2021年度我国脑胶质瘤领域研究进展

陈雯琳，王雅宁，邢 浩，梁庭毓，石易鑫，王 海，杨蕙钰，刘千舒，李俊霖，郭晓鹏，王 裕，马文斌

中国医学科学院北京协和医院神经外科，北京 100730

脑胶质瘤的年发病率为(3～6.4)/10万，约占所有中枢神经系统肿瘤的23.3%，约占恶性肿瘤的78.3%；其中世界卫生组织(World Health Organiza-tion，WHO)4级胶质母细胞瘤(glioblastoma，GBM)的年发病率最高，约为4.03/10 万，占原发性恶性脑肿瘤的48.6%[1]。胶质瘤恶性程度高，综合治疗预后仍较差，最新研究显示GBM已超过胰腺癌和肝癌成为第一难治肿瘤[2]。2002年之前，GBM患者确诊后的中位总生存期(median overall survival，mOS)不足1年，5年生存率低于3%；随着STUPP方案的应用，GBM患者的mOS提升至16个月，中位无进展生存期(median progression-free survival，mPFS)为6.9个月[3]；自2016年起，应用STUPP方案联合肿瘤治疗电场(tumor treating field，TTF)，患者的mOS可延长至20.9个月[4]。

随着研究的不断深化，基于病理分型的深入探讨、成像技术的不断进步、人工智能技术的调试优化、纳米药物递送等新技术的多方向应用取得重大突破，脑胶质瘤学科领域也迎来了长足的发展和进步。本文阐述2021年度我国脑胶质瘤领域在肿瘤发生机制、分子病理分型、临床综合诊疗和新技术临床转化等方面取得的重要成就，并展望未来学科发展方向。

1 新版WHO分类指南的发布推动临床诊疗

2021年2月，《WHO中枢神经系统肿瘤分类指南》第五版正式发布。新版指南肯定了组织学和免疫组化对脑胶质瘤诊断的意义，强调并推动了分子病理特征在肿瘤分类中的作用，进一步规范了中枢神经系统肿瘤的命名和分级，并强调了综合诊断和分层报告的重要性[5]。

相关研究方面，吴浩强教授团队基于新版WHO分类指南探索了4级星形细胞瘤的常见分子事件，并发现了G-CIMP高度甲基化和MGMT启动子甲基化是患者OS的独立良好预后因素，而TP53基因突变是独立不良预后因素[6]。吴劲松教授团队设计了由切片扫描仪和深度卷积神经网络组成的神经病理诊断平台，可有效独立地对胶质瘤的5个主要组织学亚型进行分类，患者级准确率为87.5%，成果发表于NeuroOncol[7]，该系统为胶质瘤的综合神经病理诊断工作提供了新的帮助。指南的更新在胶质瘤发病机制及临床诊疗方面均具有重要意义，其中肿瘤分类的更新可使临床医生更好地了解特定肿瘤患者的预后和最佳治疗方案，还可为推荐更多同质化患者群体纳入合适临床试验提供依据，并进一步促进对新型疗法的评估及临床应用，为目前的临床诊疗提供了新的机遇与挑战[8]。

2 国内外整合指南的发布推动诊疗标准化

《WHO中枢神经系统肿瘤分类指南》第五版发布后，美国临床肿瘤学会及美国神经肿瘤学会于2021年12月发布了首个《成人弥漫性胶质瘤诊疗指南》[9]，聚焦于成人弥漫性胶质瘤，总结既往治疗方案，并指出新分子分型下目前治疗方案的意义和局限性。指南制订专家组通过评估59项临床试验，针对成人弥漫性胶质瘤的术后治疗方案给出了16条推荐意见，对于推动指南的临床实践及胶质瘤诊疗标准化具有重要意义。

此外，由北京市神经外科研究所/首都医科大学附属北京天坛医院江涛教授牵头、联合国内外31家单位的69位专家共同制定的《成人弥漫性脑胶质瘤临床诊疗指南》[10]于2021年2月在CancerLett正式发表。该指南是继国内神经外科领域第一部英文版临床实践指南——《CGCG成人弥漫性脑胶质瘤临床诊疗指南》2016年正式发布后首次更新再版，对于推动我国脑胶质瘤学科发展及提升国际学术影响力具有重要意义。

