脑胶质瘤精准治疗进展

胡慧敏，江涛

（北京市神经外科研究所 首都医科大学附属北京天坛医院，北京 100070）

胶质瘤是最常见的原发性颅内肿瘤，约占颅内肿瘤的46%。其发病率和病死率均居恶性肿瘤前列[1]。胶质瘤患者经手术切除、放化疗乃至一些新的治疗手段如电场治疗，中位生存期仍小于21个月[2-5]。脑胶质瘤进展过程中新突变和新抗原的产生较少，属于“冷肿瘤”，但瘤内遗传学变异的异质性强[6]。较高的瘤内异质性决定了脑胶质瘤中包含数量和种类较多的肿瘤细胞亚克隆，因而对无差别的放化疗容易产生治疗抵抗：部分具有特殊遗传学变异的肿瘤细胞可以逃避放化疗带来的生存压力，不断“进化”，并形成生存优势，成为导致肿瘤耐药和恶化的主力。

精准医学是根据患者个体差异来制定和调整预防及治疗方法的医学模式，尤其适用于肿瘤等具有高度个体差异的疾病的预防和治疗。自2015年美国提出“精准医学计划”，并提议大规模提高相关研究的投入以来，精准医学已成为各国医学研究领域竞相争夺的医学研究高地。

针对特定基因的个体化治疗方案在急性髓性白血病[7]、肺癌[8]、乳腺癌[9]、黑色素瘤[10]及转移性结直肠癌[11]的治疗中取得了鼓舞人心的效果。精准治疗在其他系统肿瘤中的成功实践也为脑胶质瘤这一严重危害患者生命健康和生活质量的恶性肿瘤的治疗带来希望的曙光。据美国临床试验数据库（https://clinicaltrials.gov）统计，目前在进行患者招募和准备进行患者招募的脑胶质瘤临床试验（Ⅰ～Ⅳ期）多达400余项，其中绝大多数临床试验属于免疫治疗及靶向治疗。通过基因组学研究揭示脑胶质瘤起源和恶性进展过程中的关键驱动性基因突变，并给予针对性的靶向抑制可能是未来真正遏制脑胶质瘤，造福患者的希望所在。

1 脑胶质瘤常见的癌基因突变

脑胶质瘤的发生源于脑组织正常生理活动受到扰动、神经细胞稳态被打破。已知在脑胶质瘤起源和进展过程中，一些遗传学变异起到了关键的驱动作用。因而，研究并明确这些重要遗传学变异引起脑胶质瘤起源和进展的机制，为以阻抑其促癌作用为目标的靶向治疗提供了生物学理论基础。

1.1 异柠檬酸脱氢酶突变

异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenases，IDH）是三羧酸循环中的关键酶之一，负责催化异柠檬酸到α-酮戊二酸之间的氧化脱羧反应，同时产生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）。IDH广泛存在于细胞质及过氧化物酶体中[12]。胶质瘤、恶性肉瘤及白血病中均报道了IDH催化结构域上的点突变。IDH突变通过影响表观遗传状态和低氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor 1 subunit alpha，HIF1α）通路参与癌症起源及恶性进展过程[13-14]。在脑胶质瘤中，IDH突变是为数不多的具有明确的预后价值并被广泛应用于病理分型的分子病理指标[4,15]。IDH突变多发于继发性胶质母细胞瘤（secondary glioblastoma，sGBM）中，而在原发性胶质母细胞瘤（primary glioblastoma，pGBM）中极为少见。携带IDH突变的胶质母细胞瘤患者相对年轻，中位年龄为44岁，IDH野生型患者的中位年龄则为62岁[16-17]。同样经手术切除和术后放化疗，携带有IDH突变的患者的平均生存期为31个月，显著长于携带野生型IDH的患者，后者的平均生存期仅为15个月[18]。由于 IDH 突变被认为在胶质瘤的早期病理过程甚至起源过程中发挥关键作用，一些脑胶质瘤的靶向治疗临床试验选择以突变的IDH为靶标，但这些试验均以失败告终。提示尽管IDH突变的临床意义极为明确，但IDH突变影响胶质母细胞瘤发生进展的具体生物学机制的复杂性影响了其作为治疗靶点的应用价值。

