撰文丨萧平

儿童和青少年中枢神经系统肿瘤的异质性造成患者预后差异极大，对其的准确诊断面临巨大挑战。最新版的世界卫生组织 (WHO) 中枢神经系统肿瘤分类【1】也强调了这些分型的数量之大、分辨之难。尤其是其中极为罕见的亚型，对于一名神经病理学家来说，究其一生也不一定能看到几例患者。

第二代测序 (NGS) 在中枢神经系统肿瘤分型中的应用为上述问题的解决提供了便利条件【2】。2018年，基于DNA甲基化测序对中枢神经系统肿瘤进行细化分型的研究【3】为这一领域带来新的进展 (可参见BioArt往期文章：Nature长文报道基于DNA甲基化的中枢神经系统肿瘤分型；本篇Nature Medicine工作的通讯作者David. T. W. Jones即为此Nature工作的共同第一作者)，这一工作还提供了可以利用DNA甲基化数据进行中枢神经系统肿瘤分类的在线研究工具 (Molecular Neuropathology 2.0/MNP 2.0: http://www.kitz-heidelberg.de/molecular-diagnostics)，积累了可观的研究样本和相关数据——自2016年以来，这一项目已收集到超过9万例样本的上传数据。

在此基础上，近日，来自德国海德堡Hopp儿童癌症中心、德国癌症研究中心、海德堡大学医院、波恩大学等单位的多个团队在Nature Medicine联合发表了题为Multiomic neuropathology improves diagnostic accuracy in pediatric neuro-oncology的研究工作。在这一工作中，研究人员进行了MNP 2.0在儿童和青少年中枢神经肿瘤患者常规诊断中的效用评估，这一多组学分型方法——优化了的DNA甲基化分型、通过基因检测Panel获得的诊断/治疗相关的基因变异、肿瘤易感性综合征的鉴定——的整合，很大程度提升了患者群体的诊断准确性。

研究人员在4年间收集并检测了超过1000例儿童和青少年中枢神经系统肿瘤患者的福尔马林固定及石蜡包埋 (FFPE) 样品。受试者来自德国、澳大利亚/新西兰、瑞士的65个肿瘤中心，对他们的年龄要求是初次诊断为中枢神经系统肿瘤的年龄不超过21岁。经过WHO分型和基于DNA甲基化的疾病分型 (见图1)，研究人员对上述分型方式进行了比较。

图1 受试者经过WHO分型 (上) 和DNA甲基化-RF分型 (下) 后的结果展示。

在WHO分型中，1028例样本 (86.9%) 有确信度高的诊断分型，而99例 (8.4%) 则相对模糊，此外有55例 (4.7%) 是描述性诊断，其中33例完全无法分型。在这一分型标准下，最常诊出的是低级别神经胶质瘤 (LGG, 37.7%)，其次是成神经管细胞瘤 (MB, 16.0%)、高级别神经胶质瘤 (HGG, 15.6%)、室管膜肿瘤 (EPN, 10.6%) 以及其他胚胎性肿瘤或松果体瘤 (EMB/PIN, 6.2%)。

基于DNA甲基化的随机森林 (RF) 算法分型将肿瘤样本分到65个不同的DNA甲基化亚型分组 (理论上有91中分型) 中，与WHO分型类似，占比最高的依次为LGG (28.5%)、MB (16.3%)、HGG (10.1%)、EPN (10.1%) 和EMB/PIN (5.5%)，除此之外有6.2%分布在其他发生频率较低的亚型中，在这一分型下有237例样品 (21.1%) 无法明确分型。结合t-SNE DNA甲基化分布可视化分析可以对样本进一步分型，且其中34个肿瘤样本 (3.0%) 呈现出新的亚型特征 (见图2a)。

研究人员也结合基因检测Panel和肿瘤易感性综合征对上述样本及其分型做了分析。通过使用针对130个目标基因的定制基因检测Panel，结合部分样本的转录组测序结果，研究人员发现在1034例肿瘤样本中625例 (60.4%) 存在上述基因的改变，其中发生频率较高的有BRAF (26.3%)、TP53 (5.1%)、FGFR1 (4.4%)、NF1 (4.2%)、H3F3A (3.7%)、CTNNB1 (2.2%) 等。

图2 结合t-SNE可视化分析的DNA甲基化分型方式 (DNA甲基化-t-SNE分型) 以及WHO分型和DNA甲基化-RF分型在HGG中的平行对比。

大多数肿瘤样本 (67.8%) 的WHO分型和DNA甲基化-RF分型结果相一致，其中DNA甲基化-RF分型在一些样本 (559例，49.7%) 中的表现更为精细 (见图1)。值得注意的是，有一些样本在两种分型下有所差异，它们主要分布在WHO分型的高级别神经胶质瘤 (HGG) 中 (见图2b)。通过对其进行分级，研究人员发现高危DNA甲基化分组 (DMG, K27M; HGG, G34; HGG, midline; HGG, MYCN; HGG, RTK) 的患者与更差的总生存期 (OS) 相关，而中危组 (A, IDH; HGG, IDH; aPA; PXA; IHG; CNS NB, FOXR2) 或低危组 (PA, PF; PA, midline; PA/GG, hemispheric; GG; LGG, MYB/MYBL1; DLGNT) 则有着显著延长的总生存期 (P < 0.001; 见图3 a, b)。利用DNA甲基化-t-SNE分型的存活曲线也得到了相一致的结果。相较而言，WHO分级间 (WHO grade 3 vs WHO grade 4) 的差异显著性弱一些 (P = 0.0051) (见图3 c, d)。

图3 不同分型/分级下WHO分型的HGG患者生存曲线。

从上述结果来看，不同分型下主要差异集中在神经胶质瘤，说明在标准的神经病理学分型中整合DNA甲基化分析能让此类患者更多从中获益。

这一工作为多组学信息的整合在儿童和青少年中枢神经肿瘤神经病理学诊断中的应用提供了证据。

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41591-023-02255-1

参考文献

1. WHO Classification of Tumours Editorial Board. Central Nervous System Tumours. WHO Classification of Tumours, 5th ed, vol 6. https://publications.iarc.fr/601 (International Agency for Research on Cancer, 2021).

2. Sahm, F. et al. Next-generation sequencing in routine brain tumor diagnostics enables an integrated diagnosis and identifies actionable targets. Acta Neuropathol. 131, 903–910 (2016).

3. Capper, D. et al. DNA methylation-based classification of central nervous system tumours. Nature 555, 469–474 (2018).

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