摘要
自年发布《世界卫生组织中枢神经系统肿瘤分类》第4版更新以来，特定分子特征已成为脑肿瘤诊断的一部分。“组织-分子”整合诊断的方法可以对弥漫性脑胶质瘤和胚胎性中枢神经系统肿瘤进行更精确的诊断。本文提供了最重要的诊断和预后分子标志物，用于原发性中枢神经系统肿瘤的分子诊断。其中弥散性成人胶质瘤的分子标记是IDH1/IDH2突变，1p/19q共缺失和组蛋白H3基因突变等。髓母细胞瘤是最常见的胚胎中枢神经系统肿瘤，根据年中枢神经系统WHO分类将其分为四个分子定义组：WNT信号通路激活型，SHH信号通路激活型以及非WNT/非SHH激活型（G3和G4型）。分子特征对于其他几种中枢神经系统肿瘤的诊断也很重要，例如RELA融合性室管膜瘤亚型，非典型类畸形横纹肌瘤（AT/RT）等。全基因组或全外显子组分析是中枢神经系统肿瘤分子诊断非常有效的工具。将最新且相关的分子知识转化到中枢神经系统肿瘤精准临床诊断领域已经取得了很大进展。这将极大地推动脑肿瘤患者靶向治疗和免疫治疗的快速发展。关键字：脑肿瘤，分子病理，分子诊断，精准诊疗，靶向治疗，免疫治疗背景介绍
直到年出版的第四版世界卫生组织（WHO）中枢神经系统肿瘤分类（CNS）[1]，中枢神经系统肿瘤的诊断主要基于组织学特征以及与假定的起源细胞类型的相似性。组织学诊断主要基于显微镜下的细胞学形态学和免疫组化标记物来提供细胞分化和细胞增殖信息。尽管组织学诊断是基础，但由于不同经验的诊断者之间存在较大的差异性，使得病人的诊断结果有时偏离了客观事实[2,3]。这种情况促使临床诊断专家和医学专家寻找更可靠的临床诊断分子标志物。在过去的十年中，随着分子生物学和高通量测序技术的发展，人们对中枢神经系统肿瘤分子特征有了极大的认识。因此，在年发布的WHO第4版《中枢神经系统肿瘤分类》的更新中首次将IDH、1p/19q等分子标志物纳入到脑肿瘤的诊断，脑肿瘤的诊断模式由原来的传统组织学诊断转变为组织和分子的整合诊断新模式[4]。根据《年WHO中枢神经系统肿瘤分类》和《胶质瘤诊断规范（版）》建议胶质瘤、髓母细胞瘤、室管膜瘤的诊断都需要进行分子检测，因此分子检测已成为脑肿瘤诊断必不可少的重要环节部分[5]。在这篇综述中，突出了有关中枢神经系统原发性肿瘤分子诊断的最新和最重要进展，重点是阐述与脑肿瘤诊断和/或预后信息相关的分子标志物。这些诊断和/或预后分子标志物可能会为特定的治疗提供线索，本综述中也对此进行了简要介绍。脑胶质瘤
脑胶质瘤是颅内最常见的原发性恶性肿瘤，中国脑胶质瘤年发病率为5-8/10万，5年病死率在全身肿瘤中仅次于胰腺癌和肺癌。世界卫生组织（WHO）中枢神经系统肿瘤分类将脑胶质瘤分为Ⅰ-Ⅳ级，Ⅰ、Ⅱ级为低级别脑胶质瘤，Ⅲ、Ⅳ级为高级别脑胶质瘤。根据胶质瘤的组织病理学，可以将成人胶质瘤分为少突胶质细胞瘤、星形胶质细胞瘤、少突星形混合胶质瘤、间变性少突胶质瘤、间变性星形胶质瘤、间变性少突星形混合胶质瘤和胶质母细胞瘤。随着分子生物学和基因组学的发展，胶质瘤的分子突变特征已被阐述得相当清楚[5]。少突胶质细胞瘤分子标志物-1p/19q染色体共缺失
早期相关研究报道称许多少突胶质细胞瘤的1号染色体短臂（1p）和19号染色体长臂（19q）发生杂合性缺失（LOH）[6]。之后人们明确发现1p/19q联合共缺失与对卡巴肼-芦丁-长春新碱（PCV）化疗的敏感性和与良好预后具有相关性[7]。因此，人们将染色体1p/19q共缺失作为定义少突胶质瘤的分子标志物。成人弥漫性胶质瘤分子标志物-异柠檬酸脱氢酶1和2（IDH1/2）