1.2 表皮生长因子受体扩增及突变

表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）是一种在维持上皮细胞正常生理功能和稳态平衡中起到重要作用的一类酪氨酸激酶受体，是人类表皮生长因子受体（human epidermal growth factor receptor，HER）酪氨酸激酶超家族的成员之一。哺乳动物体内EGFR的配体多达7种[19]，其与EGF的结合能够引发Ras/Raf/丝裂原激活蛋白激酶的激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MEK）/细胞外信号调节激酶（extracellular-signalregulated kinase，ERK）通路、磷脂肌醇3-激酶（phosphoinositide-3 kinase，PI3K）/蛋 白 激 酶 B（protein kinase B，PKB,又称 Akt）/雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR） 信 号通路及Janus激酶（Janus kinase）/信号转导和转录激活子等下游信号通路的激活，从而调控细胞的增殖、凋亡、黏附和分化等行为[20]。EGFR通路的异常激活是多种上皮起源的肿瘤如肺癌、结直肠癌、鳞状上皮细胞癌中的重要分子事件[21]。发生于脑胶质瘤中的EGFR通路的异常激活最为多见的原因是EGFR基因扩增和变异[22]。间变性星形细胞瘤中EGFR扩增的发生率为17%[23]，原发胶质母细胞瘤中的发生率为50% ～ 60%[16,24]。EGFR基因扩增常伴随EGFR的基因变异。脑胶质瘤中最常见的EGFR突变是第2-7外显子的缺失形成的EGFRvⅢ突变。EGFRvⅢ突变在原发胶质母细胞瘤中的发生率仅约为20% ～ 30%。EGFR基因扩增和EGFRvⅢ突变的发生均预示了脑胶质瘤患者更差的生存预后[4]。

EGFR的扩增和EGFRvⅢ突变体的发生能够引发PI3K/Akt、有丝分裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）、肉瘤基因 （sarcoma gene，Src）、骨髓细胞瘤病毒癌基因 （cellularmyelocytomatosis viral oncogene，c-Myc）、 核 因子 κB（nuclear factor κB，NFκB）、 信 号 传 导 及转录激活蛋白3（signal transducer and activator oftranscription，STAT3）等下游信号通路的异常，从而导致与胶质瘤发生及进展相关的生物学过程。研究表明，EGFR通路的激活能够使星形细胞去分化，从而引发癌变[25]。在没有新生血管生成的情况下，EGFR通路活化依然能够促进胶质瘤细胞的迁移[26]。EGFRvⅢ增强了胶质瘤的血管生成；EGFR扩增和EGFRvⅢ均能够通过过度激活PI3K/Akt通路阻抑胶质瘤细胞的凋亡，引发胶质瘤细胞的异常增殖[27]。

EGFR的异常还被应用于胶质瘤分子分型。在癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）基于转录组学特征提出的胶质母细胞瘤4个亚型中，EGFR扩增在经典型（classical）胶质母细胞瘤中发生极为普遍（发生率为97%），而极少发生于其他亚型。EGFR异常因而成为经典型胶质母细胞瘤的分子指征之一[28]。Sun等[29]在研究脑胶质瘤发生和神经发育过程中保守存在的关键通路时，发现EGFR及其相关基因的高表达可以定义一类患者年龄较大、生存预后差、具有更强的干细胞特性及星形胶质细胞起源特征的胶质瘤亚型。

1.3 原癌基因MET高表达与基因变异

原癌基因MET的蛋白产物属受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）超家族，是肝细胞生长因子（ hepatocyte growth factor，HGF）的受体。MET的基因突变、基因扩增或蛋白水平异常高表达在胃癌[30]、肺癌[31]、肝癌[32]及头颈部肿瘤[33]等多种肿瘤中均见报道。

