从分子水平认识和治疗胶质瘤
【摘要】 胶质瘤是神经系统最常见的原发性肿瘤，临床预后还不乐观。我们在临床工作中注意到即使是相同病理类型和级别的胶质瘤，效果存在很大差异。治疗上的差异无疑是重要影响因素，但肿瘤内在的生物学特性，特别是分子水平的差异是关键所在。近年来,神经胶质瘤的诊断和治疗已深入到了分子水平。影像学诊断已不单纯解剖定位,还可以提供分子和功能影像；胶质瘤的病理诊断也在组织学分型/分级的基础上进行分子病理分类，并以此为个体化治疗提供参考；治疗开始从传统的手术/放疗/化疗深化到了分子靶向治疗。随着对胶质瘤分子病因/病理机制的深入了解，胶质瘤的临床治疗效果将会进一步提高。
【关键词】 胶质瘤 分子病理 分子影像 分子靶向治疗
Understanding and Treatment for Glioma with Molecular Aspect
Abstract: Glioma is the most common primary tumor in central nervous system(CNS) with poor prognosis. It is not uncommon that patient with same pathological profile, but the prognosis is quite different. The reasons might not be only the patient who received different treatment, but the heterogeneity of the tumor itself is also important. Currently, diagnosis and treatment for glioma have been advanced into molecular era. Molecular imaging has been introduced into neurooncology, so that functional imaging information now is available. Molecular neuropathology should become essential for diagnosis of glioma so that individualized therapy become possible. While treatment for glioma have also progressed from conventional surgery, radiation and chemotherapy to targeted molecular therapy. We can foresee that when the detailed molecular etiology has been understood, finally cured glioma should not be impossible.
Key words: glioma; molecular neuropathology; molecular imaging; targeted molecular therapy
1 胶质瘤的分子病因
胶质瘤的确切病因是什么目前还没有明确答案。一般认为与环境、遗传和机体免疫功能失调等综合因素有关。近年胶质瘤的分子生物学研究表明，胶质瘤是一种基因病[4]，体内外各种因素使抑癌基因失活/原癌基因活化是胶质瘤发生、的关键。研究发现，血管内皮生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR），血小板源生长因子受体(plateletderived growth factor receptor，PDGFR) 和p53，它们作为转录因子，对细胞周期、DNA修复、遗传稳定性和细胞凋亡起重要调节作用。磷酸酯酶及张力蛋白同源物 (phopsphatase and tensin homology deleted on chromosome ten，PTEN/ mutated in multiple advanced cancers，MMAC)，恶性脑肿瘤删除基因1（gene deleted in malignant brain tumor 1, DMBT1)，鼠类双微粒体2（murine double minute 2, MDM2），结直肠癌删除基因（gene deleted in colorectal cancer, DCC），细胞周期依赖激酶2（cyclindepend kinase 2,CDK2），视网膜母细胞瘤基因（retina blastoma,RB1）等与多形胶质母细胞瘤的发生密切相关[5]。