組蛋白H3.3 G34R/V突變在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中的研究進展

張學(xué)斌 綜述 姚鑫 審校

自從2012年Nature上首次發(fā)表了膠質(zhì)母細胞瘤（glioblastoma，GBM）中組蛋白H3基因的突變情況，該研究通過基因測序分析發(fā)現(xiàn)在小兒GBM中基因H3F3A的頻發(fā)突變，占所檢測腫瘤樣本的44%（21/48），認為該突變與組蛋白H3尾部在轉(zhuǎn)錄后修飾調(diào)節(jié)中27位賴氨酸被甲硫氨酸替換（K27M）和34位甘氨酸突變?yōu)榫彼峄蚶i氨酸（G34R/V）有關(guān)［1］。由于H3K27M突變在彌漫性中線膠質(zhì)瘤的獨特性表達，2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類［2］中將其單獨分為一個新的類型。目前H3K27M突變在膠質(zhì)瘤領(lǐng)域是研究熱點之一，與此同時對H3G34R/V突變的研究也越來越多?，F(xiàn)對H3.3 G34R/V突變在膠質(zhì)瘤致病及診療中的作用研究進展綜述如下。

1 組蛋白及其變體H3.3

組蛋白作為真核細胞染色體基本組分除了維持染色體高度濃縮的有序結(jié)構(gòu)外，還作為活性成分參與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組和修復(fù)等生物學(xué)過程的精細調(diào)節(jié)，包括翻譯后修飾如組蛋白乙?；⒓谆?，而每種組蛋白亞基變體（variant）的存在增加了調(diào)節(jié)方式的多樣性［3］。組蛋白有5種亞基，分別為H1、H2A、H2B、H3和H4，后面4種亞基各提供兩分子形成八聚體，然后與DNA形成核小體結(jié)構(gòu)，H1主要發(fā)揮連接作用。其中人組蛋白H3主要有5種變體，分別為 H3.1、H3.2、H3.3、著絲粒蛋白-A（centromere protein A，CENP-A）和睪丸特異性組蛋白H3t等。

人組蛋白H3.3變體包含H3F3A和H3F3B兩個編碼基因，分別定位于1q42.12和17q25.1，雖然兩個基因轉(zhuǎn)錄的mRNA序列不同，但翻譯后成熟蛋白質(zhì)序列完全一致，并且與H3.1和H3.2在序列上也僅有5個和4個氨基酸殘基差異（3種變體均由135個氨基酸殘基組成）。H3F3A和H3F3B組成性表達于細胞周期任何階段，在活性基因啟動子區(qū)、增強子區(qū)和內(nèi)部調(diào)節(jié)區(qū)等取代H3.1/H3.2［4-5］，通過表觀調(diào)節(jié)影響基因的表達，主要參與細胞增殖、分化、減數(shù)分裂等多個生物學(xué)過程［6］。此外，H3.3還可富含在異染色質(zhì)重復(fù)區(qū)如端粒和著絲粒等，可能對基因組穩(wěn)定性發(fā)揮重要影響。

2 H3.3 G34突變腫瘤的臨床病理特征

Schwartzentruber等［7］首次報道48例H3F3A突變的小兒膠質(zhì)母細胞瘤中G34R/V突變率和K27M突變率分別為13%和19%。Yoshimoto等［8］報道了日本膠質(zhì)瘤患者G34R的突變頻率低于K27M突變，小兒和青少年（年齡小于20歲）的膠質(zhì)瘤患者中G34R突變率為4.3%，K27M的突變率為14.5%。G34V突變相對少見，目前報道僅5例患者［7，9］和1個細胞系［10］中被發(fā)現(xiàn)。德國一項研究分析77例患者年齡在30歲以下的GBM病例，G34R/V突變率和K27M突變率分別為16%和32%［11］。以上研究結(jié)果提示G34R/V突變可能在日本的發(fā)生頻率比西方國家的頻率低。Sturm等［12］研究證明伴有G34R/V突變的患者平均年齡比K27M突變患者的平均年齡稍高；伴有G34R/V突變的患者中位年齡為18（9～42）歲，伴有K27M突變的患者中位年齡為10.5（5～23）歲。但Yoshimoto等［8］研究顯示這兩類患者的發(fā)病年齡相似（中位年齡分別為10歲和15歲）。

