睿科赛尔睿科医药 | 儿童DIPG的H3K27M突变

儿童DIPG的H3K27M突变

H3K27M突变在胶质瘤致病及诊疗中的作用

近年来，随着肿瘤发生基因遗传学基础逐渐阐明及分子诊断的快速发展，分子病理诊断逐渐在临床得到广泛的应用。由于H3K27M突变在弥漫性中线胶质瘤的独特性表达，2016年WHO中枢神经系统肿瘤分类中将其单独分为一个新的类型。

近年来相关研究报道，H3K27M在胶质瘤的发生发展中起到重要的作用。目前H3K27M突变在胶质瘤等领域是较为前沿的研究热点之一。现将H3K27M突变在胶质瘤致病及诊疗中的作用研究进展综述如下。
1.组蛋白H3K27M突变与胶质瘤

1.1H3K27M突变与胶质瘤的致病
组蛋白（histone）常有多种变体，共分为5种亚基，分别为H1、H2A、H2B、H3和H4。主要参与基因表达的精细化调节，具有调节方式多种、不同变体具有不同的作用，其中最常见为翻译后修饰，如组蛋白甲基化和乙酰化等。H3主要有5种变体，分别为H3.1、H3.2、H3.3、CENP-A（centromere protein A，着丝粒蛋白-A）和H3t（睾丸特异性组蛋白）等，分别具有不同的功能。H3.3有两个编码基因分别为H3F3A（主要编码具有复制独立特点的组蛋白H3变体H3.3）和H3F3B，其中H3K27M突变主要发生在H3F3A上H3K27M。不可思议的是，两个基因转录出的mRNA序列不一致，但表达后的成熟蛋白质序列完全一致。组蛋白H3.3主要通过表观调节影响基因的表达，主要参与细胞增殖、分化、减数分裂等多个生物学过程。

最新研究发现，组蛋白H3.3特定位点的突变H3K27M导致氨基酸的改变与中线结构胶质瘤发生密切相关，且具有明显弥漫性生长的特点，恶性程度高。

Jeremy等2012年在Nature上首次发表了胶质母细胞瘤（GBM）中组蛋白H3基因的突变情况，该研究通过基因测序分析发现在小儿GBM中基因H3F3A的频发突变，占到所检测肿瘤样本的44%（21/48）。认为该突变与组蛋白H3尾部在转录后修饰调节中两个起重要作用的位点氨基酸替换（K27M，G34R/G34V）有关。通过对各种类型胶质瘤大样本分析发现，H3F3A突变在儿童和年轻成人丘脑、脑干等中线结构区域具有较高的特异性。紧接着，Wu和Dong-Anh研究在儿童弥漫性脑桥胶质瘤（diffuse intrinsic pontine gliomas，DIPGs）和非脑干胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）样本的基因测序研究分析发现同样存在组蛋白H3K27M的频发突变，并且认为H3K27M突变可作为DIPG或丘脑GBM中重要的一个临床和病理分子标记。

近年来经过不断深入研究，发现组蛋白H3.3突变中线结构（如丘脑、脑干及脊髓等）区域胶质瘤中具有极高的表达，且常见于儿童和年轻成人，呈弥漫性生长，肿瘤恶性程度极高，预后极差。相关研究均显示H3K27M突变在弥漫性中线胶质瘤中独特的基因突变模式。

1.2组蛋白H3K27M突变效应

组蛋白H3.3突变效应与突变位点的重要作用有关，K27位点是常见修饰部位。随着基因测序的发展，借助全基因外显子测序和靶向测序，在儿童DIPG和GBM中发现频发的H3F3A基因突变，导致组蛋白H3上27位赖氨酸（K27）被甲硫氨酸（methionine，M）替换（K27M）。H3K27M突变破坏了组蛋白H3甲基化修饰位点，从而改变组蛋白甲基化状态。研究发现存在H3F3A-K27M突变的DBM和DIPG患者肿瘤细胞中H3K27me3含量均显著降低。将H3K27M突变基因转移到未突变肿瘤细胞的实验研究，同样可观察到肿瘤细胞H3K27me3含量得降低。这些结果表明H3K27M突变可引起的H3K27低甲基化，影响基因转录稳定性，从而引起或促进癌症的发生与发展。此外，H3K27M还可与甲基转移酶EZH2的相互作用而抑制多梳抑制复合物2（polycomb repressive complex 2，PRC2）的活性，导致H3K27me3含量的进一步降低。认为PRC2功能异常是胶质瘤发生的重要原因之一。因此，H3K27M突变降低组蛋白和部分基因周围DNA甲基化水平，从而强化基因激活效应，以及抑制PRC2功能引起相应受抑制靶基因的重新激活。

