分子检测已彻底革新脑肿瘤的诊断与治疗模式，新型DNA分析技术现已成为精准分型的核心手段。最新医学指南强调需将传统显微镜检查与先进分子谱分析相结合，以识别决定肿瘤类型、预后及治疗策略的特异性遗传标志。DNA甲基化谱分析（DNA methylation profiling）与下一代测序（next-generation sequencing, NGS）等关键技术，可在50-65%的病例中检出关键突变与遗传变异，显著改变10-20%患者的临床诊断与治疗路径。
More from Diagnostic Detectives Network
分子检测如何改变脑肿瘤的诊断与治疗
目录
- 引言：分子检测对脑肿瘤的重要性
- 脑肿瘤诊断与治疗的关键分子检测
- DNA甲基化分析：革命性诊断工具
- DNA与RNA测序：检测关键突变
- 其他诊断工具与技术
- 分子检测在脑肿瘤诊断中的应用
- 成人弥漫性胶质瘤：分子检测如何指导诊断
- 对患者的意义：临床影响
- 认识分子检测的局限性
- 脑肿瘤诊断患者的建议
- 信息来源
引言：分子检测对脑肿瘤的重要性
近年来，分子谱分析技术彻底改变了医生对中枢神经系统（CNS）肿瘤的诊断和分类方式。根据2021年世界卫生组织（WHO）发布的最新中枢神经系统肿瘤分类标准，现在要求将传统显微镜检查与分子检测相结合，以实现准确、可重复的诊断，从而直接影响患者治疗。
这种综合诊断方法意味着病理学家现在必须使用多种分子检测技术，主要包括DNA甲基化分析和DNA/RNA新一代测序。这些先进技术有助于更精确地分类肿瘤，识别特定基因突变，甚至发现传统方法无法检测的潜在治疗靶点。
分子谱分析的重要性显著提升，所有主要中枢神经系统肿瘤类型现在都需要评估特定分子标记物才能做出正确诊断。许多新型肿瘤类型实际上是通过这些技术发现的，特别是DNA甲基化分析，突显了其在现代神经病理学中的关键作用。
脑肿瘤诊断与治疗的关键分子检测
分子神经病理学现在包含一系列检测方法，这些方法在目的、复杂度、可用性和成本方面各不相同。理解这些差异至关重要，因为它能帮助医生为每个特定的诊断挑战选择最合适的检测，并正确解读结果。
当前的分子工具箱包括几种基本技术，它们能提供关于脑肿瘤的互补信息。每种检测都有其特定优势和应用场景，使其在特定诊断情况或肿瘤类型中具有独特价值。
DNA甲基化分析：革命性诊断工具
DNA甲基化分析可以说是近年来脑肿瘤诊断中最具影响力的分子工具。这种方法利用肿瘤细胞独特的表观遗传特征，这些特征既反映了其起源组织的特性，也包含了癌症发展过程中获得的变化，从而为每种肿瘤类型创建了特定的"分子签名"。
目前，DNA甲基化谱使用MethylationEPIC阵列珠芯片（850K）进行评估，该芯片研究整个基因组中数十万个CpG岛的甲基化状态。原始数据随后上传到专用平台，并与中枢神经系统肿瘤及其他选定实体的综合数据库进行匹配。
匹配分数≥0.9强烈支持诊断分类，但专家总是会结合临床、影像学和组织病理学发现来审查这些结果。需要注意的是，使用此平台的DNA甲基化分析并非认证检测，因此不同国家可能对其诊断用途有不同的监管要求。
这项技术已被证明对研究和日常诊断都极具价值。在研究方面，许多新的肿瘤类型和亚型是通过对大型脑肿瘤数据集的无监督分析发现的。许多新识别的肿瘤在形态特征上与其他实体有显著重叠，和/或发病率极低，这解释了为什么它们以前未被识别为独立肿瘤类型。