有研究［8］發(fā)現(xiàn)G34R突變型腫瘤不僅位于大腦半球，而且位于基底節(jié)區(qū)和遠離丘腦的腦組織深部區(qū)域。盡管組織病理學(xué)為高級別腫瘤，但某些G34R突變腫瘤在影像上顯示出弱或無對比增強。此外，有1例腫瘤廣泛浸潤3個以上的腦葉，包括深灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，如基底葉和丘腦，這與大腦膠質(zhì)瘤?。╣liomatosis cerebri，GC）生長模式一致。Broniscer等［13］從32例大腦膠質(zhì)瘤病的病例中發(fā)現(xiàn)4例伴有G34突變；但未在本組病例發(fā)現(xiàn)K27M突變。根據(jù)WHO 2016版分類大腦膠質(zhì)瘤病目前被認為是GBM的一種，其生長方式及分子生物學(xué)改變也參考GBM［14］，但結(jié)合上述研究G34R/V突變可能是某些大腦膠質(zhì)瘤病所特有的分子生物學(xué)特征，其具體機制有待進一步闡明。

組蛋白H3 K27突變的高級別膠質(zhì)瘤在形態(tài)學(xué)上相對一致，而H3 G34突變的腫瘤組織學(xué)上具有明顯異質(zhì)性，鏡下可以是經(jīng)典的膠質(zhì)母細胞瘤，也可以是更原始、更幼稚的中樞神經(jīng)系統(tǒng)原始神經(jīng)外胚層腫瘤（central nervous system primitive neuroectodermal tumours，CNS-PNET）。研究表明［12］，從DNA甲基化模式和基因拷貝數(shù)異常（copy number aberrations，CNAs）檢測結(jié)果來看，組織學(xué)上無論是“GBM樣”還是“PNET樣”的G34突變腫瘤其檢測結(jié)果均相同，提示其可能有相同的細胞起源和相似的生物學(xué)基礎(chǔ)。CNS-PNET現(xiàn)被稱為GBM伴有原始神經(jīng)元成分（WHO 2016版）［2］，而有研究報道證實CNS-PNET是一組分子表型各異的腫瘤［15］，因此G34R/V突變腫瘤應(yīng)該作為GBM伴有原始神經(jīng)元成分的一個新的亞組而被認識。此外有研究［8］發(fā)現(xiàn)G34R/V突變在星形母細胞瘤的發(fā)病機制中也起著一定的作用。星形母細胞瘤是一種少見類型腫瘤，其形態(tài)學(xué)特點是GFAP陽性的腫瘤細胞放射狀排列于中心血管周圍（星形母細胞菊形團）［16］。而星形母細胞瘤的分子遺傳學(xué)特征尚未被明確認識，目前僅少數(shù)研究發(fā)現(xiàn)星形母細胞瘤中缺乏IDH 1/2和TP 53突變［17］，而存在BRAF V600E突變［16，18］以及高頻MN1改變［15］，均提示星形母細胞瘤從分子遺傳學(xué)方面區(qū)別于其他傳統(tǒng)成人的星形細胞腫瘤的亞型。

綜上所述，伴有G34突變組織學(xué)各異的CNS腫瘤可能屬于單一的生物學(xué)類型，類比WHO分類2016版也可以將之稱為伴有H3.3 G34突變的高級別膠質(zhì)瘤（high-grade gliomas with H3.3 G34 mutation，HGGG34）［9］。

3 H3.3 G34突變及分子遺傳學(xué)特點

根據(jù)報道［7，12，19-20］在 HGG-G34 中幾乎 100%發(fā)生TP 53突變和ATRX缺失，而ATRX表達缺失表明不僅是K27M突變，G34R/V突變也與替代性端粒延長相關(guān)。Korshunov等［9］研究也證實了這些分子事件在致病基因中的重要作用。

G34本身不受翻譯后修飾，但位于賴氨酸36（K36）附近，其甲基化狀態(tài)與轉(zhuǎn)錄延伸有關(guān)。有研究顯示在G34突變細胞中H3K36me3的差異性結(jié)合是一項非常重要的分子生物學(xué)事件并且MYCN（N-myc）的表達量也明顯增加［9］。在G34突變的腫瘤中少突膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)錄因子1/2（oligodendrocyte transcription factor 1/2，OLIG1/2）的基因座處于高甲基化狀態(tài)，所以O(shè)LIG1/2的表達量較低。這種模式類似模擬胚胎干細胞，在胚胎干細胞中從表觀遺傳學(xué)上講使OLIG1/2失活是阻止細胞向神經(jīng)元分化的機制［21］。盡管某些基因座處于高甲基化狀態(tài)，但是伴有G34突變的GBM整個基因組均處于廣泛的低甲基化狀態(tài)（特別是在亞端粒區(qū)域）［19，21-22］。此外，G34突變體的mRNA似乎表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)早期發(fā)育階段的表達模式，提示腫瘤的細胞起源和起始周期。因此，“啟動/驅(qū)動”G34突變會影響分化不良的神經(jīng)上皮胚胎細胞/祖細胞，這些胚胎細胞或祖細胞通常會分化成膠質(zhì)細胞或神經(jīng)細胞，這也就解釋了HGG-G34的形態(tài)多樣性。這個特定的表達模式也有可能是H3 G34突變本身所特有的重組結(jié)果。