通过大规模下一代测序（NGS）在胶质母细胞瘤中发现了异柠檬酸脱氢酶1和2（IDH1/IDH2）基因的点突变[8]，此后不久，在低级弥漫性胶质瘤中也发现了该基因的突变[9–12]，这一发现是对弥散性胶质瘤进行分类的主要驱动力和分子基础。在胶质母细胞瘤中发现IDH1/IDH2突变的频率较低，而在WHOII和III级弥漫性星形细胞瘤，少突胶质细胞瘤和少突星形细胞瘤中发现IDH1/IDH2突变的频率较高。具有IDH1/IDH2突变的胶质母细胞瘤后来被认为是“继发性”胶质母细胞瘤，起源于此类低级别弥漫性胶质瘤，而IDH野生型胶质母细胞瘤被定义为“原发性”胶质母细胞瘤[12–14]。与IDH野生型胶质母细胞瘤相比，IDH突变型胶质母细胞瘤患者的总体生存期通常要长得多[13]。IDH突变在胶质瘤中的预后关系在低级别胶质瘤中也被发现和证明[8–11]。后来人们发现IDH野生型间变性星形细胞瘤（WHOIII级）患者的总生存期比IDH突变型胶质母细胞瘤（WHOIV级）的患者短[15]。IDH突变被认为是IDH突变型胶质瘤发生的起始事件[16]。突变的IDH蛋白是一种肿瘤特异性的新抗原/免疫原性表位，是一个非常有希望的治疗靶标，尤其是IDH1RH突变，它约占成人胶质瘤IDH突变的90％[9,16,17]。近期以IDH为靶点的胶质瘤I期临床实验结果揭晓，主要研究终点是耐受性和安全性，次要研究终点是包括初步临床反应（最佳总体缓解率和客观缓解率）、剂量限制*性、药代动力学情况等。研究入组了66例胶质瘤患者，其中12例（18.2%）为GBM，其他为低级别胶质瘤（LGGs）。统计截止时数据显示，非增强肿瘤患者的中位治疗时间为18.4个月，而增强肿瘤患者的中位治疗时间为1.9个月。15人（22.7%）继续接受治疗[18]。IDH突变和1p/19q共缺失对WHO分类的影响
基于上述发现，世界卫生组织年《中枢神经系统肿瘤分类》[19]和《脑胶质瘤诊疗规范》版[5]定义了以下五种主要的成人弥漫性胶质瘤：弥漫性星形细胞瘤（星形细胞瘤/间变性星形细胞瘤），IDH野生型；
弥漫性星形细胞瘤（星形细胞瘤/间变性星形细胞瘤），IDH突变型；
少突神经胶质瘤（少突神经胶质瘤/间变性少突神经胶质瘤），IDH突变型和1p/19q共缺失。
胶质母细胞瘤，IDH野性型；
胶质母细胞瘤，IDH突变型。
由于考虑到资源不足或组织样本的质量/数量欠佳而无法进行分子检测，因此，在胶质瘤分类中引入了“未另作规定”（NOS）类别[20]。其它成人弥漫性胶质瘤分子标志物-TERTp，ATRX和TP53基因突变
几乎所有IDH突变，1p/19q共缺失的少突胶质细胞瘤在端粒酶逆转录酶基因（TERT）启动子区域均具有激活突变[21–23]。从而使这种遗传突变在适当的情况下成为有价值的诊断标志物。但是，这些突变在IDH野生型胶质母细胞瘤中也很常见[22]。实际上，在组织学上较低级别的，弥散性的IDH野生型星形细胞瘤中，存在TERT启动子突变和/或表皮生长因子受体（EGFR）基因扩增和/或7号全染色体扩增加上10号全染色体缺失是具有胶质母细胞瘤（WHOIV级）的分子特征和预后行为的[22,23]。与少突胶质细胞瘤不同，IDH突变的星形细胞肿瘤经常携带α地中海贫血/智力低下综合征X连锁基因（ATRX）和肿瘤蛋白p53基因（TP53）突变[24–26]。核ATRX免疫组化染色（IHC）丢失是ATRX突变存在的有力预测指标[27]，而对肿瘤细胞核中的P53蛋白进行强而广泛的核染色则表明存在TP53突变。弥漫中线脑胶质瘤，H3K27M突变