在临床实践中，多个研究小组已经发表了他们在儿童和成人患者中使用这项技术的经验。总体而言，约50-65%的样本达到匹配分数（≥0.9），约10-20%的病例对诊断产生显著影响，可能带来临床后果。这一显著成效证明了这项工具在短短几年内迅速被采纳的理由。
通常，在分析以确认诊断或评估特定肿瘤亚型的病例中观察到较高的中位分类分数。而在具有挑战性的样本或较小标本中，分数范围则更广泛。复杂病例中的较低分数可能由多种因素导致，包括样本量小、质量差或非代表性活检，这些情况即使通过传统病理学和甲基化分析也可能无法分类。
理想情况下，需要200纳克DNA且肿瘤细胞浓度≥60%，但显著较低的量有时也能实现诊断分类。福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织块通常能提供与新鲜冷冻样本相似的结果，对较陈旧标本的分析也可能产生正确分类。
DNA甲基化分析在重新分类具有非特异性组织病理学特征的罕见肿瘤类型方面特别有用。虽然它现在是诊断中枢神经系统肿瘤的关键工具，但这种方法在所需技术设施、成本、周转时间（多天）以及执行和解释所需的专业知识方面都提出了重大挑战。
DNA与RNA测序：检测关键突变
许多中枢神经系统肿瘤具有特定点突变（可通过DNA测序检测）或基因融合（主要通过RNA测序识别）。例如，IDH1/IDH2和H3编码基因的突变分别表征特定亚组的成人和儿童胶质瘤。其他突变，如BRAF V600E，可能以不同频率出现在多种肿瘤类型中，但仍有助于诊断评估并启用靶向治疗。
多种检测类型可用于DNA测序，包括单基因直接测序（桑格测序）和基于新一代测序（NGS）的方法，如靶向面板测序和全外显子组/基因组测序（WES/WGS）。这些分析可检测单核苷酸变异（SNV）、小插入/缺失（InDel）和拷贝数变异（CNV）。
在NGS检测中，靶向基因面板测序是目前中枢神经系统肿瘤日常分子诊断中最相关的工具。它允许以可接受的成本、周转时间和解释可行性分析相对较大的相关基因集。许多与脑肿瘤诊断最相关的基因对这些肿瘤相对特异，需要定制或更大的面板。
中等大小基因面板的诊断效能已得到证实，即使在输入材料有限的情况下也能检测突变和CNV。使用更大基因面板（包括IDH1/IDH2、TERT、TP53、ATRX、BRAF、H3F3A、H3F3B）的最新研究进一步验证了这些结果。这些检测在超过一半的分析样本中检测到诊断相关改变，即使在NGS结果无贡献的情况下，57%的病例中也能检测到信息性CNV。
实验室方案对测序成功至关重要。应最大化DNA质量和肿瘤细胞率，根据检测类型和样本特征实现足够的覆盖/读取深度。数据分析流程和分子病理学家的专业知识对于正确的变异识别和解释同样重要。
分析来自血液和/或脑脊液的循环肿瘤DNA（ctDNA）代表了通过微创液体活检进行肿瘤分子谱分析的另一种方法。技术挑战迄今为止限制了其在日常实践中的应用，但最新数据显示，全面的NGS面板可以检测CNV并解析ctDNA中的肿瘤内异质性。
对于RNA测序，主要诊断目的是检测基因融合，这表征了许多中枢神经系统肿瘤。例如，毛细胞星形细胞瘤常携带KIAA1549::BRAF融合，特定的幕上室管膜瘤亚型由ZFTA或YAP1融合定义。基因融合可以代表可利用的治疗靶点，如在婴儿型半球胶质瘤中常见，这些肿瘤常以NTRK1/NTRK2/NTRK3、ROS1、ALK或MET基因融合为特征，并有有效的抑制剂可用。
专注于RNA NGS在中枢神经系统肿瘤中意义的研究显示，这种工具对儿童肿瘤特别有价值，因为这些肿瘤更频繁地发生这些事件。在成人脑肿瘤中，基因融合相对罕见，通常不代表治疗靶点。