3 多模态影像组学及新型影像探针辅助诊疗

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有优秀的软组织成像能力，是脑胶质瘤诊疗的常用技术，近年来研究者逐渐关注除T1、T2外的其他序列。程敬亮教授团队基于多种弥散成像的直方图分析，对胶质瘤分型最重要的两种分子标志——IDH突变和染色体1p/19q共缺失情况构建预测模型[11]。李志成教授团队则将胶质瘤预后相关影像特征与RNA测序结果进行比对分析，进一步探索胶质瘤影像组学机制[12]。

经典的显像剂面临使用及合成的局限性，为更好地了解胶质瘤的异质性，龚启勇教授团队应用超顺磁性氧化铁纳米粒子结合吲哚菁绿的方式作为术前MRI的增强剂和术中显像剂，并在术中借助近红外技术对胶质瘤显像辅助精准切除[13]。杨江教授团队则使用标记89Zr的新型近红外显像剂进行正电子发射体层成像(positron emission tomography，PET)/近红外光谱(near-infrared spectrum，NIR)多模态胶质瘤诊断，此种近红外显像剂具有更易合成且更加稳定的特点[14]。

除多种显像方法的整合外，诊疗一体化显像剂也成为近年研究的热点。带有硼元素的18F-FBY氨基酸PET显像剂既可提示胶质瘤中L型氨基酸转移载体的表达水平，也可作为硼中子捕获疗法的基础[15]。倪石磊教授团队将显像剂与药物结合，应用顺磁性纳米颗粒递送多柔比星-铂-没食子酸，从而在辅助MRI成像的基础上诱导胶质瘤细胞凋亡，并通过氧化还原失衡介导铁死亡[16]。

结合上述研究，新显像剂的研发和影像组学辅助手术治疗可能是胶质瘤影像学的未来研究方向。

4 胶质瘤发生机制及相关研究

抑癌基因及原癌基因通路失调是胶质瘤发生的重要驱动因素，涉及DNA非翻译区(untranslated regions，UTR)和非编码RNA。张弩教授团队首次发现PTEN基因5’UTR 来源的微肽MP31可与线粒体内乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LDH)竞争，打破氧化磷酸化循环，从而抑制胶质瘤在动物模型中的发生及进展，该研究进一步加深了对胶质瘤乳酸代谢分子机制的理解[17]。此外，张弩教授团队还发现环状RNA编码的SMO-193a.a.蛋白可介导胶质瘤Hedgehog信号通路的持续过度激活[18]。此两项研究均为胶质瘤靶向治疗提供了新靶点。

因临床上难以发现早期病变并获取早期样本，GBM发育的生物学机制一直是该研究领域面临的挑战。汪源教授团队通过在小鼠脑部移植TP53/NF1/PTEN基因突变的人神经干细胞(human neural stem cells，hNSCs)成功构建了高级别胶质瘤模型，并进行了多组学时间序列分析，研究发现移植后2个月是hNSCs癌变的关键时间点，且肿瘤进程中持续存在、保持增殖的一群神经干细胞样细胞经历数次命运转变，分时、依序衍生了神经元样和胶质细胞样细胞；此外，早期短程靶向成瘤过程中持续上调的活化蛋白-1(activator protein-1，AP-1)可有效抑制胶质瘤发生，显著延长小鼠生存期[19]。该研究提示，对于GBM发生前期的细胞存在诊疗机会，而这一潜在的早期诊疗时间窗可能是目前GBM临床治疗方案突破的可能方向。

5 手术方案改善及新型指示剂的应用

胶质瘤手术治疗的原则是最大范围安全切除肿瘤，进一步精细化胶质瘤外科手术治疗是神经外科医生关注的重中之重。中国医师协会脑胶质瘤专业委员会、中国抗癌协会脑胶质瘤专业委员会及中国脑胶质瘤协作组共同制定了《成人丘脑胶质瘤手术治疗中国专家共识》[20]。同时，基于手术患者队列建立了成人新诊断丘脑胶质瘤的临床预测模型，并完成了在线预后评估工具的建立及应用[21]。