WHO分类中定义了另一个胶质瘤是“弥漫中线胶质瘤H3K27M突变”。该胶质瘤必须在H3组蛋白家族成员3A（H3F3A）或组蛋白1组H3家族成员B/C（HIST1H3B/C）基因中具有K27M突变，肿瘤位于脑中线部位，并显示弥漫性增长模式。该类肿瘤的肿瘤生长部位和分子特征对其定义都很重要，因为H3K27M突变并非脑中线胶质瘤所独有。最近的研究已经鉴定后颅窝室管膜瘤[28]、少数神经节胶质瘤[29]和间变性毛细胞星形细胞瘤[30,31]中也存在H3K27M突变的分子特征。这些肿瘤中的H3K27M突变的分子特征似乎暗示了肿瘤具有更高的侵袭性行为。弥漫性中线脑胶质瘤主要发生在儿童中，但也可能在成人中发生[32]。先前被诊断为弥漫桥脑胶质瘤（DIPG）的大多数肿瘤都是H3K27M突变，因此属于“弥散中线胶质瘤H3K27M突变”肿瘤。该肿瘤预后很差，2年生存率低于10％[29,33]，平均生存期为9个月[34,35]。成人脑胶质瘤组织-分子整合诊断类别
儿童低级别胶质瘤（pLGG）分子标志物
在过去的十年中，基因组分子图谱研究已逐渐鉴定出pLGG中的关键遗传突变事件，这些事件主要是促分裂原激活的蛋白激酶（RAS/MAPK）途径中BRAF或NF1突变事件[36–41]。除了这些常见的pLGG基因改变外，FGFR1/2/3，NTRK2，RAF1，ALK和ROS1的突变也会影响RAS/MAPK信号通路[42–45]。以及少数病例中已发现非RAS/MAPK信号通路相关基因突变，例如MYB，MYBL1，IDH1和H3F3A基因突变[39,46–50]。这些研究充分表明儿童低级别胶质瘤是一类具有不同于成人胶质瘤分子特征的特殊脑肿瘤。近期研究人员揭示了例儿童低级别胶质瘤的分子临床数据。该研究表明儿童低级别胶质瘤可分成重排和单核苷酸突变两大种分子亚型，重排分子亚型患者人群总体预后优于单核苷酸突变分子亚型患者人群；其中重排分子亚型组通常发生BRAF，FGFR1，MYB和MYBL1基因重排和融合，而单核苷酸突变分子亚型组主要发生BRAF，FGFR1，MET，IDH1和H3等基因点突变。总体来说，儿童低级别胶质瘤可分为重排分子亚型的低风险组，BRAF，FGFR1，MET和IDH1单核苷酸突变亚型的中等风险组和H3K27M突变、CNKN2A缺失的高风险组[51]。儿童低级别脑胶质瘤驱动信号通路
脑膜瘤
脑膜瘤是最常见的良性颅内原发性肿瘤。它们起源于蛛网膜细胞，其是覆盖大脑和脊髓的薄蜘蛛网状膜内的细胞。世界卫生组织（WHO）分类方案根据显微镜下的细胞类型将脑膜瘤分成15种组织亚型。这些组织学亚型分为三个等级（WHOI-III级），非典型脑膜瘤（WHOII级，占脑膜瘤病例的18％）表现出组织和细胞异常增加。这些肿瘤的生长速度快于良性脑膜瘤，通常以脑部侵袭为特征。非典型脑膜瘤比良性脑膜瘤（WHOI级）复发的可能性更高。恶性脑膜瘤（WHOIII级）显示细胞异常增加，并且比良性和非典型脑膜瘤的生长速度更快。恶性脑膜瘤比其他两种亚型更容易侵袭大脑并且复发频率更高。尽管目前WHO分类对脑膜瘤的诊断仍然完全使用传统的组织学诊断，但是人们发现仅依赖传统的组织学诊断有时无法准确的评估哪些脑膜瘤是否会复发，因此检测复发脑膜瘤相关的分子标志物显得尤为重要。随着分子生物学和高通量测序技术的发展，越来越多与脑膜瘤复发相关的分子标志物被鉴定。研究人员对例脑膜瘤样本进行TERT启动子区的突变检测，发现5.5%的脑膜瘤患者发生TERT启动子的激活突变。研究表明TERT启动子突变驱动脑膜瘤侵袭性，导致患者生存期降低，TERT启动子突变可作为脑膜瘤复发和预后不良的一个分子标志物[71]。