【文獻學習】兒童H3K27改變型彌漫中線膠質瘤的亞型分析

研究背景

H3K27改變型彌漫中線膠質瘤（DMG）是中樞神經系統WHO4級腫瘤，其核心特征為組蛋白H3K27me3的整體性缺失。該腫瘤好發于間腦、腦干和頸髓等中線結構，因呈彌漫浸潤性生長且鄰近重要神經功能區域，難以通過手術切除，且對放療、化療等傳統治療手段不敏感，兒童患者預后極差，中位總生存期（OS）通常不超過12個月。盡管已有研究提示成人DMG預后優于兒童DMG，且年齡較大的兒童（青少年）預后可能較好，但相關研究多包含彌漫性內生型腦橋膠質瘤（DIPG）患者，缺乏對DMG隊列的專項分析。本研究通過對36例經活檢證實且具備完整分子檢測數據的兒童DMG患者進行回顧性分析，深入探索年齡分層下的臨床特征、分子遺傳學差異及生存情況，旨在明確DMG的亞型劃分依據，為精準治療策略制定和臨床試驗設計提供循證證據。

研究方法

1、研究對象

本研究為單中心回顧性隊列研究，研究對象來源于2015年至2024年間芝加哥Ann and Robert H. Lurie兒童醫院確診的兒童腦腫瘤患者。篩選經活檢證實為DMG，存在明確K27M突變或診斷為彌漫中線膠質瘤EZHIP/EGFR亞型，且具備可用的下一代測序（NGS）數據的病例。該研究共納入36例兒童DMG患者（年齡<18歲），所有患者均接受86個熱點基因的NGS檢測，包括熱點區域DNA序列分析、44個基因全編碼區分析及28個基因局灶性高水平拷貝數增益分析。

2、數據收集與評估指標

本研究收集患者的人口統計學特征、腫瘤位置、手術方式、治療方案（放療、化療、再放療）、放療毒性反應及生存隨訪數據。放療相關毒性采用放射治療腫瘤學組（RTOG）毒性量表評估，分為1-4級。主要結局指標為無進展生存期（PFS）和總生存期（OS）。PFS定義為從初次干預至首次出現影像學或癥狀性腫瘤進展的持續時間，腫瘤進展需經神經腫瘤學醫師臨床檢查及磁共振成像（MRI）證實。OS定義為從活檢至死亡或末次臨床隨訪的持續時間，同時統計首次進展后的OS數據。

3、統計學與生物信息學分析

通過Kaplan-Meier法計算PFS和OS，利用對數秩檢驗比較生存曲線差異；采用R軟件（4.4.2版本）進行多因素Cox回歸分析，驗證比例風險假設，篩選OS的獨立預測因素。生物信息學分析方面，使用R語言ReactomePA軟件包對隊列中發現的31個突變基因進行Reactome通路富集分析，繪制前15條通路的點圖；通過箱線圖比較不同年齡組PI3K/AKT通路改變的富集頻率，采用Mann-WhitneyU檢驗評估差異顯著性；生成散點圖可視化發病年齡、OS與PI3K/AKT通路改變的分布關系。統計學顯著性定義為P值≤0.05。

研究結果

1、隊列基本臨床特征

36例患者的中位年齡為8歲，年齡范圍2-17歲，其中小于10歲患者25例（69.4%），≥10歲患者11例（30.6%）。腫瘤位置分布顯示，腦橋/腦干是最常見發病部位（72.2%，26/36），其次為丘腦（22.2%，8/36），頸髓最少（5.6%，2/36），且僅見于≥10歲患者（表1，詳見原文）。

手術治療方面，77.8%（28/36）的患者僅接受診斷性活檢，22.2%（8/36）接受減瘤手術，其中≥10歲患者接受減瘤術的比例（54.5%，6/11）顯著高于<10歲患者（8.0%，2/25）。除1例因個人意愿未接受任何輔助治療的患者外，其余35例均接受放療，包括局部放療或全腦全脊髓放療。

12例患者（33.3%）在疾病進展后接受再放療，<10歲患者再放療率（36.0%，9/25）略高于≥10歲患者（27.3%，3/11）。接受再放療患者的終身放療中位劑量為84Gy（范圍74-106Gy），未接受再放療患者為54Gy（范圍0-58Gy）。藥物治療方面，91.7%（33/36）的患者接受了至少一種治療，52.8%（19/36）接受了多種治療方式，接受再放療的患者中91%在再放療后進一步接受額外藥物治療。所有患者的放療毒性均≤RTOG1級，無急性放療相關嚴重并發癥（圖1A，詳見原文）。

