述评：中枢神经系统肿瘤的转化医学是理念更是实践

作者：杨学军    （作者声明：本文的任何转载需经作者同意，引用需注明出处）

中华神经医学杂志2011年6月第10卷 第6期 Chin J Neuromed,June2011,Vol.10,No.6

【关键词】转化医学；中枢神经系统;肿瘤天津医科大学总医院神经外科杨学军

【中图分类号】 R739.41 【文献标识码】 C 【文章编号】 1671-8925（2011）06-541-03

Translation medicine about tumor in the central nervous system is not only a concept but also a practise  

作者单位：天津医科大学总医院神经外科  300052

通讯作者：杨学军 [e-mail]

 

      现代医学对中枢神经系统肿瘤的认识和诊治的进步从来就没有离开过基础研究的推动。经过二十余年的研究积累，我们对恶性脑肿瘤的分子生物学和分子遗传学、信号转导通路、细胞起源、恶性进展和生物学特性等方面的认识不断深入；近三十年间，WHO中枢神经系统肿瘤分类相继更新了四版，各肿瘤病种、亚型及其不同组织学表现形式的病理学特点得以精确注释，并附加描述了各类肿瘤的流行病学、临床症状与体征、影像学、结局和预测因素；四十年以来，以CT和MRI为代表（还包括PET-CT、SPECT、脑磁图）的影像学技术的发明与应用，促进了脑肿瘤诊断和治疗的飞跃发展。脑肿瘤的不同研究领域之间更是不断地交叉与融合。分子神经病理学归纳了脑肿瘤发生与发展的基因特征（genetic profile）；脑肿瘤的影像学诊断从明确肿瘤病种深入到尝试对肿瘤亚型的拟诊和肿瘤生物学特性的描述；功能影像技术直观展示了肿瘤同白质传导束的关系、皮层功能区的定位和肿瘤的分子及代谢信息。从中枢神经系统肿瘤的临床实践中发现问题，将其凝练成基础科学问题进行研究，再将研究成果应用于脑肿瘤的诊断、治疗和预防。这种基础研究同临床实践之间互动式的循环往复发展，填补了基础研究与临床应用之间的鸿沟,在实验室到病床旁（Bench To Bedside, 简称B2B）之间架起一条快速通道。2003年美国国立卫生研究院（NIH）的Elias A. Zerhouni在《Science》杂志上发表了“NIH路线图”，介绍了转化医学（Translational Medicine）或称为转化研究（Translational Research）的概念，使转化医学成为全球医学研究的一个新的起步点和着力点^[1]。中枢神经系统肿瘤的转化医学不仅是一种理念，而且已经在临床工作中不断获得实践，体现在脑肿瘤的基因特征分析与分子分型，分子靶向药物的研发和个体化医疗方面。   

      中枢神经系统肿瘤的诊断、治疗和预后判定，过去的百余年间主要依据肿瘤的组织病理学特点^[2]。但是，临床实践告诉我们，具有相同的组织形态学特点的肿瘤，临床结局可能有很大不同。在光学显微镜基础之上，病理诊断技术不断发展，引入电子显微镜、分子生物学、免疫组织化学染色、定量RT-PCR等，就是要对传统的病理分类进行精炼甚或替代，形成更精确的分类系统，来反映胶质瘤发生发展中的细胞、基因、分子变化。中枢神经系统肿瘤的分子亚型及其对特定辅助治疗措施的独特反应性，是对病人实施个体化医疗的前提条件。

      微列阵技术在中枢神经系统肿瘤研究中的应用，是过去十年间转化医学领域的一项革新。尽管基于DNA微列阵技术的基因表达谱不可能完全替代原发性脑肿瘤的形态学分类，尤其是弥漫性胶质瘤，但确实发现在组织形态学诊断为胶质瘤的肿瘤中，不仅存在组织学的不均一性，也存在肿瘤组织内基因表达的不均一性^[3]。从2000年起，WHO中枢神经系统肿瘤分类中，就把胶质母细胞瘤分为原发性或继发性胶质母细胞瘤。原发性胶质母细胞瘤更常见，发病年龄常在50岁以上，病史仅数周至数月，常见EGFR的扩增或出现不需要配体激活的截断性突变，而无P53基因突变；继发胶质母细胞瘤发病年龄要年轻，部分病例有由低级别肿瘤进展而来的证据，分子水平的突出变化是P53基因出现突变，无EGFR扩增^[2]。近年来，在胶质瘤的分子分型方面仍在不断探索，如依据分子标签（molecular signature）将胶质母细胞瘤分为原神经、增殖性和间质性。在原神经性肿瘤中，染色体获得或丢失不明显，PTEN基因完整，EGFR无扩增，但notch通路被激活。在增殖性和间质性亚型中，有染色体7或染色体10的丢失，EGFR正常或扩增，但PTEN突变，两型的主要区别在于间质性亚型出现血管增殖表型。所有原神经性胶质母细胞瘤的侵袭能力比增殖性和间质性要低，因而此种分型方法具有判定预后的意义。

