“十四五”胶质瘤基础与转化研究目标与共识

2021-12-01 05:22:16崔晓腾方川刘博杨叶敏华曾亮万锋谢琦汪强虎汪秀星檀艳丽周秀萍吴旭东李学军郭洪波尤永平1康春生
药学进展 2021年12期
关键词:十四五胶质瘤亚型

崔晓腾,方川,刘博杨,叶敏华,曾亮,万锋,谢琦,汪强虎,汪秀星,檀艳丽,周秀萍,吴旭东 ,李学军,郭洪波*,尤永平1**,康春生

(1.天津医科大学总医院 天津市神经病学研究所,天津300052; 2.河北大学附属医院神经外科,河北 保定 071030;3.南方医科大学珠江医院神经外科,广东 广州 510282;4.南昌大学第二附属医院神经外科,江西 南昌 330006;5.华中科技大学同济医学院附属同济医院神经外科,湖北 武汉 430030;6.西湖大学生命科学学院,浙江 杭州 310024;7.南京医科大学生物医学工程与信息学院,江苏 南京 211166;8.南京医科大学基础医学院,江苏 南京 211166;9.河北大学附属医院病理科,河北 保定 071030;10.徐州医科大学附属医院脑科医院 徐州医科大学神经系统疾病研究所,江苏 徐州 221006;11.天津医科大学基础医学院细胞生物学系,天津 300070;12.中南大学湘雅医院神经外科,湖南 长沙 410008;13.南京医科大学第一附属医院神经外科,江苏 南京210029)

党的十九大提出的“实施健康中国战略”,不仅作为医疗卫生系统新时代的工作纲领,更指明了医学科技工作者的研究方向。为聚焦神经系统重大疾病诊治工作,瞄准我国高发病和高死亡的脑肿瘤治疗的关键问题和关键技术,中国医师协会脑胶质瘤专业委员会基础研究与转化学组经过充分讨论,提出了《“十四五”胶质瘤基础与转化研究目标与共识》,旨在阐明今后中国胶质瘤研究方向、推动胶质瘤基础研究“从0到1”的突破,建立具有自主知识产权的技术成果,逐步摸索基础研究成果从专利到临床转化应用的整体管线布局。

1 建立全新的治疗策略:新药和新技术的再突破

脑部肿瘤,尤其是原发性脑瘤和中枢神经系统的恶性肿瘤,一直是神经外科实践中难度最大的疾病之一。据全球最大规模相关研究发现,我国脑部肿瘤发病和死亡人数均居首位[1]。胶质瘤是最常见的原发性恶性脑部肿瘤[2],发病率占脑部肿瘤的45% ~ 50%[3],具有发病率高、复发率高、死亡率高和治愈率低的特点,其中以胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)的恶性程度和致死率最高。目前,GBM首选治疗仍是手术切除,治疗原则是在尽力保护脑功能的前提下最大程度切除肿瘤,术后辅以系统放化疗,但疗效一直未令人满意。截至目前,GBM生存期一般不超过1.5年。

由于脑胶质瘤特殊的生长部位和微环境特征,一般药物难以跨血脑屏障传递,大大限制了治疗效果。目前临床胶质瘤治疗的首选化疗药,也是唯一被广泛接受的胶质瘤一线抗肿瘤药是可迅速穿过血脑屏障起效的抗肿瘤烷化剂——替莫唑胺。胶质瘤因其固有的高异质性,极易复发,且容易产生耐药性,但苦于没有其他可供选择的治疗手段,临床医生往往显得束手无策。近些年,诸如嵌合抗原受体T细胞(chimeric antigen receptor T cells,CAR-T)、程序性死亡受体 1(programmed death-1,PD-1)抗体等肿瘤免疫治疗方式被推向临床,在肺癌、黑色素瘤等实体瘤中展示出强大的抗肿瘤效果,但在治疗胶质瘤方面却不甚理想。随着研究的深入,针对许多新型靶点的药物展示出很好的抗胶质瘤效果,有的已经被批准进行临床试验,诸如靶向异柠檬酸脱氢酶 1(isocitrate dehydrogenase 1,IDH1)突变的AG-120和AG-881等药物[4-5],靶向PTPRZ1-MET融合基因的伯瑞替尼[6],以及通过阻断磷脂肌醇3-激酶(phosphoinositide 3- kinase,PI3K)通路活性的具有我国自主知识产权的药用辛夷根皮提取物ACT001[7]等。簇状规则间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)/CRISPR相关蛋白13a(Cas13a)凭借独特的靶向RNA的基因编辑能力,在胶质瘤治疗研究中也取得了较好的临床前成果[8]。在老药新用方面,广泛使用的降糖药二甲双胍可通过改变细胞代谢状态和诱导凋亡作用抑制胶质瘤生长[9]。

基于上述背景,着眼于胶质瘤患者的切实需要、着眼于目前临床诊疗的方法局限,胶质瘤基础研究工作者们需要在以下方面深入探究:1)在生物制药的研发方面需要加强药物递送方法与药物作用靶点的研发,重点解决跨血脑屏障递送的关键问题;2)进一步加强具有自主知识产权的创新性小分子药物,加速临床试验进程;3)加强以基因编辑为代表的新手段新技术的临床转化工作;4)推进老药新用的基础和临床研究,探索多靶点联合治疗胶质瘤方案。

