胶质瘤的分类及其关键研究靶点

胶质瘤是中枢神经系统（CNS）的实体瘤。它们来自胶质细胞的肿瘤性转化，即星形胶质细胞、少突胶质细胞和室管膜细胞。脑肿瘤约占所有成人癌症的2%，但在儿童肿瘤组中占较大比例。胶质瘤约占所有恶性脑肿瘤的80%，根据细胞起源、分化和恶性程度分类。胶质瘤在发病年龄、严重程度、组织学特征、进展和转移能力方面表现出相当大的差异。胶质瘤诊断后的生存时间因级别而异。

根据世界卫生组织（WHO）的分类，胶质瘤分为四个等级。1、2和3级被归类为低级别胶质瘤，而4级被归类为高级别胶质瘤。不幸的是，由于治愈性治疗的可能性有限，高级别胶质瘤的目前预后还很差。最常见的胶质瘤形式是星形细胞瘤，约占所有胶质瘤的50%。

4级星形细胞瘤也称为胶质母细胞瘤或多形性胶质母细胞瘤(GBM)。GBM是最常见和恶性的组织学类型，占5年生存率非常差（低于5%）的胶质瘤的65%根据血小板衍生生长因子受体（PDGFR）、神经丝轻链（NFL）、表皮生长因子受体（EGFR)和CD44。神经胶质瘤的前神经向间充质转变与侵袭性表型、不良预后和治疗抗性有关。

胶质瘤的分类和分子病理学关键研究靶点
自2008年以来，世界卫生组织(WHO)对脑肿瘤的分类一直持续到今天，最新的第五版(WHOCNS5,2021)更新后的分类强调需要基于组织学和分子遗传学特征对神经胶质瘤进行分类，以用于临床诊断和结果预测。在WHOCNS52021版中，一些IHC诊断和预后标志物已被添加到胶质瘤的诊断标准中。最新的胶质瘤分类如下图所示，总共可分为7层。

图1.基于WHO组织CNS52021神经胶质瘤分类的7层方法

图2.成人弥漫性胶质瘤的七层分类方法。对于胶质瘤的综合诊断，7层结构结合了组织学特征、分级和分子信息。每种肿瘤最相关的诊断分子改变的存在和缺失分别用绿色和红色标出。根据WHO分类，胶质瘤分级为2-4级，恶性程度增加。

针对ATRX、IDH1(IDH/R132H)和组蛋白H3(H3K27M)的突变形式的抗体用于检测各自的突变。1p和19q染色体臂缺失的分析是通过多重连接依赖性探针扩增(MLPA)或不太常见的荧光原位杂交来完成的。不同形式的胶质瘤之间的区别主要基于形态特征、突变和染色体畸变（图3）。

图3.高等级胶质瘤的分子病理学

在胶质瘤神经病理学诊断中，针对以下蛋白质的抗体，如IDH（异柠檬酸脱氢酶）、ATRX（alphathalassemia/mentalretardationsyndromeX-linked）、GFAP（glialfibrillaryacidicprotein)、SYN（synaptophysin、EGFR（(epidermalgrowthfactorreceptor）、p53(tumorsuppressorprotein53）和增殖标志物Ki-67(MKI67)是黄金标准并经常使用。

免疫组织化学(IHC)在区分不同肿瘤类型方面起着至关重要的作用。下图显示了IDH1、ATRX和GFAP多重IHC-IF染色在不同胶质瘤等级中的一些示例。

图4a.星形细胞瘤中的ATRX和GFAP。星形细胞瘤的多重IHCIF染色显示肿瘤细胞中的ATRX（核，红色）和GFAP（细胞质，绿色）免疫反应性。图4b.少突胶质细胞瘤中的ATRX和IDH1。间变性少突胶质细胞瘤的多重IHC-IF染色显示肿瘤细胞中的ATRX（核，红色）和IDH1（细胞质，绿色）免疫反应性。

