儿童弥漫性胶质瘤病理诊断进展1——弥漫性中线胶质瘤，H3K27变异型

缩写

WHO:World Health Organization,世界卫生组织

CNS:central nervous system ,中枢神经系统

DMG：, 弥漫性中线胶质瘤

H3K27me3：trimethylated histone H3 at lysine 27，组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化（

H3:Histone3, 组蛋白3

PRC2：Polycomb repressive complexes2 ,多梳蛋白抑制复合物2

EZH2：enhancer of zeste homolog 2 ,组蛋白赖氨酸甲基转移酶；也称zeste 基因增强子人类同源物2

HMT：histone methyltransferase, 组蛋白甲基化转移酶

EZHIP:EZH抑制性蛋白

CXorf67:Chromosome X open reading frame 67 ,染色体X开放阅读框架67

PFA：posterior fossa group A,后颅窝A(幕下A)型室管膜瘤

PARP：poly ADP-ribose polymerase，DNA修复酶

EGFR：epidermal growth factor receptor，简称为EGFR、ErbB-1或HER1,是表皮生长因子受体（HER）家族成员之一

TK：tyrosine kinase， 酪氨酸激酶

前言

图1

2021年第五版WHO CNS肿瘤分类将中枢神经系统肿瘤分为12类，与2016年第四版修订版的对应关系参见图1 。2016年第四版修订版中的第1、2、3、4、6大类都归为胶质瘤、胶质神经元肿瘤和神经元肿瘤。新版分类将其又分为5类27型（具体见图2）。今天给大家介绍儿童弥漫性高级别胶质瘤中的弥漫性中线胶质瘤（DMG Diffuse midline gliomas），H3K27变异型。

。

图2

第5版分类重新定义了DMG。目前DMG包含3个亚型：共同特点是H3 p.K28me3 (H3K27me3)的缺失

（1）DMG-H3K27M突变型：H3.3K27突变（最多见）；H3.1/3.2K27突变；

（2）DMG-EZHIP(EZH抑制性蛋白)过表达型，H3野生；

（3）DMG-EGFR突变型，H3野生。

名词和概念

图3，来自百度图片

H3K27me3

组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化（trimethylated histone H3 at lysine 27，H3K27me3）（见图3红色箭头处）是最常见的组蛋白甲基化修饰之一，由多梳抑制复合物2（PRC2）产生，而多梳抑制复合物2组成部分改变，如zeste基因增强子人类同源物2功能改变或过表达会表现出H3K27me3表达失衡，使细胞增殖分化失控，导致肿瘤发生。

组蛋白

组蛋白是存在于染色体内的与DNA结合的碱性蛋白质, 通常含有H1，H2A，H2B，H3，H4等5种成分, 除H1外，其他4种组蛋白都分别以二聚体(共八聚体）相结合，形成核小体核心。DNA缠绕在核小体的核心上（见图3）。H1则与核小体间的DNA结合。

组蛋白3

人组蛋白H3主要有5种变体，分别为H3.1、H3.2、H3.3、着丝粒蛋白-A（centromere protein A，CENP-A）和睾丸特异性组蛋白H3t等。

人组蛋白H3.3 变体包含H3F3A 和H3F3B 两个编码基因，分别定位于1q42.12和17q25.1，虽然两个基因转录的mRNA序列不同，但翻译后成熟蛋白质序列完全一致，并且与H3.1和H3.2在序列上也仅有5个和4个氨基酸残基差异（3种变体均由135个氨基酸残基组成）。H3F3A和H3F3B组成性表达于细胞周期任何阶段，在活性基因启动子区、增强子区和内部调节区等取代H3.1/H3.2，通过表观调节影响基因的表达，主要参与细胞增殖、分化、减数分裂等多个生物学过程。此外，H3.3还可富含在异染色质重复区如端粒和着丝粒等，可能对基因组稳定性发挥重要影响。

组蛋白修饰

组织蛋白修饰在很多不同的生物过程发挥作用，包括基因表观调控、DNA修复、有丝分裂及减数分裂。组蛋白修饰包括：Me即甲基化、P即磷酸化、Ac即乙酰化及Ub即泛素化。