MET通路在胶质瘤研究中一直维持着较高的关注度。已被揭示的MET通路在胶质瘤中的作用机制涉及干细胞干性维持[34]、放疗[35-36]抵抗和化疗[37-38]耐药性的产生。抑制胶质瘤中MET或其配体HGF的表达能够增强胶质瘤细胞凋亡，阻抑肿瘤细胞的增殖、运动和迁移能力及血管生成强度，遏制胶质瘤的恶性进展[39-41]。MET通路还充当着胶质瘤中其他重要突变及关键信号通路介导肿瘤恶性进展的中间作用路径。如EGFR扩增或突变引起的EGFR信号通路的过度激活，就可引发MET通路的异常[42]。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在胶质瘤中则能通过抑制MET通路的活性而阻碍胶质瘤细胞的迁移和对周边正常脑组织的侵润[43]。

脑胶质瘤中引发MET通路异常的形式一般有MET基因扩增、基因外显子缺失突变和基因融合。胶质母细胞瘤中MET基因扩增的发生率约为4% ～ 5%[44-46]。据报道，约6%的高级别胶质瘤中存在MET第7外显子和第8外显子的缺失突变[47]。Frampton 等[48]报道了脑胶质瘤患者中MET第14号外显子的缺失突变，该突变是最早在肺癌中发现的一种MET突变。国际癌症基因组联 盟（International Cancer Genome Consortium，ICGC）通过其儿童脑瘤研究计划在儿童胶质母细胞瘤中发现了MET与其他基因的融合突变：TFGMET和CLIP2-MET[49]。

中国脑胶质瘤协作组（Chinese Glioma Cooperative Group，CGCG）通过对272例脑胶质瘤全转录组测序，发现了一个涉及MET的基因突变——与MET同在7号染色体上的PTPRZ1基因与MET的基因序列发生融合[50]。该突变有4种融合形式，即PTPRZ1基因的外显子1、2、3、8的序列分别与MET的外显子2序列发生读码框内融合，这些变体统一被命名为PTPRZ1-MET。这是国际上包括胶质瘤在内的各系统肿瘤中首次报道PTPRZ1-MET融合[50]。继CGCG的报道后，Stransky等[51]和Bender等[49]分别在各自的研究中验证了PTPRZ1-MET融合基因在脑胶质瘤中的存在，且融合位点也与CGCG的报道完全一致。PTPRZ1-MET会引起MET通路的过度激活并促进胶质瘤的恶性进展。在同样经过手术和术后放化疗的标准治疗的情况下，与未发生基因融合的患者相比，携带该融合基因的患者生存期显著更短。由此可见，PTPRZ1-MET融合基因阳性患者可能对放疗或化疗的反应更差。

通过对中国脑胶质瘤数据库、美国癌症基因组计划数据库及韩国三星医学研究中心胶质瘤样本的遗传学变异发生频率进行分析，发现PTPRZ1-MET融合基因特异性地发生于继发胶质母细胞瘤中，在原发胶质母细胞瘤中极为罕见。对配对样本的研究还发现了以下情形：同一患者处于低级别胶质瘤时期肿瘤组织中没有PTPRZ1-MET融合基因，而进展到继发胶质母细胞瘤后肿瘤组织中出现了该融合基因，并且伴随着MET通路和其下游通路（STAT3通路）的激活，以及更强烈的细胞增殖和血管生成。通过以上临床发现，再结合动物成瘤模型实验可判断PTPRZ1-MET融合基因是驱动低级别胶质瘤级别进展的重要遗传学突变[52]。

融合基因PTPRZ1-MET通常和MET第14号外显子的缺失突变（METex14）同时发生在继发胶质母细胞瘤中，这2种MET基因变异的发生率约为14%[52]。

1.4 血管内皮生长因子受体与胶质瘤中的血管异常增生

VEGF是一种具有重要促血管生成活性的生长因子，对内皮细胞具有促有丝分裂和抗凋亡作用，能够增加组织的血管通透性，促进细胞迁移等，因而在调节正常和病理血管生成过程中起到重要作用。VEGF在人类中的受体（VEGFR）主要有3种，其中VEGFR-1和VEGFR-2主要在血管内皮细胞上表达，而VEGFR-3主要在淋巴内皮细胞中表达，与其配体VEGF-C和VEGF-D一起调控淋巴管的稳态平衡，促进淋巴管生成，甚至调控肿瘤细胞的淋巴转移。VEGFR-2的促血管生成活性最强，酪氨酸激酶活性高于VEGFR-1。VEGF和VEGFR不仅在内皮细胞上表达，也在非内皮细胞上表达[53-54]。