图4c.胶质母细胞瘤中的ATRX和GFAP。多形性胶质母细胞瘤的多重IHCIF染色显示肿瘤细胞中的ATRX（核，红色）和GFAP（细胞质，绿色）免疫反应性。图4d.胶质母细胞瘤中的ATRX和IDH1。胶质母细胞瘤进行多重IHC-IF染色，显示肿瘤细胞中的ATRX（红色）和IDH1（绿色）免疫反应性。

成人和儿童神经胶质瘤的独特特征
WHOCNS52021脑肿瘤分类的一个重要更新是将弥漫性神经胶质瘤区分为成人型和儿童型，它们对治疗和结果都有不同的反应（图5）。不同形式的胶质瘤的区分主要基于形态特征；然而，IHC分析在区分不同肿瘤类型方面起着至关重要的作用，尤其是在肿瘤分化差的情况下。

许多报告强调了成人和儿童胶质瘤的显着差异，主要基于组织学观察、频率、位置和病理谱。例如，小儿高级别胶质瘤通常出现在成人疾病很少靶向的大脑区域。小儿弥漫性神经胶质瘤更复杂，在分子上与成人不同。小儿神经胶质瘤通常分为低级别和高级别，其特点是局限性生长和频繁的H3和BRAF基因融合或突变。

另一方面，成人原发性胶质母细胞瘤中常见的PTEN突变和EGFR扩增在儿童中不太常见（Pollack2006）。此外，在成人中，继发性胶质母细胞瘤很少包含EGFR扩增。TP53、CDKN2A和PIK3CA的突变在成人和儿童高级别胶质瘤中很常见。此外，血小板衍生的生长因子受体-α(PDGFR-α)是高级别儿童胶质瘤病灶放大的主要靶标，可能是儿科人群的重要靶标。

基因拷贝数的改变可以显着区分儿童和成人胶质母细胞瘤。在儿科肿瘤中未发现IDH1热点突变，突出了与成人继发性胶质母细胞瘤的分子差异。1q染色体的频繁增加以及7号染色体增加和10q缺失的较低频率也清楚地区分了儿童期和成人高级别胶质瘤。

神经胶质瘤的蛋白质组
胶质瘤蛋白质组在人类蛋白质图谱(TheHumanProteinAtlas,HPA)网站。它建立在癌症基因组图谱计划(TCGA)提供的GBM数据之上，并将转录组数据与基于抗体的蛋白质数据相结合。

转录组分析显示所有人类基因（n=20090）中有72%（n=14370）在神经胶质瘤中表达。图6显示了胶质瘤中升高和预后（不利和有利）基因的数量。

图6.胶质瘤中升高的和预后基因。

对于不利基因，诊断时较高的相对表达水平会显着降低患者的总体存活率。对于有利基因，诊断时较高的相对表达水平可显着提高患者的总体生存率。图7显示了高级别(GBM)和低级别胶质瘤中突变基因的不同组成。