胶质瘤的切除边界是神经外科医生面临的最大难题。随着对胶质瘤分子病理认识的加深，研究人员发现在特定的分子亚型中广泛切除肿瘤并不能改善患者预后。江涛教授团队基于CGGA数据库进行的回顾性研究显示，年龄>45岁、术前KPS>80分及IDH突变的星形细胞瘤患者可从肿瘤全切中获益，但IDH野生型和少突胶质细胞瘤患者未从肿瘤全切中得到生存获益。这一结论可能改变胶质瘤的手术理念：从“最大范围的安全切除”至“有效的安全切除”[22]。此外，华山医院团队牵头联合美国加州大学旧金山分校、法国居伊·德·肖利亚克医院开展了一项国际多中心研究，对接受唤醒麻醉手术的患者进行术中直接电刺激，观察并记录患者言语终止现象和命名障碍现象时的刺激位点，通过整合上述位点数据绘制了全球最大样本量的术中电刺激语言皮质功能图谱，确定了人类最小共同语言皮层[23]。这一研究成果对于进一步理解语言的组织和产生意义重大，同时为临床神经外科手术提供了语言定位和保护图谱。

除影像学技术指导外，目前对术中荧光剂应用的重视程度也逐渐提高。5-氨基酮戊酸作为术中荧光成像剂相继在欧洲和美国获批，但其在低级别胶质瘤的显像方面作用有限。因此，开发高选择性、低毒性、给药方式简单的荧光探针成为未来可行的研究方向，可通过靶向肿瘤特异性配体提高选择性，其中表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)成为最有潜力的靶点[24]。

6 替莫唑胺耐药机制的探索及治疗研究

替莫唑胺(temozolomide，TMZ)作为高级别胶质瘤唯一的一线化疗药物，其治疗意义不言而喻。然而，多达95%的GBM患者接受其治疗后可出现复发或耐药。尽管针对TMZ耐药机制及解决方法的研究层出不穷，但这一问题始终未得到解决。2021年，我国医学科学家在该领域进行了诸多探索，取得了令人瞩目的成果。

肿瘤干细胞是造成肿瘤异质性的重要因素，其存在也使肿瘤更易出现化疗耐药。在胶质瘤干细胞(glioma stem cells，GSCs)对TMZ耐药的影响方面，我国医学研究团队进行了深入探索。蒋晓帆教授团队深化了学界对GSCs形成的认识[25]，提出了GSCs可能通过产生包含程序性死亡[蛋白]配体-1(programmed death ligand-1，PD-L1)的外泌体影响TMZ耐药[26]。为更好地实现临床转化，马文斌教授团队提出了GSCs与TMZ耐药之间的关系，并根据胶质瘤患者的细胞干性高低与TMZ耐药性，对患者预后进行了初步预测[27]。

2021年，肿瘤微环境中细胞成分引起耐药机制的研究也取得了发展，其中肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAMs)方向的研究提示，TAMs可能通过分泌白细胞介素(interleukin，IL)-11激活STAT3信号通路，从而影响TMZ耐药[28]。蒋传路教授团队进一步研究发现，TAMs向M2的极化可能通过影响补体系统促进DNA损伤修复，从而诱发TMZ耐药[29]。除TAMs相关研究外，卞修武院士团队发现血管周细胞丰富的GBM患者对TMZ的反应性更差、生存期更短，而敲除GSCs转分化来的血管周细胞后，TMZ治疗的敏感性增加，肿瘤体积显著缩小[30]。基于上述研究，调控肿瘤微环境中的细胞组成，有望成为GBM患者新的治疗方式。