      肿瘤基因组图谱计划目的就是应用基因组分析技术，采用大规模的基因组测序，绘制出肿瘤基因组变异图谱，通过系统分析找到所有致癌瘤和抑瘤基因的微小变异，从而认识肿瘤细胞发生、发展的机制，最终在肿瘤的诊断和治疗上获得突破并制定新型的肿瘤预防策略^[4]。基于全基因组扩增基础上的基因测序，对206例胶质母细胞瘤的基因表达及甲基化情况进行分析，结果发现在91例标本中存在基因序列的突变，如ERBB2、NF1和TP53基因的突变。研究发现，PIK3R1（PI3K调节亚单位蛋白）基因在胶质母细胞瘤中存在高频率突变，结合PTEN（PI3K主要的负调控因子）的失活，证明了PI3K通路同胶质瘤的发生发展密切相关。还值得注意的是，散发性胶质瘤经常发现NF1基因突变。

      胶质瘤中IDH1突变可能是胶质瘤基因组图谱中最有意义的发现了^[5]。有意思的是，半数以上IDH1突变影响R172，而IDH2的R172与之为类似物。IDH1突变改变了所编码的IDH酶的活性，也就干扰了细胞的稳态。星形细胞瘤和少突胶质细胞瘤中常出现IDH突变。IDH突变不仅出现在星形胶质细胞和少突胶质细胞发生的肿瘤，还出现在星形胶质细胞及少突胶质细胞谱系的前体细胞所发生的肿瘤。成人胶质瘤中，发病年轻的病人一般存在IDH1突变，这样的病人预后较好。尽管IDH1是恶性胶质瘤进展的早起事件，但作为WHO I级的毛细胞型星形细胞瘤无此改变。毛细胞型星形细胞瘤常出现染色体7q34的串联重复，导致KIAA1549和BRAF之间融合，而这种改变又不出现在IDH1突变的肿瘤中。

   

      转化医学研究成果已成为新药研发的引擎，靶向治疗就是范例，并已由临床前概念过渡到临床试验性治疗，开发出一系列靶向小分子药物和单克隆抗体，包括酪氨酸激酶抑制剂、血管生成抑制剂、整合素抑制剂等^[6]。在所有恶性胶质瘤靶向治疗策略中，贝伐单抗(Bevacizumab)是一个标志性的药物，已经通过了恶性胶质瘤临床治疗的III期试验。贝伐单抗是一种抗VEGF 的人源化抗体( IgG1)，由93%的人源结构域和7%的鼠源结合区域组成，可竞争性抑制VEGF与其细胞膜受体结合。贝伐单抗和拓扑异构酶-1抑制剂伊立替康联合应用，已作为恶性胶质瘤重要的挽救治疗措施。西仑吉肽（cilengitide）作为整合素的一种主要抑制因子，可以竞争性拮抗整合素αvβ3和αvβ5受体。在I期临床试验的51名恶性胶质瘤患者中，不同剂量的西仑吉肽单药应用，10%患者影像学表现改善，31%患者病情稳定，且药物耐受良好。对新发胶质母细胞瘤患者联合应用西仑吉肽、替莫唑胺和放射治疗，初步结果显示6个月无进展生存率和总生存期均改善。多中心参与的新发胶质母细胞瘤III期西仑吉肽临床试验研究正在进行，预计2013-2014年将公布临床试验结果。VEGF-Trap为一种可溶性受体，是将VEGFR-1和VEGFR-2胞外域融合蛋白结合到了IgG的Fc片段。VEGF-Trap可以诱骗循环中的VEGF与其结合，达到阻止VEGF与其细胞膜受体结合的目的。一项VEGF-TRAP联合替莫唑胺和放射治疗的多中心研究正在进行。北美脑肿瘤联盟正在设计针对替莫唑胺治疗失败的复发性恶性胶质瘤患者单独应用VEGF-TRAP的II期单臂临床试验。苏尼替尼( sunitinib)（VEGFRs和PDGFRs多酪氨酸激酶靶点抑制剂）初步显示对恶性胶质瘤具有较好好的临床前期效果，正在德国和奥地利的8个医学中心接受进一步验证。