图7.高级别和低级别胶质瘤的突变基因组成不同高级别(GBM)和低级别胶质瘤中最常见突变基因的分布表示为总病例(n)的百分比。

与GBM不良预后最显著相关的前20个基因：

靶点

基因在生物体中的分布

预后p值

货号

Anti-ADAM15

Intracellular,Membrane

5.83E-05

HPA011633

Anti-ARMC10

Intracellular,Membrane

8.90E-06

HPA011036

HPA011057

Anti-CEND1

Membrane

4.38E-05

HPA042527

Anti-DBNL

Intracellular

2.12E-05

HPA020265

HPA027735

Anti-EN2

Intracellular

1.74E-06

HPA045646

HPA069809

Anti-FAM174A

Membrane

2.57E-06

HPA019539

Anti-KDELR2

Membrane

5.40E-05

HPA016459

Anti-LRRC61

Intracellular

1.11E-05

HPA019355

Anti-MED10

Intracellular

2.65E-05

HPA042795

HPA054188

Anti-MGAT4B

Intracellular

6.15E-05

HPA012804

HPA052134

Anti-PODNL1

Intracellular,Secreted

5.61E-08

HPA042807

Anti-PTPRN

Intracellular,Membrane

1.45E-07

HPA007152

HPA007179

Anti-RPL39L

Intracellular

1.30E-06

HPA047105

Anti-RPP25

Intracellular

2.24E-05

HPA046900

Anti-SLC6A6

Membrane

5.75E-08

HPA016488

Anti-SPAG4

Intracellular,Membrane

6.31E-05

HPA048393

HPA061789

Anti-STC1

Intracellular,Secreted

6.44E-05

HPA023918

Anti-TSPAN13

Membrane

3.56E-05

HPA007426

Anti-WFDC2

Intracellular,Secreted

3.04E-05

HPA042302

Anti-ZBED6CL

Intracellular

3.12E-05

HPA019724

HPA055805

与GBM良好预后最显著相关的前20个基因：

靶点

基因在生物体中的分布

预后p值

货号

Anti-ARHGAP12

Intracellular

0.000136

HPA000412

Anti-CDYL

Intracellular

0.000153

HPA035578

Anti-ETNPPL

Intracellular

9.52E-05

HPA044546

HPA072938

Anti-MARS2

Intracellular

0.000112

HPA035589

HPA035590

Anti-MIER1

Intracellular

3.44E-08

HPA019589

HPA050306

Anti-MTHFD2

Intracellular

0.000101

HPA049657

Anti-NEUROD1

Intracellular

0.000134

HPA003278

Anti-PATZ1

Intracellular

0.000106

HPA047893

Anti-RCOR3

Intracellular

1.35E-05

HPA007413

HPA007621

HPA071997

Anti-SAMD13

Intracellular

1.14E-08

HPA058929

Anti-SLC39A10

Intracellular,Membrane

1.46E-05

HPA036512

HPA036513

HPA066087

Anti-SOX21

Intracellular

8.79E-05

HPA048337

HPA064084

AMAb91309

AMAb91311

Anti-STARD7

Intracellular

3.89E-06

HPA064958

HPA064978

Anti-TBL1XR1

Intracellular

5.16E-05

HPA019182

Anti-ZBTB6

Intracellular

2.06E-05

HPA054111

HPA076894

Anti-ZFP1

Intracellular

4.24E-05

HPA044916

HPA062910

Anti-ZNF322

Intracellular

0.000128

HPA043161

HPA046692

Anti-ZNF420

Intracellular

3.57E-05

HPA059675

Anti-ZNF639

Intracellular

5.45E-05

HPA049023

HPA052163

Anti-ZNF821

Intracellular

0.00012

HPA036372

HPA042742

胶质瘤肿瘤微环境
肿瘤细胞与周围肿瘤微环境（TME）之间的动态相互作用在胶质瘤的持续生长、增殖和侵袭、存活、逃避细胞死亡、代谢、迁移和转移等过程中发挥着至关重要的作用。

胶质瘤TME具有高度异质性，由多种癌细胞和非癌细胞组成，包括内皮细胞(EC)、免疫细胞、胶质瘤干细胞(GSC)和星形胶质细胞，以及非细胞成分，例如作为细胞外基质(ECM)(Boyd2021;Yekula2020)。已经记录了神经胶质瘤肿瘤细胞和TME之间的几种细胞间通讯方式。在胶质瘤TME中，细胞通过内皮细胞、生长因子、细胞因子、趋化因子、单核细胞、巨噬细胞、肥大细胞、小胶质细胞、T细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞和癌症干细胞进行交流（Cole2020；Radin2020）。

图8.了解动态神经胶质瘤肿瘤微环境对于开发新的免疫治疗策略是必要的。

胶质瘤细胞与正常的非肿瘤细胞共存。胶质瘤细胞在缺氧免疫抑制TME中增殖，血管系统异常，细胞外基质丰富而独特，血脑肿瘤屏障受损。TME中的四种机制对于我们了解神经胶质瘤至关重要，对于开发新的治疗策略（如免疫调节、血管生成、癌症干细胞和耐药性）至关重要。许多这些机制是相互依赖的，并带有特定的分子特征。

免疫调节
近年来，免疫疗法已成为抗癌治疗的主要选择之一。然而，胶质瘤免疫原性和微环境相互作用的复杂机制仅得到部分阐明（Desland2020）。肿瘤细胞抑制局部和全身免疫反应并劫持与TME交流的能力严重限制了治疗效果。