此外，调节MGMT基因表达量的机制始终是TMZ耐药研究的重点，江涛教授团队与合作单位联合发表的最新研究显示，MGMT基因融合突变可能对MGMT基因表达量产生影响[31]。表观遗传修饰在TMZ耐药机制中的作用亦是研究热点之一，包括组蛋白修饰、RNA的m6A修饰与TMZ耐药的关系均有我国学者发声[32-33]。由于胶质瘤患者存在大量代谢相关改变，因此代谢相关因素被报道与TMZ治疗的敏感性相关。刘艳辉教授团队研究发现，影响线粒体外膜蛋白MTCH2的表达可能改变胶质瘤对TMZ的敏感性[34]，而上调GIGYF2的表达水平可抑制胶质瘤的迁移并提高TMZ的治疗效果[35]。

上述研究的关注点主要集中于耐药机制，虽然针对新发现的机制进行了治疗层面的探索，但目前仍停留于临床前阶段，且主要是针对新型抑制剂开展研究。目前大部分针对逆转TMZ耐药的策略研究亦停留于临床前阶段，且主要探索新型抑制剂。除新药筛选外，新型给药方式的研究在2021年同样取得了进展，主要是基于纳米粒子的基因编辑技术[36]，以及纳米粒子联合聚焦超声给药[37]和纳米粒子联合光动力疗法给药[38]，这些新型给药方式的探索为TMZ耐药的胶质瘤患者带来了希望。

7 新靶点探索、新药研发及靶向治疗研究

目前，胶质瘤的治疗方案为包括手术治疗、放疗、化疗、靶向治疗、免疫治疗等在内的综合治疗方式，但鲜有治疗方式可显著改善脑胶质瘤患者的预后。因此，探索新的治疗方案意义重大，而探究新的治疗靶点及新的靶向治疗药物已成为研究关注的焦点。

MET基因融合突变可激活MAPK信号通路，破坏细胞周期调控，进而诱导肿瘤进展。江涛教授带领的脑胶质瘤精准诊疗创新团队通过创建中国人群脑胶质瘤数据库，识别胶质瘤全新治疗靶点PTPRZ1-MET融合基因，研发了单靶点小分子化合物伯瑞替尼。伯瑞替尼在细胞实验及动物模型中可有效抑制肿瘤生长，研究团队进一步在患者层面探索了其在胶质瘤靶向治疗中的应用，研究成果以亮点文章发表于Cell[39]。同年发表于LancetOncol的研究发现，靶向BRAF的达拉非尼与靶向MEK的曲美替尼的联合靶向治疗，在携带BRAFV600E突变的难治性/复发性高级别胶质瘤以及低级别胶质瘤患者中均具有临床意义[40]。

抗血管靶向药物可抑制脑胶质瘤生长和血管源性脑水肿。牟永告教授团队通过回顾性研究指出，多靶点抗血管生成剂安罗替尼单独应用或与TMZ联合应用均对复发性高级别胶质瘤患者表现出令人鼓舞的疗效和良好的耐受性[41]。

随着脑胶质瘤分子病理分型的逐步推进，新靶点的探索、新型靶向药物的研发及临床试验已成为研究焦点，如抗血管生成靶向药物贝伐单抗、瑞戈非尼[42]及安罗替尼、作用于MET融合基因的伯瑞替尼及奥纳妥珠单抗、作用于BRAFV600E突变的达拉非尼和维莫非尼等。目前，李文斌教授团队正开展十余项针对胶质瘤新药的临床试验，研究药物包括绿原酸、和厚朴酚脂质体、TJ107、靶向PI3K/AKT通路的ACT001及靶向CD95配体的靶向单抗药物CAN008。上述药物在机制方面均已有较为完善的研究，且绿原酸已进入Ⅱ期临床试验，结果令人期待。

此外，我国多家单位的多位专家参与了国际多中心临床试验“全球脑胶质瘤适应证临床创新试验体系”(glioblastoma adaptive global innovative learning environment，GBM AGILE)。GBM AGILE项目通过多组贝叶斯适应性随机平台试验，在同一临床试验中检验多种治疗方法的有效性。相较于传统的单组新药有效性临床试验，该研究方法可更高效地进行有效性验证，并灵活调整试验组，增加分配至有效治疗组的病例数量。目前，试验组药物已纳入瑞戈非尼、Paxalisib及VAL-083，期待更多的潜力药物加入GBM AGILE项目。