其他诊断工具与技术
基于微阵列的全基因组拷贝数变异（CNV）评估是另一种相关的诊断工具，常用于中枢神经系统肿瘤的分子表征，特别是在DNA甲基化分析可用之前。这些检测可识别许多染色体改变（缺失、扩增、杂合性丢失、拷贝中性杂合性丢失、染色体碎裂），这些改变作为特定肿瘤类型的诊断和/或预后标志物。
分子谱分析不一定意味着同时分析多个改变。荧光原位杂交（FISH）可直接在组织切片上评估特定DNA位点，适用于验证目的或当基于肿瘤特征强烈怀疑特定改变、或材料不足以进行其他分析时。
除了核酸分析，还可以使用广泛可用、快速且廉价的免疫组织化学染色评估蛋白质。免疫组化可以确定突变蛋白的存在（IDH1 R132H、p53、H3 K27M、H3 G34R/V、BRAF V600E）、正常/功能蛋白的丢失（ATRX、H3 K27me3、INI1、BRG1）或异常通路的过度激活（EZHIP）。
MGMT启动子甲基化的评估对于IDH野生型胶质母细胞瘤的分子表征仍然至关重要，因为它具有预后和预测价值。多种检测可研究这一标记物，在临床相关性上没有明显的优越性。由于不同检测之间缺乏等效标准，理解本地可用检测的特性很重要。MGMT免疫组化不是这些检测的可靠替代方法。
分子检测在脑肿瘤诊断中的应用
分子分析有助于或必须用于诊断2021年WHO分类认可的许多肿瘤类型。最相关的分子工具因特定肿瘤而异，选定的例子展示了这些工具在当前神经病理学实践中的重要性。
成人弥漫性胶质瘤：分子检测如何指导诊断
根据2021年世界卫生组织（WHO）分类标准，成人弥漫性胶质瘤主要依据IDH1/IDH2状态进行分层。这一划分基于该分子标志物相关的不同肿瘤生物学特性、致癌机制及临床意义，具有充分依据。
IDH野生型胶质母细胞瘤是最常见的弥漫性胶质瘤，多发生于老年患者，预后极差。这是一种在形态学和分子水平均具异质性的肿瘤，通常表现为低分化星形细胞特征，伴有浸润性生长、高增殖活性、微血管增生和坏死。即使形态学特征典型，医生仍需排除IDH1/IDH2突变，以鉴别IDH突变型星形细胞瘤或IDH突变伴1p/19q联合缺失的少突胶质细胞瘤。
检测方法多样：IDH1 R132H免疫组化检测可排除最常见突变（约占幕上IDH突变型胶质瘤的90%）。该策略适用于55岁及以上患者，其发现其他突变类型的概率低于1%。但若有低级别胶质瘤病史，则需进行测序分析。
若缺乏典型胶质母细胞瘤形态学特征但疑似病例，2021年WHO分类允许通过分子诊断确诊。这需要符合DNA甲基化谱特征，或至少满足以下三项标志物之一：7号染色体增益伴10号染色体缺失、TERT启动子突变或EGFR扩增。这些标志物在特定背景下具有相对特异性，其患者预后与经形态学诊断者相似。
诊断IDH突变型弥漫性胶质瘤需满足：组织病理学符合浸润性弥漫性胶质瘤特征，且存在IDH1/IDH2突变及ATRX缺失/突变，或排除1p/19q联合缺失。IDH突变伴1p/19q联合缺失的少突胶质细胞瘤需存在全臂1p/19q联合缺失。替代方案可通过检测相应甲基化分类进行诊断。
ATRX状态可通过免疫组化（注意坏死区域伪影或混杂的阳性非肿瘤性反应性星形细胞）或检测功能缺失突变的测序技术评估。TP53/p53检测同样重要，因其常见于IDH突变型星形细胞瘤。
诊断IDH突变伴1p/19q联合缺失肿瘤的关键标志是全臂1p/19q联合缺失，可通过包括FISH在内的多种检测技术验证。但FISH技术因仅靶向单个基因位点，可能导致假阳性结果，尤其在具有复杂核型的肿瘤中。假阳性FISH评估常出现于本无需进行1p/19q状态检测的病例，凸显了正确选用检测方法的重要性。