免疫细胞是胶质瘤TME的重要组成部分，因为它们可以达到高达50%的肿瘤质量含量。胶质瘤中的免疫细胞开启TME中的炎症过程，从而促进肿瘤发展（Gieryng2017；Strepkos2020）。同时，高级别胶质瘤比低级别胶质瘤具有更多的免疫抑制特征。

在免疫相关基因ADORA2A中，CD160、CD276、NRP1和VTCN1在低级别胶质瘤中显着过表达。在高级别胶质瘤中，VTCN1、BTNL2和METTL21B过表达，而CD86、HAVCR2、LAIR1和VSIR的表达显着降低。

神经胶质瘤细胞分泌的细胞因子和趋化因子诱导免疫抑制细胞（MDSCs、Tregs和TAMs）的浸润和骨髓细胞获得促肿瘤表型（M2表型分化和PDL-1和B7表达）。

血管生成
胶质母细胞瘤预后不良的部分原因是药物无法成功通过血脑肿瘤屏障。胶质母细胞瘤是高度血管化的肿瘤，胶质瘤的生长依赖于新血管的形成。血管生成是一个复杂的过程，涉及血管内皮细胞在特定信号的刺激下增殖、迁移和分化。

例如，高级别胶质瘤的高代谢需求会产生缺氧区域，从而触发PLVAP（血脑屏障破坏的血管标志物）和血管生成的表达，导致异常血管的形成和功能失调的血脑肿瘤屏障。与瘤周正常组织相比，未成熟血管的标记物oglin(CD105)在胶质母细胞瘤中的含量显着高于正常组织。

胶质瘤癌症干细胞和耐药性
化疗耐药和复发是胶质瘤患者管理中的主要问题，也是导致死亡的主要原因。胶质瘤的复发在很大程度上与肿瘤细胞在初始治疗后从原发肿瘤内和周围的抗治疗癌症干细胞再生的能力有关。胶质瘤癌干细胞(GSC)是高级胶质瘤中不受控制的细胞生长的主要驱动力，也是对治疗的抵抗力。

GSCs通过一组核心的神经发育转录因子和癌基因发挥作用。高级别胶质瘤显示干细胞转录升高，例如ALDH1A1、EZH2、GFAP、SALL4、NANOG和POSTN。CD133、CD44、A2B5、CD15、CD171等分子表面标志物也与胶质瘤的复发和胶质母细胞瘤的侵袭性增加有关。

最后，给大家介绍几个在不同级别的胶质瘤中对相关TME标志物的研究：

1.Chi3l1
人类肿瘤的表型可塑性可以通过激活上皮-间质转化(EMT)过程来驱动，细胞通过该过程获得可塑性并获得干细胞的特性。

CHI3L1是一种分泌蛋白，作为干细胞状态的调节剂，在胶质瘤中高度表达。胶质母细胞瘤是高度血管化的肿瘤，胶质瘤的生长依赖于新血管的形成。CHI3L1被用作胶质母细胞瘤侵袭、迁移和血管生成的标志物。

图9.用单克隆抗anti-CHI3L1(AMAb91777)染色的人类正常皮层（左）和星形细胞瘤（右）。样本的荧光免疫组织化学图像显示星形细胞瘤（绿色）中有强蛋白表达。细胞核由DAPI复染（蓝色）。

2.METTL21B
TME，包括小胶质细胞和巨噬细胞等骨髓细胞的浸润，在胶质瘤进展中发挥着重要作用。胶质瘤积累的小胶质细胞/巨噬细胞是具有促肿瘤和抗肿瘤特性的混合细胞群，将抗原呈递给CD4阳性T细胞的小胶质细胞表达属于HLAII类蛋白的HLADRA蛋白。胶质母细胞瘤患者的HLA表达增加，有证据表明HLA家族可用作治疗胶质母细胞瘤的特定分子靶标。