1.3弥漫性中线胶质瘤中其他相关分子标志

弥漫性中线胶质瘤主要见于儿童和年轻成人，在老年胶质瘤和其他类型肿瘤极少或缺乏。除了频发的H3K27M突变外，还存在其他分子的突变，如ATRX-DAXX（a-thalassaemia/mentalretardation syndrome X-linked和death-domain associated protein）、TP53、BRAF、IDH1、EGFRandTERTpromoter。有研究显示48例儿童GBM存在多个突变中ATRX-DAXX突变占31%，TP53突变54%。从784例儿童和年轻成人GBM大样本分析发现H3F3A/ATRX-DAXX/TP53的突变与端粒延长和特殊基因表达存在密切的联系。相关研究发现BRAF-V600E、H3F3AK27M、H3F3A-G34R/V和IDH1-R132H之间总是相互排斥。H3F3A-K27M的GBM多见于中线结构，且预后极差。BRAF-V600E多见于年青GBM患者亚型中，常伴有CDKN2A纯合子的缺失。IDH1-R132H常见于老年患者，相对有较好的预后。

Solomon研究发现，在47例弥漫性中线结构胶质瘤中，H3K27M的突变与IDH1-R132H突变和EGFR扩增几乎完全相斥，并且很少与BRAF-V600E同时发生突变，然而却常与p53的过表达和ATRX缺失相关联。尽管以上分子在中线结构胶质瘤中有不同程度的突变，但在不同部位突变情况会有所区别，具体尚需进一步的研究。

2.H3K27M突变在胶质瘤诊断中的作用

目前胶质瘤的临床诊断主要基于组织学水平，部分病例的诊断也主要基于以往经验。大量研究已经表明相关分子在胶质瘤中的发生及发展中起到了极其重要的作用，如IDH1、1p19q共缺失、ATRX、TERT启动子以及端粒酶启动子等。

最近研究表明，H3K27M突变在老年胶质瘤和其他类型肿瘤极少或缺乏，而在儿童和青年中线结构胶质瘤患者中显示出较为的独特模式，是恶性程度的一个标志，并且预示着预后较差和治疗效果差。H3K27M突变在弥漫性中线胶质瘤中的发现，为该类胶质瘤在分子分型诊断上提供了一个依据，并且为进一步的研究奠定了基础。

目前胶质瘤的常规诊断主要基于活检或手术切除组织的形态学鉴别。然而儿童胶质瘤和成年胶质瘤在形态学上常因差别不大而难以鉴别，分子分型为此提供了很好的依据。对该类胶质瘤，H3K27M突变的发现可以作为临床差异的一个解释。之前采用免疫组化直接检测H3K27M是一种方式，由于H3K27M主要发生于H3F3A，基因技术的逐渐成熟和应用，对活组织样本进行DNA提取和基因扩增后real-timePCR也是一种重要的方式。

3.H3K27M突变在胶质瘤治疗中的作用

弥漫性中线结构胶质瘤在治疗方面尚无指南推荐，仍采取目前儿童和成人的治疗方案。目前儿童胶质瘤治疗借鉴于成人胶质瘤的治疗方法，主要采用以手术和辅助放化疗为主要的综合治疗，尽管如此，儿童胶质瘤患者的生存预后仍很差。因此，对于儿童胶质瘤，尤其是具有致命性的H3K27M突变的患者，极为迫切需要找到一种有效的治疗方式。

H3K27M突变会引起组蛋白修饰异常，导致H3K27me3含量的减少，促进疾病的发生与发展，而组蛋白去甲基化酶JMJD3含量的减少或活性降低可增加H3K27me3水平，对肿瘤细胞增殖等具有一定的抑制作用，因此可以将JMJD3作为一个治疗靶点。研究发现GSK-J4是一种JMJD3特异性抑制剂，其可以增加H3K27M突变胶质瘤细胞内H3K27me3水平，从而发挥抑制肿瘤的效应。此外，Grasso研究表明，GSK-J4和组蛋白去乙酰化酶抑制剂帕比司他（panobinostat）联合使用在肿瘤抑制等发面具有协同效应。目前在胶质瘤领域，关于H3K27M突变患者，尚无明确有效的治疗方案，尚需进一步研究探讨。

4.H3K27M突变与胶质瘤预后的关系

儿童胶质瘤与成人胶质瘤在肿瘤特点、发生及发展等具有明显地区别，在诊断及治疗上和成人胶质瘤具有明显地差异。相关研究表明，儿童中线结构胶质瘤中，H3K27M突变与患者的预后具有显著的相关性。研究表明H3WT的儿童丘脑胶质瘤诊断年龄为（8.24±3.93）岁，总生存期（OS）为（11.10±8.69）年，而H3K27M突变的儿童丘脑胶质瘤诊断的年龄为（10.35±3.23）岁，总生存期为（1.81±3.25）年。H3K27M突变的儿童丘脑胶质瘤5年生存率为6.3%（1/16），而H3WT为68.8%（33/48）（P＜0.0001）。不论是高级别（HGG）还是低级别胶质瘤（LGG），具有H3K27M突变的胶质瘤患者具有更差的生存期。研究表明H3K27M突变的47例弥漫性中线结构胶质瘤中，诊断时年龄为2～65岁，中位数年龄为14岁。同样认为H3K27M突变的胶质瘤患者预后更差。此外，不同部位H3K27M突变也具有不同的预后。Jie研究表明在具有H3K27M突变的胶质瘤中，发生在脑干部位者要比丘脑的预后更差。