INC國際兒童腦瘤大咖、世界神經(jīng)外科聯(lián)合會(WFNS)執(zhí)行委員會&顧問委員會成員之一的James T. Rutka教授發(fā)表研究《Spatial heterogeneity in medulloblastoma》(髓母細胞瘤的空間異質(zhì)性)，以下是研究簡述。

　　01. 摘要

　　在單一患者腫瘤的物理分離活檢樣本中，轉(zhuǎn)錄和遺傳標志物的空間異質(zhì)性給生物標志物的識別以及針對整個腫瘤的有效靶向治療的開發(fā)帶來了重大障礙。我們通過結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和基因組分析，研究了35例接受多區(qū)域活檢的患者的空間異質(zhì)性數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，髓母細胞瘤(但非惡性膠質(zhì)瘤)展現(xiàn)出空間上相對均一的轉(zhuǎn)錄組，這使得能夠從單一活檢樣本中準確對腫瘤進行分子分型。相反，在髓母細胞瘤、惡性膠質(zhì)瘤和腎細胞癌中，影響適合靶向治療基因的體細胞突變顯示出高度的空間異質(zhì)性。在單一髓母細胞瘤活檢樣本中發(fā)現(xiàn)的可干預(yù)靶點，在整個腫瘤中很少是克隆性的，這對針對單一靶點的單藥治療的有效性提出了質(zhì)疑。針對髓母細胞瘤的靶向治療臨床試驗應(yīng)首先確認目標突變在空間上的普遍存在性。

　　02. 研究對象與樣本

　　本研究收集了35例腫瘤(9例原發(fā)性髓母細胞瘤、16例高級別膠質(zhì)瘤(HGG)(其中10例僅有基因表達數(shù)據(jù))和10例腎癌)的多區(qū)域腫瘤活檢樣本和臨床數(shù)據(jù);所有 cases with exome sequencing 均納入外周血樣本作為生殖系(GL)對照。對于未發(fā)表病例的多區(qū)域活檢，盡可能模擬已發(fā)表病例的樣本制備條件，在腫瘤切除術(shù)中直接獲取。髓母細胞瘤與膠質(zhì)母細胞瘤的大小相近，平均直徑為8-12厘米;由外科醫(yī)生盡可能在不同部位取活檢。由于腎癌位于腹部，其體積可能更大。所有患者材料和臨床信息均在獲得知情同意后收集，并經(jīng)各參與機構(gòu)的倫理審查委員會批準。DNA和RNA的提取方法如前所述。使用2100生物分析儀(Agilent Technologies, Santa Clara, CA)評估RNA質(zhì)量，僅RNA完整性數(shù)字≥7的高質(zhì)量RNA樣本被納入后續(xù)研究。

　　03. 結(jié)論與討論

　　圖1 髓母細胞瘤(但非膠質(zhì)母細胞瘤)顯示出可靠的基于轉(zhuǎn)錄組的亞組預(yù)測。(a)利用 1000 個高 SD 轉(zhuǎn)錄本的無監(jiān)督層次聚類(HCL)分析顯示，8 個多區(qū)域髓母細胞瘤(MB)樣本與單個活檢樣本(n=334)相結(jié)合時，匹配的多區(qū)域 MB 樣本在各亞組中緊密聚集。(b)箱線圖顯示 MB、HGG 和 RCC 在腫瘤內(nèi)和腫瘤間的前 2000 個 SD 轉(zhuǎn)錄本值。(c)使用 22 個 MB 亞組標記基因的主成分分析(PCA)證實了腫瘤內(nèi)轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性程度低，以 MB3 為例。MB3 的多區(qū)域活檢編號已標出，PCA 分析了通過 NanoString 分析的 103 個單個活檢樣本。(d)點圖顯示 MB3 所有多區(qū)域活檢中標記基因表達高度相似。(e)圖示基于預(yù)測性微陣列分析(PAM)結(jié)果的膠質(zhì)母細胞瘤(GBM)亞型和 MB 亞組預(yù)測。MB3 的 SHH 亞組歸屬(用 * 標記)是根據(jù) NanoString 結(jié)果推斷的。虛線圓圈表示預(yù)測置信度 <100% 的活檢樣本。