在另一项4例横纹肌样脑膜瘤的研究中，研究者发现该类脑膜瘤携带有ARID1A基因的突变，ARID1A属于SWI/SNF复合物中的亚组，其被认为是横纹肌样脑膜瘤的预测分子标志物[72]。此外在横纹肌样脑膜瘤中同时还发现有BIP1基因的种系和体细胞突变，研究人员发现脑膜瘤患者携带有BIP1突变与疾病复发和侵袭性相关[73]。脑膜瘤患者尤其是组织学分类是WHOI和II级的患者，如果发现携带有TERTp、ARID1A或BIP1基因突变，这暗示了脑膜瘤预后不良，容易复发，需要做好相应的治疗策略。恶性脑膜瘤常见驱动基因
室管膜瘤
RELA融合阳性的幕上室管膜瘤
在年WHO分类之前，室管膜瘤是根据组织形态分类的，但是通过组织病理学检测评估的恶性程度与临床行为之间的相关性尚不明确[52,53]。根据全基因组DNA甲基化谱分析，报道了9个不同的室管膜肿瘤分子亚组（幕上，后颅窝和脊髓各占3重亚型）[54]。其中在幕上室管膜瘤亚型中，“室管膜瘤，RELA融合阳性”预后差，以至于它在年WHO分类中被指定为独特的室管膜瘤亚型。该肿瘤的特征是RELA与C11orf95之间的致癌融合。RELA融合阳性室管膜瘤占小儿幕上室管膜瘤的大多数，但也可发生于成人[55]。目前检测RELA融合的技术有FISH、DNA-NGS和RNA-NGS测序分析。MYCN扩增的脊髓室管膜瘤
室管膜瘤的9种分子亚型中3种脊髓室管膜瘤被认为是预后较好的脑肿瘤，然而近期研究通过DNA全基因组甲基化测序发现了一种独特的脊髓室管膜瘤亚型，该亚型携带有MYCN扩增的分子特征，表现出高侵袭性的不良预后，应定义为新的脊柱室管膜瘤分子亚型（SP-ENP-MYCN）[56]。室管膜瘤分子分型及其临床特征
髓母细胞瘤
后颅窝的绝大多数胚胎肿瘤是髓母细胞瘤。与年WHO分类相比，年WHO分类中描述的髓母细胞瘤组织学亚型（经典，促结缔组织增生型/结节型，广泛结节性，大细胞/间变型）[19]没有太大变化。然而，最近的研究揭示了特定的髓母细胞瘤分子亚组，并显示分子和组织学数据可提供互补的诊断信息[19,57]。年WHO分类标准建议对髓母细胞瘤进行“组织和分子”整合诊断，并列出四个分子亚型组：1.WNT通路激活型
该类型肿瘤占所有髓母细胞瘤的10％，通常表现出典型的，但偶尔表现出大细胞/间变性组织表型。超过90％WNT激活型的髓母细胞瘤带有β-catenin基因（CTNNB1）突变。此外该亚型肿瘤中也能发现WNT信号通路的其他组成的突变，例如轴抑制蛋白1基因（AXIN1）和腺瘤性息肉病大肠杆菌基因（APC）。WNT信号通路中的异常激活会导致β-catenin的核积累，这可以通过免疫组织化学来检测。该组中约85％的肿瘤表现出6号染色体的单体性。患有WNT激活的髓母细胞瘤的儿童通常预后良好，但在成人中预后稍较差[58,59]。2.SHH通路激活并伴TP53野生型
所有髓母细胞瘤中约有30％属于SHH激活的亚组，其中绝大多数是TP53野生型。在这个分子组中几乎只发现了结节型/增生型的和不常发生的广泛结节型组织学亚型。这些肿瘤主要发生在婴儿和成年期，被认为是低风险的。特别是在年轻患者中，可能会发生PTCH1或SUFU基因的种系突变。3.SHH通路激活并伴TP53突变型
小部分SHH激活的髓母细胞瘤是TP53突变的。这些肿瘤主要发生在儿童时期，通常表现出大细胞/间变性表型，预后不良。该组中多达一半的患者患有TP53种系突变[60]。4.G3和G4型