      恶性胶质瘤的靶向治疗研究发现，VEGFR小分子选择性抑制剂的临床试验结果似乎不如以VEGF为抑制靶点的治疗策略有效。伊马替尼（imatinid）在复发性胶质瘤II期临床试验中显示无效果，而与羟基脲联用在II、III期临床试验中也已证明无效。瓦他拉尼（vatalanib）（VEGFR1-3抑制剂）单药应用、与替莫唑胺或洛莫司汀联合应用，由于影像学结果及无进展生存期未得到明显改善，故结果不能令人信服。瓦他拉尼联合替莫唑胺和放射治疗的临床试验正在进行中。西地尼布(cediranib)（VEGFR-2/PDGFRβ、c-kit酪氨酸激酶抑制剂）和凡德他尼(vandetanib)（VEGFR-2、EGFR；RET酪氨酸激酶抑制剂)的临床研究，亦未能明显延长患者的无进展生存期或总生存期。

   

      根据恶性胶质瘤病人自身的肿瘤基因特征（genetic profile）和分子标志物指导下的个体化靶向治疗将成为恶性胶质瘤治疗中新的主题，个体化设计的靶向治疗方案，也会从单靶点抑制发展到多靶点治疗。 

      恶性胶质瘤的个体化医疗将是一个艰难的历程。以往经验型化疗及放疗方式可能延误恶性脑胶质瘤病人的最佳治疗时机，并造成病人的经济损失。化疗和放疗个体化方案的核心是预知病人对治疗的敏感性^[7]。化疗方案的个体化是恶性脑胶质瘤药理治疗的必然方向。在尚无能力对所有恶性胶质瘤病人自身的肿瘤基因特征进行检查，并找到和辅助治疗效果的对应关系之前，仍有一些分子标志物可以用来指导临床治疗。第一个治疗相关的分子标志是染色体1p和19q的杂合性缺失。在少突胶质细胞瘤中，如果病人染色体出现1p和19q的联合缺失时，这样的病人对PCV（甲基苄肼、CCNU和长春新碱联合）化疗方案敏感。O⁶-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶(O⁶-methylguanine-DNA methyltransferase, MGMT)是另一个恶性胶质瘤治疗相关的分子标志。MGMT的启动子甲基化和DNA错配修复缺陷是脑肿瘤中超突变表型。如果在胶质母细胞瘤细胞基因组中，发现MGMT启动子呈非甲基化状态或MGMT高活性，预示着肿瘤对烷化剂如替莫唑胺产生耐药^[8]。

 

中枢神经系统肿瘤的转化医学是一个不断循环向上的永无止境的研究过程。基础研究与临床实践间双向及开放联系，将使实验室研究的成果可以迅速有效的应用于临床实际，而临床中发现的问题及时反馈到实验室，会启动更深入的研究。

      脑肿瘤干细胞，也称为脑肿瘤起始细胞或干细胞样脑肿瘤细胞，是过去十年间脑肿瘤起源细胞方面的最重要发现^[5]。这类细胞同神经干细胞一样，可以在富含生长因子的细胞培养基中，形成细胞球，并表现出自我更新能力；在分化培养基中，表达星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元的分化标志。脑肿瘤干细胞不仅表达CD133，还表达维持神经干细胞自我更新中起关键作用的蛋白，如Sox2, Nanog和Oct4。已经发现，如果用脑肿瘤干细胞接种小鼠，比接种人胶质瘤细胞系，移植瘤更类似于原发性胶质母细胞瘤。由于脑肿瘤干细胞具有高度的增殖和浸润迁移能力，对放疗和化疗具有高度抵抗，提高对脑肿瘤干细胞的认识将对恶性脑肿瘤的治疗具有重大意义。脑肿瘤干细胞仍将是基础研究和临床实践互动的重要桥接点。在恶性胶质瘤的抗血管形成的靶向治疗中也发现了一些新的现象，值得基础研究深入探索。比如，当贝伐单抗或其他内皮细胞生长因子的抑制剂使用时，由于减少了异常的血管渗漏而出现MRI T1对比增强减低，呈假性治疗反应，给疗效判定和治疗方案的调整带来困难；接受了贝伐单抗治疗的恶性胶质瘤，会出现肿瘤细胞侵袭迁移能力增强的现象，最终导致治疗的失反应。靶向治疗在临床及基础研究之间的往复互动，会促进靶向治疗方案进一步合理和完善。

 

      越来越多的神经外科医生和神经肿瘤医生，接受过基础科研的学习与训练，他们能敏锐地捕捉到基础研究进步，同时又可以向基础研究提供临床中迫切需要解决的问题，是重要的临床转化医学的储备人才。从事中枢神经系统肿瘤诊疗工作的医务工作者，应该重视肿瘤标本库和资料库的建立，打造临床试验基地网络和转化医学的应用平台，主动将基础科研的成果应用于可干预疾病的筛查、临床前期或早期病人诊断，让脑肿瘤病人真正从蓬勃发展的基础研究中获益。脑肿瘤的转化医学离我们并不遥远，它不仅是一种理念，更是一种实践。

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