在2021年研究的基础上，未来的研究方向还包括靶向治疗的给药方案及给药方式。研究提示，新辅助治疗可在一定程度上改善肿瘤微环境，增强治疗效果，进而改善患者预后。贝伐单抗等抗血管生成药物可改善肿瘤血液灌注，促进肿瘤血管正常化，故针对靶向药物的新辅助治疗等给药方案有望进一步加强药物治疗的输送并改善治疗效果。同时，利用纳米材料靶向药物递送，可提高靶向药物至颅内的递送效率，并最小化其不良反应，有望成为加强靶向药物治疗效果研究的新方向。

8 多模式新型免疫治疗研究

由于GBM高度抑制性的免疫微环境，目前的免疫治疗Ⅲ期临床试验均以失败告终[43]，2021年多项国际研究通过应用多模式新型免疫治疗提高其治疗效果。LancetOncol发表的研究显示，在高级别胶质瘤患者中应用抗肿瘤活性增强的溶瘤腺病毒，并应用神经干细胞作载体，患者具有良好的耐受性，mPFS为9.1个月，mOS为18.4个月，与历史数据相比患者取得生存获益[44]。嵌合抗原受体T(chimeric antigen receptor T,CAR-T)细胞治疗方面，NatMed公布的中期结果显示，改良的HER2特异性CAR-T治疗在中枢神经系统肿瘤患者中无剂量限制毒性，并表现出局部中枢神经系统免疫激活，包括脑脊液中检测到高浓度的趣化因子CXCL10和CCL2[45]。

靶向EGFRvⅢ突变的胶质瘤疫苗Ⅲ期临床试验结果并不理想，研究表明胶质瘤胞内段激酶区域突变极少而胞外段突变集中，从而导致胶质瘤对其不敏感。张弩教授团队首次发现，胶质瘤中高表达的环状RNA翻译产物C-E-Cad可特异性结合 EGFR CRⅡ区域并激活 EGFRvⅢ，且在动物模型中联合应用 C-E-Cad 抗体及酪氨酸激酶受体抑制剂可最大程度抑制胶质瘤中的EGFR 信号通路激活[46]。

此外，探索更多免疫靶点及多免疫靶点联合治疗也是提高免疫治疗效果的研究方向。目前，李文斌教授团队主持TJ107(新型长效重组人IL-7)在新诊断同步放化疗后淋巴细胞减少的GBM患者中的Ⅱ期多中心临床研究提示，人IL-7可在肿瘤治疗相关的外周血淋巴细胞水平降低中发挥作用。作为同时结合EGFRv Ⅲ、PD-L1、CD3、41BB靶点的特异性抗体，GNC-039在临床前研究中展现出了有效性。

9 胶质瘤免疫微环境形成机制及影响因素

胶质瘤抑制性肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)是胶质瘤恶性进展及治疗抵抗的重要原因。TME髓系细胞中的NHE1作为钠/氢离子交换泵驱动糖酵解，导致T细胞抗肿瘤能力减弱；而联合应用TMZ和NHE1抑制剂可促进TME髓系细胞氧化磷酸化，进而增强抗肿瘤免疫[47]。在TME形成机制方面，詹仁雅教授/黄红光教授团队研究发现，四肽膜蛋白EMP3在胶质瘤微环境中高TAMs和低T细胞浸润特征的塑造中贡献明显[48]。同时，江涛教授团队发现，MET基因可通过调控STAT4-PD-L1通路和TAMs浸润促进GBM抑制性免疫微环境的形成和免疫逃逸的发生[49]。在免疫抑制微环境调控方面，研究发现TME中Treg细胞的存在可能与抗PD-1治疗抵抗相关，GBM微环境中Treg细胞表面高表达GITR，故进一步利用GITR激活型抗体促进Treg细胞向Th1效应T细胞转化，可改善小鼠胶质瘤免疫治疗抵抗，显著延长其生存期[50]。