　　圖2 所有腫瘤實體中體細胞異常的可變腫瘤內(nèi)異質(zhì)性。全基因組拷貝數(shù)異常分析未能重現(xiàn)基于表達的空間均質(zhì)性 MBs。(a) 顯示了每個活檢樣本中三個個體患者的基因組中的獲得(紅色)或缺失(藍色)的拷貝數(shù)片段。(b) 所有腫瘤的個體活檢樣本的拷貝數(shù)片段的無監(jiān)督層次聚類(HCL)顯示了隊列中所有腫瘤的個體活檢樣本的緊密聚集。通過拷貝數(shù)異常(c)或單核苷酸變異(d)測量的腫瘤內(nèi)異質(zhì)性，無論是在個體患者(上圖)還是按實體總結(jié)(下圖)都顯示所有實體的腫瘤范圍從高空間相似性(例如 HGG3、MB2)到低(例如 HGG1、RCC3)。相似性測量為所有腫瘤匹配活檢樣本對之間的二進制距離。

　　圖3 克隆譜系的空間混雜。(a) 一個具有四種克隆譜系(藍色、綠色、粉色、紫色)的腫瘤示例漫畫，這些克隆譜系在空間上分散，展示了如何利用三次活檢的數(shù)據(jù)構(gòu)建典型的活檢水平的系統(tǒng)發(fā)育樹以及反映三種檢測到的遺傳譜系混雜的亞群水平樹。分支末端根據(jù)活檢編號著色，并根據(jù)活檢編號(1、2、3…)和克隆譜系(a、b、c…)進行標記。分支顏色對應(yīng)細胞基因型;黑色方塊表示主要細胞譜系(活檢中超過70%的腫瘤細胞，按最大可檢測群體縮放)。請注意，活檢數(shù)量可能不足以“發(fā)現(xiàn)”所有不同的克隆譜系(例如紫色克隆)。(b) 三個代表性腫瘤的活檢水平樹;MB7、HGG2 和 RCC7.(c) 亞群水平樹顯示某些細胞譜系與其它活檢中的譜系具有較高相似性，表明存在空間混雜(例如 MB7 活檢 1、2、3;RCC7 活檢 4)。相反，某些活檢包含 >1 種不同的譜系(例如 HGG2 活檢 5)。(d) 顯示了與拷貝數(shù)異常(CNA)相關(guān)的突變的變體等位基因頻率(VAF)。VAF 散點圖具有平滑的顏色密度;黑色點表示單個突變。如果 CNA 事件(黑色三角形)出現(xiàn)在任一區(qū)域或被共享，則會顯示(帶有一些抖動)。

　　圖4 遺傳上不同的克隆譜系在空間分離的活檢樣本之間產(chǎn)生開啟/關(guān)閉突變模式。(a) 非同義突變被分為5類：在所有活檢樣本中均為克隆性的(克隆);在部分活檢樣本中為克隆性，在其他活檢樣本中為亞克隆性的(克隆/亞克隆);在部分活檢樣本中為克隆性，而在其他活檢樣本中完全缺失(克隆/缺失);在部分活檢樣本中為克隆性，在其他活檢樣本中為亞克隆性，在其他活檢樣本中缺失(克隆/亞克隆/缺失);以及從未被檢測為克隆性的(非克隆)。上圖：最有利的臨床場景示意圖，其中大多數(shù)突變在所有活檢樣本中均為克隆性(左)，以及突變在部分活檢樣本中為克隆性但在其他活檢樣本中缺失的最糟糕場景(右)。下圖：突變模式遵循跨腫瘤類型的最糟糕場景。徑向圖上的腫瘤特異性多邊形表示每種腫瘤在5個軸上的突變比例，多邊形中心用黑點標記。(b) 當考慮克隆性和亞克隆性或僅克隆性驅(qū)動事件時，條形圖顯示在給定腫瘤的所有活檢樣本中發(fā)現(xiàn)的驅(qū)動突變/插入缺失(上圖)或拷貝數(shù)異常(CNA)(下圖)的比例。條形圖上方顯示絕對數(shù)值。

