HER2基因的表达水平在胶质母细胞瘤患者预后评价中的意义

苏辉 戴宜武 秦家振 白妙春 杨艺 徐如祥 (北京军区总医院附属八一脑科医院神经外科，北京 100700)

HER2基因的表达水平在胶质母细胞瘤患者预后评价中的意义

苏辉 戴宜武*秦家振 白妙春 杨艺 徐如祥
(北京军区总医院附属八一脑科医院神经外科，北京 100700)

目的研究表明人类表皮生长因子受体2(HER2)基因的异常表达与乳腺癌，胃癌等多种恶性肿瘤的进展相关，然而其与胶质母细胞瘤(GBM)的关系目前尚不清楚。方法利用肿瘤与癌症基因图谱计划(TCGA)，脑肿瘤分子数据库(REMBRANT)和基因表达公共数据库(GEO)中GSE7696队列等中的GBM病例资料和芯片数据，通过生存分析和Cox回归分析，研究人类表皮生长因子受体2(HER2)基因的mRNA表达与GBM患者生存时间(OS)的关系。结果在TCGA病例组(N=288)中，HER2基因高表达组患者的预后差于低表达组的患者，其中位OS分别为15.1个月(95%可信区间：13.6～16.6个月)和16.7个月(95%可信区间：13.0～20.5个月)，P=0.013；同样地，在另外两个验证组的患者中，HER2基因高表达组的患者预后也差于低表达组，REMBRANT病例组的中位OS分别为12.0个月(95%可信区间：8.1～15.9个月)和17.5个月(95%可信区间：14.0～21.1个月)，P=0.002；而GSE7696病例组的中位OS则分别为11.4个月(95%可信区间：9.0～13.7个月)和15.7个月(95%可信区间：14.2～17.2个月)，P=0.044；多因素Cox回归分析表明HER2基因的表达分组不是独立的预后因素，其预后评价能力与年龄和MGMT甲基化分组因素有关。结论本研究一方面验证了HER2基因的mRNA表达与GBM患者的临床预后密切相关，另一方面为未来以HER2基因为基础的GBM预后评价方式和个体化治疗策略提供了临床依据。

人类表皮生长因子受体2; 基因芯片; 胶质母细胞瘤; 预后分析

胶质母细胞瘤(glioblastoma, GBM)是临床最常见的原发性颅内恶性肿瘤。尽管临床上采用以手术联合放化疗的综合治疗策略，GBM患者的临床预后仍然很差[1]。既往研究证实，表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)该家族中的EGFR基因可以通过扩增和过表达的方式影响GBM的疾病进展[2]。人类表皮生长因子受体2 (human epidermal growth factor receptor-2, HER2)是与EGFR同家族的跨膜受体蛋白。研究表明，HER2可以通过激活下游多种信号通路影响细胞的增殖与凋亡[3]。HER2基因的表达水平与乳腺癌等多种恶性肿瘤的临床预后密切相关[4]。然而，HER2基因与GBM患者的预后是否相关目前尚不清楚。本研究利用在线GBM样本数据库，研究并验证HER2基因mRNA表达水平与GBM患者患者总生存期(overall survival, OS)的关系。

对象与方法

一、GBM病例数据库

GBM病例的全基因组表达芯片数据和相对应的临床数据，包括患者年龄，性别，OS，甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶(O6-methylguanine-DNA methyltransferase, MGMT)甲基化状态等，通过以下在线数据库获得：

癌症和肿瘤基因图谱计划数据库(The Cancer Genome Atlas, TCGA)：共288例GBM病例；所有病例均接受放疗联合替莫唑胺化疗的辅助治疗方案。脑肿瘤分子数据库(Repository of Molecular Brain Neoplasia Data, REMBRANT)：共187例GBM病例；辅助治疗方案不详。基因表达公共数据库(Gene Expression Omnibus, GEO)中的GSE7696系列：共70例GBM病例；其中43例采用放疗联合替莫唑胺化疗，27例采用单纯放射治疗。本研究中，设TCGA病例组为试验组，REMBRANT病例组和GSE7696病例组为验证组。