細胞遺傳學(xué)方面［9］，3q和（或）4q缺失發(fā)生在2/3的G34突變樣本中，HGG-G34中高頻的3q/4q缺失意味著其在腫瘤的發(fā)生中起著重要的作用，可能是某些抑癌基因定位于這些缺失區(qū)域?？傊?，染色體異常影響了約90%上述腫瘤，與其他GBM分子亞型相比HGG-G34具有一些高度特異的基因拷貝數(shù)異常（CNAs），組織學(xué)表現(xiàn)為GBM的腫瘤常有血小板衍生生長因子受體A（platelet-derived growth factor receptor-a，PDGFRA）基因/細胞周期蛋白依賴性激酶6（Cyclin dependent kinases 6，CDK6）基因擴增，而組織學(xué)表現(xiàn)為PNET的腫瘤CCND 2基因（其編碼細胞周期蛋白D2，Cyclin-D2）擴增更為常見［9］。但這也非絕對，Gessi等［21］報道了在G34突變的CNS-PNET中發(fā)生PDGFRA擴增，HGG-G34形態(tài)學(xué)上的異質(zhì)性可能是由于高水平的CNAs所導(dǎo)致的，而其他分子亞型的GBM只有低頻率（＜20%）的CNAs，CNS-PNET發(fā)生CNAs同樣低頻。在今后的研究中，對這些熱點CNAs的研究可能揭示其發(fā)病機制。

關(guān)于組蛋白甲基化，既往研究顯示［23-24］K27M突變的腫瘤中會出現(xiàn)H3K27me3表達異常，而在G34R突變的腫瘤中未發(fā)現(xiàn)。但近期研究［8，25］發(fā)現(xiàn)H3K27me3表達異常也可以出現(xiàn)在某些G34R突變腫瘤中，并在1例G34R突變腫瘤中表現(xiàn)為H3K9me3表達減少。雖然H3K27me3和H3K9me3經(jīng)常被抑制，但在G34突變的腫瘤中H3K27me3和H3K9me3的低表達會影響其他基因的表達。此外，G34R/V突變會影響基因表達活化因子H3K36的甲基化［10，26］。因此，這些結(jié)果提示組蛋白甲基化在G34R/V突變腫瘤中是常見現(xiàn)象，預(yù)測G34R/V突變可能是膠質(zhì)瘤發(fā)生的相關(guān)機制之一。

4 H3.3 G34突變腫瘤的治療和預(yù)后

大多數(shù)研究報道G34R/V突變的患者預(yù)后優(yōu)于K27M突變患者［12，19］。G34突變腫瘤患者的中位生存期為22個月，略優(yōu)于其他GBM分子亞型（不包括IDH1-突變腫瘤）［27-29］，這可能是因為MGMT基因啟動子甲基化的頻率高，增強了腫瘤對替莫唑胺的敏感性，也可能增強了其他用于治療PNET的烷化劑敏感性。CNS腫瘤GBM/PNET在臨床和生物學(xué)上的特征均不盡相同，并且治療策略也不同［30］，GBM樣或PNET樣表型的G34突變型腫瘤患者原則上也應(yīng)按照不同的治療方案進行治療，但治療的結(jié)果卻無明顯不同。形態(tài)學(xué)表現(xiàn)為CNS-PNET的G34突變型腫瘤，較少發(fā)生腦脊髓播散，這就對傳統(tǒng)意義上的PNET治療方案（包括全腦全脊髓照射和高毒性的多藥化療）的合理性提出了挑戰(zhàn)。對現(xiàn)有治療方法的評估將是未來臨床研究的重點，特別應(yīng)該根據(jù)特定的分子表型選擇合適的最佳治療方案從而避免過度治療。

5 結(jié)語

組蛋白變體H3.3 G34R/V突變同H3K27M突變一樣也是存在于某些特定膠質(zhì)瘤中的特異性分子生物學(xué)事件，但G34R/V突變的腫瘤基因型和形態(tài)學(xué)表型之間的關(guān)系更為復(fù)雜。檢測H3.3 G34突變，也應(yīng)推薦作為組織學(xué)特征各異的幕上CNS腫瘤的常規(guī)診斷標記?？梢灶A(yù)期的是，未來的研究能夠闡明H3F3A G34R/V突變所導(dǎo)致的遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)的影響，從而開發(fā)出針對此突變的靶向治療。

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