第3组和第4组髓母细胞瘤分别占所有髓母细胞瘤的20％和40％，特别是在婴儿期/儿童期。医院，由于缺乏易于使用的分子诊断工具，这些类别的分子突变检测仍然很困难，因此第3组和第4组仍归入年WHO分类中的非WNT/非SHH分子类别。从组织学上讲，这些髓母细胞瘤几乎是经典的或大细胞/间变性表型。髓母细胞瘤分子亚型的评估通常可以通过对（替代）标记物进行免疫组织化来完成[61]。在不同的组织学和分子髓母细胞瘤组中，v-Myc禽骨髓瘤病病*癌基因同源物（MYC）和/或v-Myc禽骨髓瘤病病*癌基因神经母细胞瘤同源物（MYCN）经常发生扩增，可能提供预后信息，但确切的预后影响似乎是依赖于亚组的[62,63]。在诊断为儿童髓母细胞瘤的患者中，有5％的儿童发生种系突变导致肿瘤的发展。最常见于SHH激活的亚组（TP53，SUFU，PTCH1），但也可以在WNT激活的亚组（APC）中发现，少数BRCA2（PALB2）或BRCA2的等DNA修复相关基因（BRCA2）会伴随着发生种系突变（在SHH激活和非WNT/非SHH亚组中）[64]。髓母细胞4亚型的分子分型及其临床特征
为了改善髓母细胞瘤患者预后并减少化疗副作用，髓母细胞瘤的分子分型提供临床风险分层尤为重要，但是目前的4型分型仍不能满足临床需求，可能需要进一步将髓母细胞瘤分组[65–68]。研究人员通过对几百例髓母细胞瘤患者人群的全基因组DNA甲基化测序和基因表达进行分析，将髓母细胞瘤进行了7个亚型（WNT型、MBSHH-Child、MBSHH-Infant、MBGrp4-HR、MBGrp4-LR、MBGrp3-LR和MBGrp3-HR）和12个亚型（WNTα、WNTβ、SHHα、SHHβ、SHHγ、SHHσ、Group3α、Group3β、Group3γ、Group4α、Group4β、Group4γ）的分子分型，并认为髓母细胞瘤12类分子亚型比4类分子亚型能够更加精准的对髓母细胞瘤的预后风险情况进行评估[58,67]。非典型性畸胎瘤样横纹肌瘤（AT/RT）
AT/RT已在以前的WHO分类中作为一个特殊肿瘤被引入，但在年WHO分类中证明了其发生发展与SWI/SNF复合物中的SMARCB1和SMARCA4缺失突变相关，SMARCB1和SMARCA4缺失突变用于诊断经典型AT/RT的分子标志物。SMARCB1或SMARCA4的功能缺陷分别导致INI1或BRG1蛋白缺乏核染色[69]。在WHO分类中，具有AT/RT表型但携带有INI1和BRG1核染色的肿瘤现在被指定为具有横纹肌特征的中枢神经系统胚胎肿瘤。AT/RT的进一步分子亚组可能与其临床预后和治疗有关，因此非常有必要对其进行分子亚型的研究[65,68]。原发性AT/RT的基因表达和DNA甲基化分布揭示了三类不同的分子亚组，其特征是激活了不同的信号传导途径：黑色素瘤相关基因在ATRT-TYR亚组中上调，SHH和NOTCH信号传导在ATRT-SHH亚组中高表达，而MYC癌基因在ATRT-MYC中过表达[70]。讨论
当前的神经肿瘤诊断实践越来越依赖于脑肿瘤组织的分子诊断。为了提供最佳的治疗方案，重要的是要选择合适的分子检测方法，以保证其有效性和准确性。Sanger测序，FISH和LOH和免疫组化分析等较简单的技术可以提供非常有价值的分子信息，但也有其缺陷。随着突变检测数量以及靶向治疗靶点的快速增加，极大的推动了NGS高通量检测技术的发展，NGS技术可在一次分析中检测多个分子标志物。以NGS为技术平台开发的肿瘤分子诊断产品，不仅能检测基因的点突变、小片段的插入缺失、拷贝数变异，还可以同时检测基因融合变异和染色体拷贝数变异。当前以NGS为核心的诊断技术可以极大的满足脑肿瘤领域的分子诊断临床需求，为脑肿瘤的精准医疗提供强有力的技术支持。长按识别