此外，有研究发现纤维母细胞生长因子2及其受体（fibroblast growth factor2/recepter,FGF2/FGF2R），胰岛素样生长因子1及其受体（insulinlike growth factor1/recepter,IGF1/IGF1R），CerbB2,增殖细胞核抗原（proliferative cell nuclear antigen, PCNA），肝细胞生长因子等与胶质瘤侵袭和恶性变相关[6]。众多癌相关基因的相互作用，使细胞生长调节异常、细胞之间缺乏接触抑制和细胞的遗传特性不稳定，最终影响细胞周期控制、凋亡、血管生成、细胞黏附、跨膜信号转导和DNA修复，导致了肿瘤的发生和发展。然而，胶质瘤发生、发展的细节还远不清楚。以往对胶质瘤的研究主要集中在对单基因变化的考察，这些基因可能参与了胶质细胞的恶性转化。显然，胶质瘤的发生不仅是单基因改变的结果，而是由于众多原癌基因和抑癌基因复杂相互作用的结果。因此，全面、系统认识这些原癌基因和抑癌基因，大规模地比较它们的表达模式和下游基因产物的差异，才有希望提供治疗胶质瘤有效的新靶向和新策略。最近，胶质瘤干细胞概念的提出，以及与神经干细胞和正常胶质细胞三者间能否转化的探索为胶质瘤分子病因的研究提供了新思路[7]。
2 胶质瘤的分子病理
近来发现，按常规组织病分类属于同一类型和级别的胶质瘤，其分子遗传学背景可以是不同的，正是这种差异使组织学类型相同的胶质瘤在同样的治疗干预下其临床预后明显不同。因此，深入研究胶质瘤的分子遗传学变异，制定胶质瘤分子病理分类标准，将对合理的个体化治疗及评估患者预后均具有重要的理论意义和实用价值[8]。
在少突胶质细胞瘤，1p及19q丢失的发生率较高，有1p和（或）19q丢失的少突胶质细胞瘤对放射治疗和PCV方案化疗敏感，已得到众多研究的证实，此类患者的临床预后相对较好[9]。而增殖标记物 KiS1 的标记指数（labeling index，LI）>10%，p27 LI<20%提示可能恶性变。在室管膜瘤的KiS1 LI>5%，细胞间黏附抑制因子（Tenascin）, VEGF和VEGFR 阳性是恶性的表现。胶质瘤的PCNA阳性，p53突变和端粒酶活性升高也多提示肿瘤有恶性变的倾向[10]。部分低级别星形细胞瘤具有恶性胶质瘤的遗传学异常改变，如9p21 和 10q23~25 的杂合性丢失[11]。
现已公认，胶质母细胞瘤可分为原发性（de novo）和继发性两类。原发胶质母细胞瘤多有EGFR过表达、肿瘤抑制基因 PTEN(MMAC1)突变、p16 (也称周期依赖性激酶 2A（cyclindependent kinase inhibitor 2A，CDKN2A)丢失，还可见 MDM2基因扩增；而继发性胶质母细胞瘤常见p53突变，端粒酶活性阳性者占90%。最近， Liang 等[12]发现，在发展迅速的胶质母细胞瘤中有大约70个基因表达上调，通过105例病例对比研究证实其中一个基因（FABP7）与患者预后密切相关。
对胶质瘤分子病理差异的研究，人们采用了许多新技术，从基因芯片（cDNA microarray）、组织芯片、蛋白芯片到SAGE、比较基因组杂交技术（comparative genonic hybridization，CGH）等，但作为临床较为实用的有荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization，FISH), 免疫组织化学（immunohistochemistry，IHC), 杂合子丢失检测（loss of heterozygosity (LOH)testing），基因测序（Sequencing）[13]。
所以，胶质瘤的病理诊断已不能再停留在组织形态学水平，而迫切需要有预示治疗反应和预后的分子分类。当这些基因谱明确时，临床医生就能依此为病人做到量体裁衣的个体化治疗。
3 胶质瘤的分子影像
胶质瘤的临床诊断和鉴别诊断主要依靠影像学检查，影像学诊断技术由既往单纯形态学水平，深入到了分子水平[14]。分子影像学是利用医学影像技术，对人体内部生理或病理过程在分子水平上进行无损伤的、实时的成像。MR灌注成像(PWI)、磁共振弥散加权成像(DWI)与弥散张量成像(DTI)、磁共振波谱(MRS)、功能磁共振(fMRI)等新技术在胶质瘤诊断上的应用，对于胶质瘤的诊断与鉴别诊断，特别是对胶质瘤的术前分级，肿瘤复发与放疗后坏死的鉴别，对胶质瘤治疗后效果的评估，以及明确肿瘤边界，指导制订手术方案等都具有重要意义。脑肿瘤生长越活跃、恶性程度越高，在PWI将显示区域脑血容量(rCBV)值就越大，不同级别胶质瘤之间的rCBV存在显著差异：胶质母细胞瘤和间变性胶质瘤实质部分的CBV、脑血流量(cerebral blood flow，CBF)明显高于Ⅰ、Ⅱ级星形细胞瘤，所以MR脑灌注成像对鉴别脑肿瘤的良恶性具有很大参考价值。不同类型或级别的胶质瘤有不同的生长方式及代谢水平,因此很多学者进行了1HMRS与肿瘤级别的相关性研究，总的趋势是胆碱(Cho)/ 肌酸(Cr)值越高,肿瘤恶性度越高。