二、HER2基因表达数据的处理

HER2基因的mRNA数据均来自各数据库处理后的全基因组表达芯片(Aglient 244K G4502A microarray和Affymetrix Human Genome U133 Plus 2.0 Array)的数据。由于表达芯片中存在多个针对HER2基因的检测探针，因此HER2基因的表达值由这些探针的平均值代表。为了消除不同芯片检测平台之间的系统误差，不同数据库来源的HER2基因表达数据通过标准化运算转换为平均值为0，标准差为1的数据集[5]。

三、统计学分析

应用SPSS 19.0软件进行统计分析。各病例组中年龄分布采用非配对t检验进行统计，其他临床特征采用Fisher精确检验(两组间)和卡方检验(多组间)进行统计分析。同时，为了便于研究，我们规定试验组(TCGA病例组)GBM病例的HER2基因的中位表达值为分组界值(0.1409)，将所有数据库病例划分为HER2基因高表达组和低表达组。HER2基因mRNA表达水平与GBM患者预后的关系采用log-rank检验，Kaplan-Meier法以及Cox回归模型进行分析。P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

一、GBM病例的一般资料

本研究共纳入545例来自TCGA数据库(288例)，REMBRANT数据库(187例)和GSE7696数据库(70例)的GBM病例，其中男性319例，女性174例，另有52例不详；358例患者有年龄记录，平均年龄为(55.8±13.2)岁；295例患者有MGMT甲基化分组信息，其中MGMT超甲基化者141例，MGMT低甲基化者154例。

二、HER2基因mRNA表达与试验组(TCGA病例组)预后的关系

288例试验组(TCGA病例组)患者的HER2基因的中位表达值为0.1409。根据分组界值，试验组的病例被平均分成HER2基因高表达组(144例)和低表达组(144例)。生存分析显示HER2基因高表达组患者的中位OS短于低表达组患者，其中高表达组中位OS为15.1个月(95%可信区间：13.6～16.6个月)，低表达组中位OS为16.7个月(95%可信区间：13.0～20.5个月)，P=0.013(图1)。

三、HER2基因mRNA表达与验证组(REMBRANT和GSE7696病例组)预后的关系

为了减少假阳性结果的可能性，进一步验证HER2基因表达与GBM预后的关系，我们分别将事先确定的HER2基因mRNA的分组界值带到两组独立GBM病例组中进行验证。与试验组结果相似，在REMBRANT病例组中，101例HER2基因高表达者的中位OS(12.0个月；95%可信区间：8.1～15.9个月)短于86例低表达者(17.5个月；95%可信区间：14.0～21.1个月)，P=0.002(图2A)。同样地，在GSE7696病例组中，27例HER2基因高表达者的中位OS(11.4个月；95%可信区间：9.0～13.7个月)也短于43例低表达者(15.7个月；95%可信区间：14.2～17.2个月)，P=0.044(图2B)。

图1 HER2基因表达分组与TCGA病例组预后的关系

Fig 1 The prognostic value of HER2 gene expression groups in TCGA dataset

图2 HER2基因表达分组与各数据库中GBM患者OS的关系

Fig 2 The prognostic value of HER2 gene expression-based groups in each GBM dataset with respect to OS

A: REMBRANDT dataset; B: GSE7696 dataset.

表1 多因素Cox回归分析结果

Tab 2 Results of multivariate Cox regression analysis

PrognosticfactorsHazardratio95%Confidenceinterval HER2mRNAexpressiongroups1．220．90～1．64 MGMTpromotermethylationstatus0．540．40～0．72a Ageoverorbelow65yearsold1．501．04～2．14b

aP<0.05,vsunmethylated;bP<0.05,vsbelow 65

四、HER2基因表达水平与患者年龄，MGMT甲基化状态在预后评价中的关系

为了扩大样本量，我们将三组GBM数据库进行合并，用以研究HER2基因mRNA表达与其他预后因素的关系。多因素Cox回归分析表明HER2基因表达分组并不是独立于患者年龄和MGMT甲基化状态的预后因素(表1)。