2 进行基于深度测序技术的全新诊疗方案

基因突变是肿瘤发生的始动诱因,更是影响临床治疗效果的关键因素。近年来研究表明,胶质瘤存在多种基因突变,且具有亚型特异性。胶质瘤可通过基因组和转录组测序来确定其分子亚型[10]。经典亚型GBM的典型特征是7号染色体扩增伴随10号染色体缺失,表现为表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)高表达及CDKN2A缺失,但TP53一般不发生突变,神经元前体细胞和干细胞标志基因NES以及Notch和Hedgehog通路相关基因在该亚型中呈现高表达。间质亚型胶质瘤最常见的基因突变为NF1和PTEN缺失,进而引起蛋白激酶B(protein kinase B,PKB,又称为AKT)通路持续激活,该亚型特征性高表达的基因通常是CHI3L1、MET、CD44和MERTK等间质相关基因,以及肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNFα)和核因子 κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)通路相关基因。前神经元亚型最显著的改变是IDH1和PDGFRA的突变,并常常伴随TP53缺失,少突胶质细胞发育相关基因OLIG2,NKX2-2以及前神经元发育相关基因SOX家族等均呈现高表达。神经元亚型胶质瘤以神经元标志基因(NEFL、GABRA1、SYT1、SLC12A5)高表达为显著特征。

掌握患者肿瘤的基因突变特征可用于评估治疗方案和患者预后。IDH1/2突变多存在于低级别胶质瘤中,也常见于继发性GBM,在接收放疗和烷化剂化疗中具有较好预后[11]。TERT启动子区域基因突变在原发型GBM中不与IDH1基因突变同时存在,而在少突胶质细胞瘤中常存在TERT启动子和IDH1/2共突变,并提示良好预后。BRAF基因若发生V600E突变,则可考虑使用BRAF抑制剂维罗非尼进行辅助治疗[12]。MGMT启动子区甲基化程度高则提示患者采用替莫唑胺化疗效果相对较好[13]。

随着测序技术的发展,更多胶质瘤特异性基因突变类型和低频位点将被揭示和研究。在未来5年,胶质瘤研究可针对以下方面进行深入探索:1)通过进一步推进临床胶质瘤患者的基因诊断检测,可从分子水平进行个性化诊断并指导确立个性化治疗方案;2)通过大样本的深度测序分析,解析不同基因突变对胶质瘤疾病进展和预后的意义;3)在基于深度测序和跨平台谱学背景下开发新型标志物诊断试剂盒,便于制定患者个性化治疗策略;4)进一步评估基因突变作为新药作用靶点的可能性,并开发出个性化位点的靶向小分子药物,积极推向临床转化,为胶质瘤患者个性化诊疗提供分子理论依据和有效治疗手段,提高患者预后水平。

3 着眼于单细胞测序技术和干细胞研究的深层次研究

由于胶质瘤对目前多数免疫治疗手段普遍不敏感,因此被定义为“冷肿瘤”。以前的研究多采用临床样本进行整体测序分析,样本内细胞成分复杂,无法区分各个组分的独立特征。近年来,单细胞测序技术在肿瘤中的应用极大提高了科研工作者对胶质瘤的认识。通过对临床样本的单细胞转录组测序,胶质瘤内部高异质性被进一步揭示[14],并利用单细胞水平表达谱信息将胶质瘤的每个细胞进行经典4分型的归类[15]。通过单细胞测序技术,发现胶质瘤组织中浸润大量的巨噬细胞/小胶质细胞,T淋巴细胞占比极少[16]。深入研究发现胶质瘤内部含有大量骨髓来源的巨噬细胞,而小胶质细胞多出现在胶质瘤组织周围[17]。同时,利用CD45或CD11b抗体将胶质瘤中的免疫细胞分选出来进行单细胞测序分析,揭示胶质瘤样本中免疫细胞类型、分布及转录组特征[16-17]。

肿瘤干细胞作为肿瘤组织中一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞,在维持肿瘤异质性、促进肿瘤发生发展等方面起到关键作用。在胶质瘤组织中也存在这样一类表达CD133和SOX2等干性基因的细胞,被称为胶质瘤干细胞[18]。大量研究表明胶质瘤干细胞除了具有自我更新能力和多谱系分化能力之外,还与化疗/放疗抵抗有关[19]。胶质瘤组织中缺氧缺血的微环境可促进胶质瘤干细胞介导的血管生成作用[20],加速胶质瘤干细胞侵袭转移[21]。

