瘤依据临床、影像学和光镜形态容易做出明

确诊断，但对于不典型病例，如小于18岁的青少年、活检组

织小或组织学上有明显继发性改变时，与其他富于巨细胞病

变难以鉴别，如软骨母细胞瘤、软骨黏液样纤维瘤、动脉瘤

性骨囊肿、纤维组织细胞瘤、棕色瘤、巨细胞修复性肉芽肿

（小骨的巨细胞病变）、颌骨肥大症、腱鞘巨细胞瘤和血管

扩张性骨肉瘤等

GCT由破骨细胞样多核巨细胞和单核间质细胞组成，后者表

达NF-κβ配体的受体活化因子（RANKL），对于无法切除的

GCT，现可以用抗RANKL抗体

—

地诺单抗（denosumab）治疗，抑制肿瘤生长巨细胞瘤（Giantcelltumorofbone,GCT）

最近研究显示GCT存在1号染色体上编码组蛋白

H3.3的

H3F3A（G34W）基因突变

H3F3A基因突变未见于软骨母细胞瘤和其他富于巨细胞的病变中

GCT偶尔可以发生于18岁以下儿童和青少年，易于骨

肉瘤、动脉瘤性骨囊肿或软骨母细胞瘤等混淆，应用

H3F3A（G34W）基因突变检测可避免误诊1.

Cleven

AHG,

et

al.Am

J

Surg

Pathol.

2015;39:1576-1583.2.Al-Ibraheemi

A,

et

al.Am

J

Surg

Pathol.

2016;40:1702-1720.软骨母细胞瘤（Chondroblastoma,CB）

CB好发于青少年、骨骼未发育成熟的骺端，典型病例

依据临床、影像学和光镜形态可以做出正确诊断，而

不典型病例或小活检也可与其他富于巨细胞病变混淆

现已知CB表达S100、SOX9和DOG1，因此可用免疫组化检测辅助诊断

最近也已证实CB存在于17号染色体上，同样可编码组蛋白

H3.3

的

H3F3B（K36M）基因突变

CB缺乏其他软骨性肿瘤中的IDH1和IDH2的突变1.

Szenker

E,

et

al.

Cell

Res.

2011;2011:421-434.2.

Cleven

AHG,

et

al.Am

J

Surg

Pathol.

2015;39:1576-1583.Langerhans组织细胞增生症（Langerhanscellhistiocytosis,LCH）

LCH是一种Langerhans细胞的克隆性增生，病理诊断不困

难，Langerhens细胞胞浆丰富、嗜伊红色、核圆形或卵圆形，

可见核沟，散在或成簇位于有大量嗜伊红粒细胞的炎症性背

景上，

Langerhens细胞表达S100、CD1a和

langerin

最近资料显示57%LCH存在BRAF

V600E基因突变

另一种累及骨、软组织、内脏和

CNS

等部位的黄色肉芽肿

性组织细胞增生症

—

Erdheim-Chester病，也存在BRAF

V600E基因突变，表明这二种组织细胞性病变具有遗传学的

相关性Badalian-Very

G,

et

al.

Blood.

2010;116:1919-1923.CD1aLCH：BRAF

V600E

突变Erdheim-Chester病低度恶性骨肉瘤（Low-gradeosteosarcoma,LGOS）

LGOS可位于髓内（低度恶性中央型骨肉瘤）或位于

骨表面（骨旁骨肉瘤），前者有时与纤维结构不良混

淆，而后者则不易骨化性肌炎和骨软骨瘤区分

低度恶性中央型骨肉瘤和骨旁骨肉瘤在核型分析存在

环状染色体，遗传学研究存在位于染色体12q13-15上

的CDK4和MDM2基因扩增

89%LOGS应用免疫组化法检测CDK4和MDM2表达

或FISH法检测MDM2基因扩增呈阳性结果，其他病变

均阴性Dujardin

F,

et

al.

Mod

Pathol.

2011;24:624-637.MDM2扩增MDM2CDK4

脊索瘤：70%存在9p21上CDKN2A和CDKNB纯合性或杂合性丢失

纤维结构不良和McCune-Albright综合征（MAS）

：20q13上GNAS基因后合子活化性错义突变，导致编码刺激型G-蛋白α亚单位（GSα）过表达纤维结构不良（Fibrousdysplasia,FD）

FD是一种骨内的良性纤维骨性病变，常为单发

McCune-Albright综合征（MAS）是一种少见的疾病，

表现为多骨性FD、皮肤咖啡-牛奶色斑、青春期早熟

和其他高功能内分泌病

90%以上的FD和MAS均存在20q13上编码刺激型G-蛋白α亚单位（GSα）的GNAS基因活化性突变McCune-Albright综合征常见复杂核型的骨和软组织肿瘤

骨肉瘤

多形性未分化肉瘤

多形性横纹肌肉瘤

多形性脂肪肉瘤

平滑肌肉瘤

恶性周围神经鞘膜瘤

血管肉瘤多形性未分化肉瘤：复杂核型常见简单核型的软组织肿瘤

腺泡状软组织肉瘤t(x;17)(p11;q25)TFE3/ASPL＞95%

血管瘤样纤维组织细胞瘤t(12;16)(q13;p11)

FUS/ATF1t(12;22)(q13;q12)

EWSR1/ATF121%

7%EWSR1/CREB171%

t(2;22)(q33;q12)

透明细胞肉瘤t(12;22)(q13;q12)

EWSR1/ATF190%(软组织)t(2;22)(q33;q12)EWSR1/CREB190%(胃肠道)

隆突性皮纤维肉瘤

t(17;22)(p21;q13)

COL1A1/PDGFR

＞90%

17和22环状染色体

COL1A1/PDGFR腺泡状软组织肉瘤：1型（不含TFE3活化结构域，常见）2型（含TFE3活化结构域，少见）腺泡状软组织肉瘤：不平衡易位儿童肾细胞癌：平衡易位透明细胞肉瘤：t(12;22)(q13;q12)EWSR1/ATF1融合基因至少有4个剪切变型

韧带样纤维瘤+8，+20，-5q21CTNNB1或APC突变

促结缔组织增生性小圆细胞肿瘤