METTL21B参与细胞粘附、血管生成和细胞增殖。其表达与蛋白质水平的胶质瘤分级呈正相关。METTL21B通过介导巨噬细胞从M1到M2的极化和调节免疫检查点的表达来促进肿瘤的免疫逃避并影响预后。尽管如此，METTL21B水平高的患者可能对免疫检查点阻断治疗有更好的反应。由于其底物特异性，METTL21B是治疗胶质瘤的有希望的靶点。

下图显示了与对照相比，胶质母细胞瘤肿瘤细胞中METTL21B的高表达以及活化的小胶质细胞(HLA-DRA)的数量增加。

图10.使用anti-HLA-DRA单克隆AMAb91674（细胞质，绿色）和anti-METTL21B多克隆HAP043020（细胞核，红色）抗体对人类正常皮质（左）和胶质母细胞瘤（右）样本进行多重IHC-IF染色。箭头表示活化的小胶质细胞（HLA-DRA阳性染色）。

3.SALL4
靶向GSCs是胶质瘤临床治疗的一个极其重要的方面。对胶质瘤GSC的更好理解为胶质瘤发生过程中细胞的动态交流提供了功能性见解，为诊断和治疗创造了新的机会。

转录因子SALL4参与细胞增殖、凋亡、周期、侵袭、进化和耐药性。SALL4在胶质瘤患者中过度表达，并与不良结果相关。SALL4通过加强PI3K/AKT信号通路（这是一种众所周知的调节肿瘤发生的通路，在胶质瘤中显着激活）发挥作用，从而降低肿瘤抑制因子PTEN的表达。

图11.SALL4在人和小鼠组织中的表征。使用anti-SALL4（AMAb91769）单克隆抗体进行免疫组织化学染色，显示睾丸(A)、卵母细胞(B)和胚胎睾丸癌(C)人类组织中的生殖细胞中的核阳性，以及发育中大脑中的一部分细胞中的核阳性小鼠胚胎E11(D)。

图12.SALL4在胶质瘤样本中的表达变多。使用anti-SALL4（AMAb91769）单克隆抗体（核，红色）对人正常皮质和胶质母细胞瘤样本进行多重IHC-IF染色。和anti-PTEN单克隆抗体（AMAb91736）（细胞质，绿色）。细胞核用DAPI（蓝色）复染

4.EZH2/ALDH1A3/Shugoshin2

转录因子EZH2在胶质瘤中高度表达，是免疫治疗的潜在靶点。EZH2是一种组蛋白H3赖氨酸甲基转移酶，可通过改变肿瘤抑制基因的表达来促进包括神经胶质瘤在内的多种人类恶性肿瘤的肿瘤发生。胶质瘤中的EZH2过表达与几个免疫检查点、细胞周期、DNA复制、错配修复、p53信号传导和肿瘤浸润淋巴细胞有关。

醛脱氢酶ALDH1A3与细胞粘附和肿瘤侵袭相关，是胶质瘤Mes亚型的标志物。ALDH是与胶质瘤恶性表型相关的癌症干细胞的标志物。在ALDH同种型中，ALDH1A3在高级别胶质瘤中比在低级别胶质瘤中过表达，而ALDH1A1在低级别中比在高级别胶质瘤中过表达。大多数Mes亚型患者具有高ALDH1A3mRNA表达，表明ALDH1A3是脑胶质瘤Mes亚型的有用标志物。

Shugoshin2在细胞分裂和细胞周期进程中至关重要。Shugoshin2(SGO2)在胶质瘤细胞增殖中起关键作用。数据显示，SGO2表达与WHO对人类神经胶质瘤的分级呈正相关。

图13.使用anti-EZH2(AMAb91752)（绿色，核）、anti-PARP1(AMAb90959)（红色，核）和anti-ALDH1A3(AMAb91754)(蓝色，细胞质)对人和胶质母细胞细瘤胞、星瘤形、少突胶质细胞瘤正常皮质样本进行多重IHC-IF染色单克隆抗体。

图14使用anti-EZH2(AMAb91750)（绿色，核）单克隆和anti-SGO2(HPA03516)对人正常皮质和胶质母细胞瘤样本进行多重IHC-IF染色（品红色，核）多克隆抗体。

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