IDH突变型弥漫性胶质瘤分级仍以形态学特征为核心，但2021年WHO分类新增CDKN2A/B状态评估作为IDH突变型星形细胞瘤的分级标准。存在CDKN2A/B纯合缺失时，因与不良预后相关，应划分为4级。CDKN2A/B状态可通过DNA甲基化谱CNV图、DNA二代测序或FISH评估，但目前尚未确立明确的临界值。
对患者的意义：临床影响
分子检测融入脑肿瘤诊断标志着患者护理的根本性变革。这些先进技术可提供更精准的诊断、更可靠的预后信息，并识别以往无法检测的潜在治疗靶点。
对患者而言，这意味着能根据肿瘤特异性遗传特征制定更个性化的治疗方案。分子谱分析可识别出比传统治疗更有效的靶向疗法，尤其适用于携带BRAF V600E突变或涉及NTRK、ROS1、ALK、MET基因融合等特定突变的肿瘤。
更精确的肿瘤分类能力也提升了预后判断准确性，帮助患者和医生就治疗强度及后续护理做出更明智决策。例如，IDH突变型与IDH野生型胶质瘤的区分显著影响预期结果和治疗策略选择。
分子检测还能识别可能受益于新型靶向疗法临床试验的患者，拓展了标准治疗方案之外的选择。这对常规治疗效果有限的侵袭性或罕见肿瘤类型尤为重要。
认识分子检测的局限性
尽管分子检测革新了脑肿瘤诊断，仍需认识其局限性。这些技术需要专业解读能力，结果必须始终结合临床、影像学和传统病理学发现综合评估。
技术挑战包括需要足量且质量合格的肿瘤组织。小活检样本、保存不当或肿瘤细胞含量过低可能限制分子检测效果。部分检测方法的周转时间（数天）也长于传统病理学检查。
成本与可及性仍是全面推广分子谱分析的重要障碍。并非所有医疗中心都具备这些先进技术，在资源有限地区尤其如此。
虽然分子分类提供宝贵信息，但并非总能直接指导治疗决策。部分分子改变尚无对应靶向疗法，新发现遗传改变的临床意义也可能尚未完全明确。
任何检测都可能出现假阳性和假阴性结果，强调需要专家解读并与其他诊断信息相互印证。这对FISH等存在技术局限性可能导致误导性结果的检测尤为关键。
给面临脑肿瘤诊断患者的建议
对于确诊或疑似脑肿瘤的患者，以下建议有助于应对诊断过程：
- 寻求全面分子检测：向医疗团队咨询DNA甲基化谱分析和靶向测序panel等分子谱分析方案，这些可提供关键诊断和预后信息。
- 了解特定肿瘤特征：要求清晰解释分子检测结果及其对诊断、预后和治疗选择的影响。
- 考虑二次诊断：分子检测解读需要深厚专业知识。在专科神经肿瘤中心进行病例复核可确保诊断准确性。
- 探讨临床试验选项：若肿瘤具有特定分子特征，询问是否符合靶向疗法临床试验条件。
- 保存肿瘤组织：若接受手术，与外科团队讨论保存足够肿瘤组织的重要性，以满足当前及未来可能的分子检测需求。
- 遗传咨询考量：部分分子发现可能提示遗传性癌症易感倾向。与医生讨论是否需进行遗传咨询。
需谨记，分子检测与其他临床信息结合时价值最大。应与医疗团队协同理解这些先进诊断技术如何融入整体治疗方案及其对个体情况的意义。
来源信息
原文标题：分子神经病理学：中枢神经系统肿瘤诊断与临床管理不可或缺且不断发展的工具箱
作者：卢卡·贝尔特罗、卢卡·曼盖里尼、阿莱西娅·安德烈亚·里奇、保拉·卡索尼、费利克斯·萨姆
出版物：《维尔肖档案》（2024）484:181–194
DOI： https://doi.org/10.1007/s00428-023-03632-4
本文基于同行评审研究，以患者易懂的方式呈现复杂科学信息，同时完整保留原始研究中的所有核心医学内容。