　　圖5 腫瘤實體間遺傳異質(zhì)性的定量分析。 (a) 考慮到在所有活檢樣本中識別出的突變基因(來自可干預(yù)靶標列表)，單個腫瘤平均需要 5 次活檢才能有 80% 的可能性恢復(fù)已知突變基因的 80%(上圖)。至少需要 2 次活檢才能有 50% 的可能性恢復(fù) 50% 的突變基因(下圖)。小點：單個樣本;大點：腫瘤實體中位數(shù)。 (b) 正確推斷整個腫瘤中突變頻率的可能性取決于所取活檢樣本的數(shù)量，以及腫瘤的遺傳同質(zhì)性是高還是低。腦腫瘤頻率預(yù)測的準確性呈現(xiàn)出雙峰模式，遺傳變異低的腫瘤即使活檢次數(shù)少，準確性(>0.6)也較高，而遺傳變異高的腫瘤需要至少 5 次活檢才能達到相同的置信度(HGG 和 MB 面板)。RCC 腫瘤還表現(xiàn)出一種中間模式。準確性衡量標準是在選定的活檢樣本中觀察到的基因頻率與所有活檢樣本中已知頻率的接近程度(在 10% 以內(nèi))。線條表示對每個腫瘤的點進行的局部加權(quán)平滑擬合(Loess)，帶有 95% 置信區(qū)間(灰色輪廓)。 (c) 考慮隨機選擇 2 個活檢樣本，使用在兩個活檢樣本中均存在的突變基因(來自可干預(yù)靶標列表)的比例對患者進行排序。遺傳異質(zhì)性腫瘤患者的中位值 <0.2.點代表每名患者所有可能活檢對的中位值。

　　圖 6 髓母細胞瘤(MB)復(fù)發(fā)時的遺傳異質(zhì)性大大超過空間異質(zhì)性。 (a) 髓母細胞瘤樣本中，治療前與治療后活檢樣本的遺傳一致性比初始的遺傳空間異質(zhì)性低一個數(shù)量級(p<10−16;Welch 兩樣本 t 檢驗;n=14 對原發(fā) - 復(fù)發(fā)樣本;n=158 次空間比較來自 7 個腫瘤)。我們隊列中的高級別膠質(zhì)瘤(HGG)腫瘤在空間異質(zhì)性的總體分布上表現(xiàn)出相似性(n=4 個腫瘤的 92 次比較)，與低級別膠質(zhì)瘤(LGG)向 HGG 轉(zhuǎn)化后低的一致性相比并無顯著不同(n=23 對膠質(zhì)瘤原發(fā) - 復(fù)發(fā)樣本，Johnson 等，2014 年)。1 例 LGG 復(fù)發(fā)為 HGG 的病例中，治療后的遺傳一致性值與髓母細胞瘤相當(p<10−4;Welch 兩樣本 t 檢驗;n=12 對原發(fā) - 復(fù)發(fā)比較來自患者 1732;n=9 次空間比較)。一致性通過兩個活檢樣本中共同存在的克隆性體細胞突變的比例來衡量，相對于兩個樣本中克隆性體細胞突變的總數(shù)。寬豆形圖顯示了具有相似 y 值的測量數(shù)量，展示了數(shù)據(jù)分布。細水平線表示單獨的觀察值;具有相同值的多次觀察被組合在一起形成更寬的線;粗水平黑條表示平均值。 (b) 在當前臨床試驗中的免疫療法靶標基因的多區(qū)域活檢中觀察到低表達方差，這表明具有高遺傳空間異質(zhì)性的腫瘤可能對 CAR T 細胞療法或抗體療法反應(yīng)良好。綠點標記了目標基因在單獨活檢樣本中的表達;長水平線：每腫瘤的中位表達量;上下短水平線：每腫瘤表達量的第 25 和第 75 百分位數(shù)。

　　04. 關(guān)于作者

　　國際兒童腦腫瘤大咖 James T. Rutka教授

　　教授是世界神經(jīng)外科聯(lián)合會(WFNS)執(zhí)行委員會&顧問委員會成員之一，發(fā)表超過500多篇的文章，在臨床上的研究方向以顱內(nèi)腫瘤為主，對膠質(zhì)瘤、纖維瘤、顱咽管瘤、室管膜瘤具有多年的臨床經(jīng)驗，擅長清醒開顱術(shù)、顯微手術(shù)和被廣泛用于治療惡性腦瘤和癲癇的國際前沿技術(shù)激光間質(zhì)熱療(LITT)技術(shù)經(jīng)驗，對于兒童膠質(zhì)瘤，尤其是高級別膠質(zhì)瘤開展多項臨床試驗，其所在的醫(yī)院加拿大SickKids是國際知名的兒童醫(yī)院之一。

• 文章標題：【INC國際大咖研究成果】髓母細胞瘤的空間異質(zhì)性
• 更新時間：2025-06-17 17:20:38