2、分子遺傳學特征

所有36例患者均獲得完整的病理和NGS報告，32例（88.9%）組織學歸類為高級別（WHO3級或4級），4例（11.1%）為低級別（WHO2級）。分子分型顯示，80.6%（29/36）的患者存在H3F3A（組蛋白H3.3編碼基因）突變，13.9%（5/36）存在HIST1H3B（組蛋白H3.1編碼基因）突變，5.6%（2/36）為EGFR亞型（無H3F3A或HIST1H3B突變，但基于DNA甲基化和NGS結果仍歸類為彌漫中線膠質瘤，H3K27M改變型）（圖1B，詳見原文）。在突變基因頻率方面，TP53是最常見的突變基因（58.3%，21/36），其次為PIK3CA（27.8%，10/36）、PDGFRA（19.4%，7/36）、NF1（13.9%，5/36）和ACVR1（13.9%，5/36）。基因本體論（GO）富集分析顯示，整個隊列中PI3K/AKT、TP53和MAPK信號通路改變顯著富集。

按年齡<10歲和≥10歲分層后，分子特征呈現明顯差異：PIK3CA突變僅見于<10歲患者（40.0%，10/25），≥10歲患者未出現該突變（0/11），且10例PIK3CA突變中有6例不與HIST1H3B和/或ACVR1突變共存，與此前認為PIK3CA突變多與上述基因共存的觀點不同。GO分析進一步證實，<10歲患者的PI3K/AKT信號通路改變顯著多于≥10歲患者（P≤0.03）。TP53信號通路改變（TP53和/或PPM1D突變）在<10歲患者中的發生率（73.9%，17/23）高于≥10歲患者（54.5%，6/11），且在OS較短的患者（后50%）中，TP53改變的比例（72.2%，13/18）顯著高于OS較長的患者（44.4%，8/18）。

其他突變基因的年齡分布也存在差異：PPM1D、PTCH1、MYC/MYCN和MET的高頻突變僅存在于<10歲患者中；而KIT改變是≥10歲患者獨有的高頻突變，且均與PDGFRA突變共存。此外，5例NF1突變病變中有4例發生于非腦橋部位；所有HIST1H3B突變型DMG均發生于<10歲患者，且均伴隨ACVR1突變，其中3/4例為該年齡組中生存期最長的患者（圖2）。

圖2：（A）隊列的GO富集分析，以識別反復出現的分子機制異常；（B）比較<10歲和≥10歲患者PI3K/AKT通路富集頻率的箱線圖；（C）可視化PI3K/AKT通路改變與年齡和OS分布的散點圖。

3、生存結局分析

36例患者的中位PFS為5.4個月（95%CI：3.4-7.7月），中位OS為10.5個月（95%CI：5.7-15.2月）。按腫瘤位置分層的中位OS為：腦橋/腦干病變為9.6個月（95%CI：6.9-17.1月），丘腦病變為10.6個月（95%CI：4.0-20.2月），頸髓病變為34個月，但因樣本量僅2例，未進行統計學檢驗。整個隊列12個月時的PFS和OS率分別為20%和43%。生存分析顯示，<10歲患者的PFS和OS顯著劣于≥10歲患者。<10歲患者12個月PFS率為9.0%，OS率為26%；≥10歲患者12個月PFS率為36%，OS率為64%，差異均具有統計學意義。

中位OS方面，<10歲患者為9.1個月（95%CI：5.4-16.1），≥10歲患者為22.7個月（95%CI：11.0-29.0），<10歲患者的死亡風險是≥10歲患者的2.2倍（95%CI：1.1-4.6）。進一步分析顯示，以9歲為分界點時，<9歲與≥9歲患者的OS差異無統計學意義（12個月OS率：35%vs40.0%，p<0.4），表明10歲可能是DMG生存預后的關鍵年齡分界點。僅針對腦橋病變分析時，<10歲患者12個月OS率（24%）低于≥10歲患者（50%），但差異無統計學意義（P=0.09），可能與樣本量限制有關。

再放療對生存的影響顯著，接受再放療的患者12個月OS率為75%，顯著高于未接受再放療的患者（17%，p≤0.005），且接受再放療患者首次進展后的OS也顯著較長（p<0.02），風險比為0.45（95%CI：0.22-0.93）。整個隊列中接受再放療與未接受再放療患者的PFS差異無統計學意義（p<0.08），在≥10歲患者中也無顯著差異，但在<10歲患者中，接受再放療者的PFS顯著延長（p<0.01），風險比為3.8（95%CI：1.4-10.1），提示再放療對低齡患者的PFS改善作用更明顯。

手術方式（活檢術vs減瘤術）對OS無顯著影響（p<0.2），這與DMG擴大切除無生存獲益的現有共識一致。腦橋/腦干與丘腦病變的生存結局也無顯著差異。TP53和PIK3CA突變型患者的12個月OS率低于野生型患者，但差異無統計學意義（p=0.2）。散點圖分析顯示，PI3K/AKT通路改變對<10歲患者的OS無明顯影響，但會降低≥10歲患者的OS。

多因素Cox回歸分析顯示，診斷年齡<10歲、TP53突變、再放療及丘腦腫瘤是OS的顯著預測因素（p<0.05）。其中，診斷年齡<10歲的風險比最高（8.97，95%CI：2.53-31.79，p=0.00068），表明其是OS不良的最強預測因素；再放療則是保護因素，可顯著改善患者生存。