VEGF能影响胶质瘤中的内皮细胞增殖、迁移及血管内皮细胞的有丝分裂，从而促进血管生成。胶质瘤中血管异常丰富。胶质母细胞瘤的肿瘤细胞和血管内皮细胞常伴随VEGF-A及其受体VEGFR2的高表达，以自分泌和旁分泌的方式调控血管增殖[55]。VEGFR通路的激活能够增强胶质瘤中肿瘤细胞的迁移侵润[43,56-57]，促进胶质瘤细胞增殖[57]，改变胶质瘤中的血管通透性[56]并影响胶质瘤干细胞的干细胞特性维持[58]。

2 脑胶质瘤精准治疗的临床实践

2.1 靶向异柠檬酸脱氢酶突变的精准治疗临床试验

尽管IDH突变是目前胶质瘤分子分型中最被广泛认可的分子标志物，但以IDH突变为靶点的精准治疗却均未取得积极的治疗效果。

1类新药AG-120（ivosidenib）为口服的IDH1突变体可逆性抑制剂。2017年报道的一项AG-120治疗复发及恶性进展的IDH1突变胶质瘤的Ⅰ期临床试验包含了66例经过治疗后复发或进展的高、低级别胶质瘤患者。试验结果显示AG-120的安全性较好，患者未出现显著不良反应，且该药物能够延长疾病保持稳定（stable disease，SD）状态的时间[59-60]。AG-881（vorasidenib）是一种具有较好的透过血脑屏障能力的IDH1/2突变体抑制剂。2018年报道的一项胶质瘤Ⅰ期临床试验结果显示在52例服用AG-881的有IDH1/2突变的各级别胶质瘤患者中，36例达到SD[61]。DS-1001b是IDH1突变体抑制剂，在一项纳入45例IDH1突变胶质瘤患者的Ⅰ期临床试验中，发现服用该抑制剂的患者有42.2%出现了三级不良反应，在29例影像学上对比增强的患者中，有1例达到完全缓解[62]。

IDH突变对脑胶质瘤患者生存预后的指示效果和作为分子分型的依据具有极高的鲁棒性，而靶向IDH突变的抑制剂治疗胶质瘤的临床试验效果不理想，这种鲜明的反差提示目前研究人员对IDH突变的作用机制及其在脑胶质瘤起源和进展过程中的作用时机尚缺乏充分的研究和认知。Waitkus 等[63]总结抑制IDH突变的临床试验的失败因素时指出，临床前胶质瘤模型中的证据表明，即使IDH突变活性被抑制，且D-2-羟戊二酸（D-2-hydroxyglutarate，D-2HG）已恢复到基础水平，D-2HG引起的表观遗传变化仍可能持续。因此针对其下游的薄弱环节进行抑制，而不是直接抑制IDH突变体本身可能是一种更优的治疗策略。

2.2 靶向表皮生长因子受体的精准治疗临床试验

鉴于EGFR基因扩增和EGFR vⅢ突变在胶质瘤中存在的广泛性，医学界很早就启动了用EGFR抑制剂治疗胶质瘤的探索。然而，与标准放化疗相比，这些抑制EGFR的治疗方式并没有显著延长患者的生存时间。究其原因，可能是这些小分子抑制剂或EGFR的单抗激活了EGFR以外的其他旁路激酶信号的活性，或者没有能够完全控制住EGFR下游信号通路的活性。还有一些研究认为，EGFR的突变体，例如EGFR vⅢ可能对EGFR的抑制剂或抗体存在部分抵抗效果[64]。