放疗后坏死改变与肿瘤复发一直是影像学诊断的难点，因为两者在传统MR图像中都可有明显的强化改变。PWI研究表明，当rCBV比值高于2.6时，提示肿瘤复发可能大，而低于0.6时则代表放射性坏死。MRS研究，在肿瘤复发患者中Cho/NAA和Cho/Cr比值升高,Lac峰出现,而具有放射性坏死的患者则显示NAA、Cho和Cr的大幅度降低及0～2.0ｐｐｍ之间宽而厚的波峰（细胞坏死峰）。
DTI可清楚显示胶质瘤与白质纤维的关系，确定皮质脊髓束与肿瘤间的距离，指导肿瘤的最大范围切除并有效保护锥体束，降低患者术后致残率。
而PET特别是18FFDG和11C标记的甲硫氨酸（MET）示踪剂的应用被证明对胶质瘤分级、预测预后、评价效果及鉴别复发与坏死很有价值[15]。肿瘤对示踪剂的摄取值/大脑皮质对示踪剂的摄取值（T/MCU），可以衡量胶质瘤的级别，当T/MCUFFDG≤0.8且T/MCUMET<2.1时，胶质瘤的级别较低，当T/MCUFFDG≥1.1且T/MCUMET≥2.1时，胶质瘤的级别较高；当其中一个值较高时，胶质瘤的级别处于两者之间。
4 胶质瘤的分子水平治疗
随着胶质瘤分子病理机制的深入了解，治疗的目标也将会细化深入到肿瘤的分子水平。如果我们采用常规的手段（手术/放疗化疗）没有办法彻底清除所有肿瘤细胞，但只要能使残存的肿瘤细胞不扩展，就能达到人/瘤和平共处。抗肿瘤血管形成的细胞休止疗法是有希望的措施，而诱导分化则是让肿瘤细胞改邪归正；基因治疗是从肿瘤形成的源头上进行治疗。
肿瘤的恶性表型涉及到癌基因的扩增和过表达，抑癌基因的缺失及一些重要的信号传导通路的异常。这些分子改变影响肿瘤细胞的增殖、凋亡、血管生成、侵袭和转移等一系列生物学行为。针对肿瘤组织或细胞在上述通路上所具有的特异（或相对特异）的分子为靶点的分子靶向治疗（targetedmolecular therapy）近年来取得了一定进展[16]。一些分子靶向药物已进入临床应用或试验[17]。针对PDGFR的单克隆抗体、可溶性受体、反义分子和小分子抑制剂正在研发。SU101是应用于脑肿瘤的第一个小分子PDGFR信号传导抑制剂。Imatinib (Gleevec)是另一个很有希望的抑制PDGFR的小分子酪氨酸激酶抑制剂，临床前及临床研究表明，Gleevec 具有一定的抗胶质瘤作用。酪氨酸激酶抑制剂Gefitinib(Iressa)和erlotinib(Tarceva)可通过竞争性抑制EGFR酪氨酸激酶胞内区ATP结合位点而起作用。NABTC进行了Iressa 治疗复发恶性胶质瘤的临床Ⅰ/Ⅱ期研究，取得了可喜的结果。试验表明tipifarnib(R115777, Zarnestra)和SCH66336两个法呢酰基转移酶抑制剂（FT inhibitors, FTIs）有抗胶质瘤活性。Marimastat(BB251) 是一个低分子量基质金属蛋白酶抑制剂(matrix metalloproteinases inhibitors, MMPIs)。AG3340是一个有效的MMP2抑制剂，也抑制MMP3,9和13。Metastat(CMT3,COL3)是化学修饰的四环素类似物，能抑制MMP2和MMP9的活性。它们在临床上对胶质瘤病人是否有效，还在探讨。
肿瘤的生长依赖肿瘤血管供应营养，阻断血管生成（Angiogenesis）是遏止肿瘤生长的有效策略。随着人们对肿瘤血管形成机制的了解，针对肿瘤血管形成的分子机制所设计的抗血管生成治疗策略，已成为目前肿瘤治疗的热点研究领域[18]，许多抑血管生成剂已进入临床试验。PTK787/ ZK222584 (PTK/ZK)是口服的VEGFR（vascular endothelial growth factor receptor, VEGFR）酪氨酸激酶抑制剂，也有较弱的阻断PDGFR的作用，可以干扰由VEGFR和PDGFR介导的血管生成，有抗肿瘤活性。整合素（integrins）参与介导细胞与细胞外基质的粘附、细胞迁移、侵袭及新生血管形成。阻断整合素可以减少血管生成，启动内皮细胞凋亡。最近发现，侵袭性黑色素瘤细胞能形成无血管内皮细胞被覆的、由细胞外基质界限的管腔，它不同于Angiogenesis，所以，将其称为血管生成拟态（vasculogenic mimicry，VM）[19]。这一现象相继在多种肿瘤中被发现（乳腺癌、卵巢癌、肺癌、前列腺癌、滑膜肉瘤、横纹肌肉瘤、嗜铬细胞瘤、星形胶质细胞瘤等）。我们在人脑星形胶质细胞瘤也发现VM的存在[20]，它可能是一种肿瘤微循环模式，所以，针对VM 的肿瘤治疗措施也成了人们倍感兴趣的领域。研究发现，VM调节通路，血管生成调节通路有共同的分子参与，如Flt1、Tie2、Tie1、VEGF、 Ang1、 Ang2、VEGF，对这些分子作用位点的深入研究，将会为研发更加有效的肿瘤治疗手段提供线索。
因此，在治疗前先采用适当的手段(如分子影像技术) 检测肿瘤的分子影像特征,当获得肿瘤标本后,还可进一步采用基因芯片/组织芯片等技术深入分析肿瘤的分子病理特征,是否存在与治疗反应相关的靶点，做到“有的放矢”，选择适合该患者的最佳治疗，而真正有效的治疗靶点还需要深入的分子病因/病理的研究。
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