随后，分层分析表明年龄因素和MGMT甲基化状态影响HER2基因mRNA表达水平的预后评价作用，即HER2基因的mRNA表达对于65岁以下或MGMT超甲基化的患者具有预后评价作用，而对于65岁以上和MGMT低甲基化的患者则缺乏预后评价意义(图3A～D)。

图3 HER2基因表达分组与不同MGMT甲基化状态或不同年龄的GBM患者OS的关系

Fig 3 The relationship between HER2 mRNA expression grouping and GBM patients with different MGMT methylation status or different age

A: The patients with MGMT unmethylated GBMs; B: The patients with MGMT methylated GBMs; C: The patients aged below 65 years old; D: The patients aged at or above 65 years old.

讨 论

由于主要是因为GBM是一类异质性很强的肿瘤，不同GBM样本具有不同的病理特点和分子特征。因此，如何细化GBM患者的预后评价以及寻找有效的个体化治疗靶点对于治疗GBM具有十分重要的意义。研究证实，EGFR家族中EGFR基因是参与GBM病理过程的重要分子，其下游信号通路的失调会导致细胞异常增殖或凋亡[3]。该家族中另一个重要成员-HER2基因异常表达，同样通过激活下游的生长调节通路，导致肿瘤细胞增殖凋亡的失衡，促进肿瘤的进展[2]。在乳腺癌、胃癌等多种恶性肿瘤的研究中发现通过抑制或封闭HER2基因及其下游的信号通路能够很好的抑制或杀死肿瘤细胞，这些研究结果使得以HER2基因为靶向的肿瘤治疗策略逐渐成为研究热点[2]，并取得了很好的临床效果[6]。然而，尽管研究证实HER2基因参与多种恶性肿瘤的发病并且作为治疗靶点效果明显，但其与GBM之间的关系目前尚不清楚。本试验结果提示HER2基因高表达的GBM患者的OS较短于低表达的患者，这一结果在三组不同的病例组中均得到验证。因此，我们认为，与其他恶性肿瘤相似，HER2基因的异常表达很可能参与了GBM的进展过程。临床上针对GBM样本检测HER2基因表达可能有助于患者预后的评价。然而，多因素Cox回归分析表明HER2基因的表达水平并不是独立的预后因素，其预后评价作用一定程度上受患者年龄因素和MGMT甲基化状态的影响。进一步的分层分析表明，在65岁以下或MGMT超甲基化的患者中，HER2基因的表达分组能够区分不同预后的患者，但在65岁以上或MGMT低甲基化的患者人群中，HER2基因的表达分组无法区分不同预后的患者。综合分析后我们认为，HER2基因表达联合患者年龄或MGMT甲基化分组因素能够进一步优化GBM患者的预后评价。

GBM对于传统治疗手段缺乏良好的反应。尽管目前临床上采用包括肿瘤切除、标准剂量放疗(60 Gy)和替莫唑胺同步化疗在内的综合治疗策略，GBM患者的中位OS十分有限，只有12～15个月左右[1]。近些年来，以靶向药物为主的治疗策略逐渐成为了GBM的研究热点[1]。然而，最新发表的 3期临床试验表明，现有的针对已经发现的GBM重要分子特征的靶向药物，例如：针对血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)通路的bevacizumab，针对整合素通路的cilengitde，针对EGFR通路的nimotuzumab的治疗效果并不理想[7～10]。我们的研究提示HER2基因可能成为新的GBM治疗靶点，为未来在GBM治疗中采用HER2基因靶向治疗提供了临床依据。

1Yin AA, Cheng JX, Zhang X, et al. The treatment of glioblastomas: a systematic update on clinical Phase III trials [J]. Crit Rev Oncol Hematol, 2013, 87(3): 265-282.

2Arteaga CL, Engelman JA. ERBB receptors: from oncogene discovery to basic science to mechanism-based cancer therapeutics [J]. Cancer Cell, 2014, 25(3): 282-303.

3Yarden Y, Pines G. The ERBB network: at last, cancer therapy meets systems biology [J]. Nat Rev Cancer, 2012, 12(8): 553-563.