在针对原发胶质瘤的靶向EGFR的Ⅱ期临床试验中，埃罗替尼（erlotinib）和吉非替尼（gefitinib）对EGFR过表达或非过表达的患者没有体现出疗效的差别[65-68]。在EGFR的单抗尼妥珠单抗（nimotuzumab）治疗原发胶质瘤的Ⅲ期临床试验中，入组的EGFR扩增患者使用该单抗比不使用该单抗的患者表现出略长的无进展生存期（progression-free survival，PFS），但差异不显著（P= 0.88）[69]。

在埃罗替尼和吉非替尼治疗复发胶质瘤的Ⅱ期临床试验中，EGFR扩增与否也没有体现出对治疗反应的差异[70-73]。在西妥昔单抗（cetuximab）治疗复发脑胶质瘤的临床试验中，EGFR扩增的患者表现出PFS的微弱延长，但总生存期（overall survival，OS）并无优势[74]。

2.3 靶向MET的精准治疗临床试验

酪氨酸激酶受体MET的配体是肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）。一些胶质瘤临床试验试图通过抑制HGF阻抑MET通路的激酶活性。HGF抗体AMG102（rilotumumab）在临床前试验中表现出一定的肿瘤抑制效果，但2种给药方式——单独给药和与贝伐单抗（bevacizumab）联合使用在临床试验中均表现不佳。不但没有体现出显著的抑制肿瘤生长的效果，而且可能具有较大的毒性[75-76]。MET的人源化单抗onartuzumab也在临床前研究中表现出抑制肿瘤的效果。但在针对复发胶质母细胞瘤患者的临床试验中，onartuzumab与贝伐单抗联用的抑癌效果并未优于安慰剂组[77-78]。

多靶点小分子抑制剂克唑替尼（crizotinib）能够同时抑制MET、间变性淋巴瘤激酶（anaplastic lymphoma kinase，ALK）及C-Ros受体酪氨酸激酶（C-Ros receptor tyrosine kinase，ROS1），已通过美国食品与药品监督管理局认证用于ALK突变肿瘤的治疗。目前使用crizotinib作为辅助疗法治疗成人胶质母细胞瘤的临床试验（NCT02270034）正在开展。卡博替尼（cabozantinib）能够同时抑制MET和VEGFR2的激酶活性，但在其治疗未经抗血管生成治疗的胶质母细胞瘤患者的临床试验（NCT00704288）中，虽对肿瘤进展有一定的遏制作用，但未达到预设目标[79]。

Hu等[52]发起了新型MET单靶点抑制剂伯瑞替尼（PLB-1001）治疗PTPRZ1-MET融合基因阳性高级别胶质瘤的临床试验。伯瑞替尼是一种能够高特异性地抑制MET通路的单靶点小分子抑制剂。Lance是一种时间分辨荧光共振能量转 移（time-resolved fluorescence resonance energy transfer，TR-FRET）技术，可以用来监测磷酸二酯酶（phosphodiesterases，PDEs）的活性情况，从而反映被测化合物对信号转导的抑制作用[80]。在涉及100种激酶的Lance检测中，伯瑞替尼显示出对MET激酶活性的高特异性抑制。临床前试验结果表明，伯瑞替尼能显著抑制表达PTPRZ1-MET或METex14引起的人星形胶质细胞（human astrocytes，HA）中MET通路及下游STAT3通路的异常激活，其抑制效果与已上市的MET/ALK/ROS1多靶点抑制剂克唑替尼类似。但伯瑞替尼作为能够特异性抑制MET通路的单靶点抑制剂在药物安全性方面较双/多靶点药物更具优势。药物通透性及作为P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）底物外排效率研究中，伯瑞替尼相较其他3种MET抑制剂（克唑替尼、卡博替尼和foretinib）具有更高的细胞透过性和更低的外排率，这一结果表明伯瑞替尼具有良好的血脑屏障通透性。作为预期用来治疗颅内肿瘤的药物，伯瑞替尼的这一特性能够较好地适用于临床。