單因素對數秩檢驗進一步證實，僅診斷年齡和再放療是生存曲線差異的顯著影響因素。TP53突變在<10歲（60%）和≥10歲（55%）患者中的發生率相近，但其對OS的影響仍具有統計學意義；PI3K/AKT通路突變、接受減瘤術和位于頸髓未被證實為顯著預測因素（可能與樣本量小有關）（表2，詳見原文）（圖3）。

圖3：不同亞組Kaplan-Meier生存曲線。（A）<10歲與≥10歲患者的OS；<10歲與≥10歲患者的PFS；（C）接受再放療（re-RT）與未接受再放療患者的OS；（D）接受再放療與未接受再放療患者首次進展后的OS；（E）僅<10歲接受再放療與未接受再放療患者的PFS。

本研究首次在純DMG兒童隊列中明確證實，基于年齡（10歲為分界點）可將兒童DMG分為“兒童型”（<10歲）和“青少年型”（≥10歲）兩個具有顯著臨床和分子差異的亞組。青少年型DMG的中位OS（22.7個月）顯著長于兒童型（9.1個月），12個月OS率（64%）是兒童型（26%）的2.5倍，且頸髓病變僅見于青少年型患者，這與此前成人DMG多發生于頸髓且預后較好的研究結果一致。

分子層面，青少年型DMG無PIK3CA突變，而兒童型患者PIK3CA突變率高達40%，且PI3K/AKT信號通路改變顯著富集。PI3K/AKT通路是調控細胞存活和增殖的關鍵通路，其異常激活可能促進腫瘤進展，這一分子差異可能是兒童型DMG預后更差的重要原因。此外，兩組患者的突變譜存在明顯差異，如兒童型獨有的PPM1D、PTCH1等突變，青少年型獨有的KIT與PDGFRA共突變，進一步支持了亞組劃分的合理性。關于上述差異的潛在機制，推測與腫瘤微環境的發育差異有關。青少年大腦（10-18歲）的腫瘤微環境可能更接近成人大腦，而與幼兒大腦存在顯著差異，這種差異可能影響免疫-腫瘤細胞相互作用，導致青少年型DMG腫瘤細胞呈現出更接近成人DMG的細胞狀態，進而表現出更優的預后。這一推測與近期基于DNA甲基化數據的研究結果一致。

本研究為再放療在DMG進展后的應用提供了循證依據。33.3%的患者接受了再放療，結果顯示再放療可顯著改善患者的總OS及進展后OS，且所有患者的放療毒性均≤1級，證實了再放療的安全性。值得注意的是，再放療對不同年齡組的PFS影響存在差異：僅在<10歲患者中，接受再放療者的PFS顯著延長，而≥10歲患者中無顯著差異。這一結果提示，低齡患者可能因疾病進展更快，更能從再放療中獲益，而青少年患者可能需要結合其他治療方式進一步改善預后。此前關于再放療的研究多基于影像學診斷的DIPG隊列，本研究首次在完全由分子診斷的DMG隊列中證實了再放療的療效，但其真實生存獲益仍需謹慎解讀，因為接受再放療的患者可能同時接受了同步的藥物治療，且可能存在選擇偏倚（如腫瘤病理特征更傾向于長期生存）。未來需要開展前瞻性研究進一步驗證再放療的獨立治療價值。

本研究結果對DMG臨床試驗的設計和解讀具有重要意義。此前的臨床試驗多將所有<18歲患者歸為兒童DMG組，未考慮年齡亞組差異，可能導致治療療效評估出現偏差。青少年型DMG的獨特預后特征提示，未來臨床試驗需將青少年這一年齡階段作為重要混雜因素，在入組和分組時進行控制，如采用分層隨機化方法，確保不同年齡亞組在治療組和對照組中的均衡分布。此外，由于不同亞組的分子特征和治療反應存在差異，未來應設計亞組特異性臨床試驗，而非采用統一的治療方案。例如，針對兒童型DMG的臨床試驗可重點探索PI3K/AKT通路抑制劑與放療、化療的聯合應用，而青少年型DMG的臨床試驗可關注其他潛在靶點（如KIT、PDGFRA）的靶向治療，或新型免疫治療（如GD2CAR-T療法）的應用。

本研究的主要局限性為單中心回顧性設計和樣本量較小（36例）。此外，對患者的治療存在異質性，治療方案的差別可能對生存結果產生潛在影響。可能有部分低級別組織學DMG患者未被納入，但現有證據表明低級別DMG與高級別DMG的預后一致，因此對研究結果的影響有限。未來需要開展多中心、大樣本量的前瞻性研究，進一步驗證年齡亞組劃分的有效性，探索更多潛在的分子預后標志物，為DMG的精準治療提供更全面的證據。

參考資料：Pediatric H3 K27-altered diffuse midline gliomas may consist of two clinically relevant subsets based on patient age and molecular genetic profile. Neuro-Oncology Advances 7(1), vdaf200, 2025. https://doi.org/10.1093/noajnl/vdaf200

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