4Martin V, Cappuzzo F, Mazzucchelli L, et al. HER2 in solid tumors: more than 10 years under the microscope; where are we now? [J]. Future Oncol, 2014, 10(8): 1469-1486.

5Zhang XQ, Sun S, Lam KF, et al. A long non- coding RNA signature in glioblastoma multiforme predicts survival [J]. Neurobiol Dis, 2013, 58: 123-131.

6Kumler I, Tuxen MK, Nielsen DL. A systematic review of dual targeting in HER2-positive breast cancer [J]. Cancer Treat Rev, 2014, 40(2): 259-270.

7Chinot OL, Wick W, Mason W, et al. Bevacizumab plus radiotherapy- temozolomide for newly diagnosed glioblastoma [J]. N Engl J Med, 2014, 370(8): 709-722.

8Gilbert MR, Dignam JJ, Armstrong TS, et al. A randomized trial of bevacizumab for newly diagnosed glioblastoma [J]. N Engl J Med, 2014, 370(8): 699-708.

9Nabors LB, Mikkelsen T, Hegi ME, et al. A safety run-in and randomized phase 2 study of cilengitide combined with chemoradiation for newly diagnosed glioblastoma (NABTT 0306) [J]. Cancer, 2012, 118(22): 5601-5607.

10Solomon MT, Selva JC, Figueredo J, et al. Radiotherapy plus nimotuzumab or placebo in the treatment of high grade glioma patients: results from a randomized, double blind trial [J]. BMC Cancer, 2013, 13(1): 299-307.

SignificanceoftheexpressionofHER2geneintheprognosisevaluationofpatientswithglioblastoma

SUHui,DAIYiwu,QINJiazhen,BAIMiaochun,YANGYi,XURuxiang

DepartmentofNeurosurgery,AffiliatedBayiBrainHospital,BeijingMilitaryGeneralHospital,Beijing100700, China

ObjectiveThe dysregulation of human epidermal growth factor receptor-2 (HER2) gene is involved in various malignant tumors including breast cancers and gastric cancers. However, the relationship between HER2 gene expression and glioblastoma (GBM) is not clear. The study aims to study the expression of HER2 gene in the evaluation of prognosis of patients with glioblastoma.MethodsGenome-wide gene expression data and corresponding patient's clinical data were downloaded from The Cancer Genome Atlas (TCGA), Repository for Molecular Brain Neoplasia Data (REMBRANDT), and Gene Expression Omnibus (GEO) with accession number of GSE7696, to investigate the prognostic value of HER2 mRNA expression in GBM patients using Kaplan-Meier method and multivariate Cox regression analysis.ResultsIn TCGA data-set (N=288), patients with higher HER2 expression were associated with shorter overall survival (OS) than patients with lower HER2 expression (median OS: 15.1 [95% confidence interval (CI) 13.6～16.6]vs. 16.7 [95% CI 13.0～20.5] months,P=0.013); similarly, in another two validation data-sets, patients in higher expression groups had shorter OS than those in lower expression groups (REMBRANT dataset: higher vs. lower, 12.0 [95% CI 8.1～15.9]vs. 17.5 [95% CI 14.0～21.1] months,P=0.002; GSE7696 dataset: highervs. lower, 11.4 [95% CI 9.0～13.7]vs. 15.7 [95% CI 14～2-17.2] months,P=0.044); HER2 mRNA expression was not an independent prognostic indictor, and its prognostic value was partly dependent on age and O(6)-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) promoter methylation status.ConclusionThe present study indicates and validates the relationship between HER2 gene expression and GBM patients' OS. The study also provides the clinical evidence on HER2-based GBM subclassification and personalized medicine.

Human epidermal growth factor receptor-2; Gene expression microarray; Glioblastoma; Prognosis

1671-2897(2016)15-144-04

·论著·

R 739

A

国家自然科学基金资助项目(81271391)

苏辉，医师，硕士，E-mail: 370285suhui@163.com

*通讯作者： 戴宜武，教授、主任医师，硕士与博士生导师，E-mail: dddyyywww@163.com

2015-07-02；

2015-08-30)