伯瑞替尼作为PTPRZ1-MET阳性高级别胶质瘤患者[含继发胶质母细胞瘤和世界卫生组织（World Health Organization，WHO）Ⅲ级胶质瘤]烷化剂化疗耐药后的二线药物的Ⅰ期临床试验已经完成，Ⅱ期临床试验正在进行中。Ⅰ期试验中该药物表现出较好的安全性且已有部分患者获益：入组的18例患者中有2例患者达到部分缓解（partial response，PR）。为了分析胶质瘤对伯瑞替尼的治疗反应，对Ⅰ期临床试验中表现为PR但最终复发的患者，通过比较伯瑞替尼治疗前手术切除的肿瘤组织和最终复发后的肿瘤组织的全基因组和全转录组测序数据建立了“肿瘤耐药进化树”，发现PI3K/Akt/mTOR通路的活性在伯瑞替尼治疗后期增加，这可能是导致肿瘤最终对伯瑞替尼靶向治疗耐药和复发的重要原因。

2.4 靶向血管内皮生长因子受体的临床试验

由于能延长胶质瘤患者的PFS且能看到影像学上的显著药物反应，VEGFR单抗贝伐单抗曾经被认为是最有潜力的胶质瘤靶向药物。但后续的研究逐渐发现这种影像学上的反应可能是水肿消除导致的伪影而不是肿瘤体积的萎缩。而且贝伐单抗对患者的总体生存并没有显著的助益[81-82]。Vatalanib（PTK787）能够抑制VEGFR2，血小板来源生长因子（platelet-derived growth factor receptor，PDGFR）和受体酪氨酸激酶kit（tyrosine-protein kinase kit，c-kit）的激酶活性。在一项研究vatalanib结合放化疗治疗原发胶质母细胞瘤的Ⅰ期临床试验中，15例患者中有2例患者达到PR，10例达到SD[83]。索拉非尼（sorafenib）是另一种能够抑制VEGFR在内的多个靶点的小分子抑制剂。该小分子与mTOR通路抑制剂替西罗莫司（temsirolimus）联合使用的Ⅰ/Ⅱ期临床试验结果显示，该疗法无法使胶质母细胞瘤患者获益[84]。Tivozanib是一种小分子血管生成抑制剂，靶向于VEGFR家族的多个成员。其对胶质母细胞瘤有良好的抗血管生成作用，但其不具有控制肿瘤生长的效果[85]。试图通过抑制血管生成达到控制胶质瘤恶性进展的靶向VEGFR的小分子化合物pazopanib[86]及 cediranib[87]等的临床试验也均以失败告终。

3 结语与展望

我国每年新发恶性肿瘤400余万例，传统手术和放化疗能给患者带来的获益已近瓶颈。随着肿瘤病理诊断水平逐渐提升并细化到分子分型阶段，精准医学的研究和精准诊疗的推广将使中国肿瘤患者获益。近年来，我国对精准医疗研究领域保持高度重视，并给予了高强度的投入和支持，部署了一系列精准医学重点研究专项，也在该领域取得了一些令世界瞩目的成果。

与其他系统肿瘤相比，胶质瘤领域的靶向治疗新方法发展缓慢。目前，尚无应用于胶质瘤领域的靶向新药上市。其他系统肿瘤中已经上市应用的药物在胶质瘤适应证的临床试验也纷纷折戟。尽管如此，精准治疗仍是突破胶质瘤标准治疗效果瓶颈的为数不多的出路之一。这也正是胶质瘤靶向治疗临床试验仍前赴后继进行的原因。但在未来胶质瘤精准治疗新方法的研发过程中，需要注意克服与胶质瘤难治性相关的一些特性。例如作为颅内肿瘤，需要考虑药物透过血脑屏障的问题。作为一种具有高度瘤内异质性的肿瘤，单一靶点的药物极易产生耐药性，因此可能需要考虑不同靶点的靶向药物之间的组合用药，或者靶向药物与标准放化疗的联合用药。