近年来，单独应用免疫检查点阻断(immune checkpoint blockade，ICB)的响应率仅为 10%～30%。卞修武院士/田甘教授团队将具有巨噬细胞极化能力的Toll样受体9(Toll-like receptor 9，TLR9)激动剂 CpG 通过金-硫键修饰在具有放射增敏作用的纳米金表面，获得TLR 9 纳米激动剂 CpG@Au[51]。这一方法可有效递送CpG并极化巨噬细胞，将具有免疫抑制作用的M2 TAMs“再教育”为具有免疫刺激作用的M1 TAMs，并通过巨噬细胞“再教育”介导的免疫调节提高联合治疗效果。

目前，寻找能够精准预测免疫治疗效果的标志物，更加科学、精准地开展免疫治疗及其联合治疗是未来数年脑胶质瘤免疫治疗研究领域的重点和热点，有依赖于临床研究与基础转化研究紧密结合。此外，进一步研究脑胶质瘤的内在免疫逃逸机制、探索更多免疫靶点也是提高免疫治疗效果的研究方向。

10 纳米药物递送系统应用于胶质瘤诊疗

纳米药物递送系统随着技术的发展不断更新。一方面，新的修饰方法不断出现，提高了靶向递送能力。宋仕永教授团队将胶质瘤细胞膜包覆药物并进行多肽修饰制成纳米悬浮液，在利用同源靶向的同时降低了药物的免疫原性，为纳米材料的开发提供了一种新的修饰策略[52]。肖海华教授团队利用TME的还原性发明的纳米颗粒，在靶向送药方面展现了巨大潜力[53]。另一方面，纳米技术与免疫学的结合为研发新的药物递送系统提供了思路。宋信文教授团队采用含二硫键接头的β-葡聚糖对TMZ进行修饰，将口服的TMZ借助巨噬细胞运载，从肠道定向运送至大脑，并实现靶向给药，减少药物在其他器官的累积[54]。而王亚洲教授团队则关注到了中性粒细胞的炎症趋化性和良好的血脑屏障穿越能力，进一步构建了中性粒细胞-外泌体靶向纳米载体，以运载化疗药物进入大脑并实现抗胶质瘤治疗[55]。姜新义教授团队发明了术中腔内注射的纳米水凝胶，通过诱导归巢免疫发挥免疫激活作用，减少了小鼠术后胶质瘤复发[56]。这些纳米药物递送系统为胶质瘤的精准治疗带来了可能性。

目前纳米药物递送系统仍处于临床前研究阶段，需进一步加强靶向与载药能力研发。王莺教授团队通过细胞外囊泡研制的药物呈递系统可显著提高多柔比星的载药能力[57]。同时，通过修饰也可使以往疗效有限的药物重新应用于胶质瘤的治疗。顾宁教授/杨芳教授团队的研究成果显示，修饰脂质体介导的一氧化氮药物递送系统具有一定的临床应用前景[58]。

纳米药物递送系统的精准性和靶向性将改善胶质瘤的治疗效果。虽然纳米药物递送系统在不断发展，但潜在的毒理学问题可能限制其临床应用。同时，在临床转化及应用方面，纳米药物递送系统的质量控制问题也值得进一步关注和研究。

11 小结

本文系统阐述了2021年度我国学者在脑胶质瘤领域的主要研究进展，具体包括胶质瘤分类及治疗指南更新、胶质瘤发生机制及相关研究、胶质瘤免疫微环境及代谢机制、肿瘤影像学及成像技术，以及手术、化疗、靶向治疗和免疫治疗的临床综合诊疗和新技术临床转化等方面取得的成果，并对未来可能的研究方向进行展望。回望2021年，我国医学和科研工作者在胶质瘤领域开展了大量研究工作，也在世界范围内发出了中国声音，相信未来这些研究成果将成为改善脑胶质瘤患者预后及生活质量的有力证据。

作者贡献：陈雯琳、王雅宁、邢浩、梁庭毓、石易鑫、王海、杨蕙钰、刘千舒、李俊霖负责文献资料收集和论文初稿撰写；陈雯琳、郭晓鹏负责论文修订及整理；王裕、马文斌负责论文构思、写作指导及修订。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突