单细胞水平的高通量测序技术为基础研究提供了更有力的手段,肿瘤干细胞研究也为肿瘤治疗提供了新思路。针对上述研究方向,广大科研工作者可进行深入挖掘:1)借以单细胞测序为主导的高通量技术,进一步描绘胶质瘤的空间异质性,解析各细胞之间的相互作用网络,深入探索肿瘤发生发展机制,挖掘胶质瘤微环境中肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞等的协同作用,并依此探索个性化靶向治疗靶点,开发小分子抑制剂;2)通过探索胶质瘤干细胞抵抗放化疗的分子机制,找寻药物作用靶点,提高放化疗治疗效果。

4 推动全新的胶质瘤动物模型的开发

目前,胶质瘤研究多采用裸鼠皮下/原位瘤模型:将人源胶质瘤细胞系或胶质瘤原代细胞注射到裸鼠皮下/颅内形成的肿瘤模型。该模型操作简单,但无法反映胶质瘤发生发展的真实过程,也无法模拟胶质瘤免疫微环境特征。鼠源胶质瘤细胞系仅有GL261细胞,无法模拟出胶质瘤的高异质性,以及各个亚型的肿瘤和免疫微环境特征。因此,若想研究更贴近真实胶质瘤发生发展过程,就必须建立更加自然和合适的胶质瘤动物模型。

基于各个亚型胶质瘤的基因突变特征,科学家们已经建立了数个亚型特异性的胶质瘤原发模型[22]。2000年的一项研究将突变的K-Ras(G12D)和突变的AKT(Δ11-60)过表达至永生化的鸡成纤维细胞中,并将细胞注射到小鼠颅内,发现其呈现类胶质瘤样生长,形成弥漫浸润的肿瘤组织[23],意味着激活的Ras和AKT通路可以诱导胶质瘤发生。另外,将过表达PDGFB同时敲低Cdkn2a的慢病毒注射到小鼠海马区,发现可以诱导前神经元亚型胶质瘤的发生[24]。类似的研究还有很多,针对NF1、TP53、PTEN、BRAF等胶质瘤特征或常见突变基因均可以形成不同亚型的胶质瘤模型。

3D培养技术的发展使得肿瘤类器官模型得以实现,3D系统可展现组织复杂空间形态和细胞-细胞、细胞-基质之间的相互作用,在临床前药物筛选评价方面具有独到的应用。目前已开展了许多胶质瘤类器官的研究[25-26]。3D打印是近些年新兴的技术,一些科学家也将3D生物打印技术运用到胶质瘤模型上,将肿瘤中各种细胞和基质进行混合打印,在体外进行3D培养和观察,以期获得贴近真实肿瘤的胶质瘤模型,并探索微环境中肿瘤细胞与免疫细胞的相互作用[27]。

目前国内外研究成果让科学家们清醒地认识到,真实、合理、贴近临床的胶质瘤模型对于基础研究和药物临床转化的重要性。因此,在未来5年中建立具有自主知识产权的胶质瘤动物模型,即基于遗传学经典信号通路的动物模型开发,建立更加贴近临床疾病的动物模型,着重推进类器官培养与3D培养技术,便于神经肿瘤的基础研究和药物筛选的快速推进。

5 着力建立我国胶质瘤标准化临床和基础资源共享平台

由美国国家癌症研究院发起的癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)是全球最大的肿瘤数据库,收录人类全部癌症的基因组和转录组测序信息,一般只提供第三级标准化后的数据,很难得到原始测序数据。由首都医科大学附属天坛医院的江涛教授团队开发的中国脑胶质瘤基因组图谱(Chinese Glioma Genome Atlas,CGGA) 收 录了包括全外显子测序、转录组测序、mRNA芯片、miRNA芯片及DNA甲基化芯片等标准化后的胶质瘤样本信息,并可进行在线分析[28]。面对当下复杂多变的国际形势,CGGA的出现在为我国胶质瘤研究者摆脱TCGA的限制、获得我国胶质瘤患者临床和测序数据珍贵资料等方面,提供了一个有力的平台。因此,建立一个属于我国的标准化胶质瘤资源共享数据库,制定标准化数据管理流程,提供数据共享和交流合作的平台,对推动我国胶质瘤领域基础研究很有必要。

基础研究往往存在与临床实际需求脱节的情况,一方面基础研究者缺少相关临床数据和样本,另一方面难以掌握临床最新最迫切的需求。建立标准化临床资源共享平台,提供标准完善的临床资料信息及临床组织样本,有利于促进基础研究与临床需求的交流融合,鼓励各单位积极参与多中心合作,从而推进我国胶质瘤基础研究成果的临床转化。

当今,我国正处于世界大变局的国内外复杂环境中,各项事业发展均面临严峻考验。我们要勇于直面问题,承担压力,要在危机中育先机、于变局中开新局。“十四五”时期是我国全面建成小康社会后乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家的第1个5年,也是推进“健康中国”战略目标实现的关键时期,对医疗卫生领域的基础研究创新和临床转化提出了更为迫切的要求。胶质瘤科研工作者要以国家和人民的迫切需要为导向,加快科研创新,加深多中心合作,不断将基础科研推向专利申请授权和临床转化,建立针对我国胶质瘤患者特点的、具有我国自主知识产权的胶质瘤研究和诊疗新策略,为我国医疗卫生事业的发展做出应有的贡献。

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