举例说明组织蛋白修饰的命名：H3K27me3

H3:先以组蛋白名称开始，如H3（组蛋白3）

K:单一字母的氨基酸简称，如K代表赖氨酸

27:氨基酸在蛋白质的位置

me3:修饰的种类，Me即甲基化。

H3K27me3（右图红色箭头），表明H3组蛋白第27位的赖氨酸发生了三甲基化。这是对组蛋白的翻译后修饰，而不是指DNA突变。

H3组蛋白发生了3甲基化后，会促进染色质的压缩，抑制基因转录，细胞不能分裂增殖。

多梳蛋白抑制复合物2（ PRC2）

组蛋白赖氨酸甲基转移酶（EZH2）

EZH2作为 HMT（histone methyltransferase, 组蛋白甲基化转移酶） 重要成员，与胚胎外层发育蛋白（embryonic ectoderm development，EED）、ZESTE12同源物 1 抑制因子 2 蛋 白（suppressor of zeste 12，SUZ12）、人 AE 结合蛋白 2（AE binding protein 2，AEBP2）和视网膜母细胞瘤相关蛋白 46/48（retinoblastoma associated protein 46/48，RbAp46/48）构成了起始复合物——多梳蛋白复合体 2（PRC2）的催化亚单位（图4），主要催化组蛋白 H3 上 27 位点 赖 氨 酸（lysine 27 in histone H3，H3K27）的甲基化，从而促进染色质致密化，抑制靶基因的转录。

图4.来自百度图片

DMG亚型

（1）DMG-H3K27M突变型：H3.3K27突变（最多见）；H3.1/3.2K27突变

编码组蛋白H3的基因出现杂合突变，导致第27位赖氨酸（K）被蛋氨酸（M）［H3 p.K28M（K27M）］/异亮氨酸（I）［H3 p.K28I（K27I）］所取代。K27M组蛋白H3的突变会导致H3K27me3 甲基化修饰显著降低，染色体压缩不稳定，从而促进细胞分裂增殖。

在人类细胞中，组蛋白H3包含标准组蛋白H3（H3.1/3.2）和它的变体H3.3，H3主要有2个编码基因，分别为H3F3A和H3F3B，H3K27M突变主要发生在H3F3A。H3K27突变也可发生于H3.1（编码基因HIST1H3B/C），主要发生在HIST1H3B。其中H3F3A突变率约为HIST1H3B/C的3倍，且预后更差。

你可能奇怪，为什么有27和28，因为传统的蛋白质编号系统里组蛋白的氨基酸位置通常是在缺乏起始蛋氨酸的蛋白质序列的背景下描述的，因为省略了第一个氨基酸，使得组蛋白序列改变的描述与HGVS （人类基因组变异学会，Human Genome Variation Society）的编号不同。两个命名方法的共存可能会导致病理学家、肿瘤学家和研究人员的混淆，为了解决这个问题，WHO CNS 5在蛋白质水平变异描述后的括号中使用了传统的蛋白质编号系统，例如H3-3A：c.103G＞A p .Gly35Arg（G34R） ，或H3-3A:c.83A＞T p.Lys28Met（K27M）。

常见分子特征：在DMG-H3K27M突变型中，TP53突变、ACVR1突变、PPM1D突变和PDGFRA扩增等分子变异是H3K27突变型常见分子遗传学特征。

罕见分子特征：IDH、H3.3 p.G35R（G34R）/H3.3 p.G35V（G34V）、TERT启动子突变及CDKN2A和/或CDKN2B缺失和MGMT启动子甲基化较为罕见。

辅助诊断：

H3 p.K28M（K27M）：H3K27M核呈阳性，H3K27me3核阴性

H3 p.K28I（K27I）：H3K27M核呈阴性，H3K27me3核阴性

2.DMG-EZHIP(EZH抑制性蛋白)过表达型，H3野生

图5

这是一个缺乏H3K27M突变的新亚型，该亚型存在H3K27me3缺失和EZH抑制性蛋白过表达，可通过免疫组织化学进行诊断。组蛋白赖氨酸甲基转移酶（EZH2）可通过对组蛋白3上第 27 位的赖氨酸进行甲基化（H3K27me3）来抑制基因转录从而达到抑制肿瘤细胞生长的作用。EZH抑制性蛋白又称CXorf67（chromosome X open reading frame 67，染色体X开放阅读框架67）。

图5为CXorf67介导的H3K27低甲基化的模型。当CXorf67不存在时，EZH2的甲基转移酶活性正常，介导H3K27的三甲基化，导致DNA紧密地缠绕，严格控制基因的转录和表达。如果CXorf67过表达，其C末端区域的小且高度保守的肽序列模拟K27M突变的组蛋白的序列，与EZH2螯合，消除其甲基转移酶活性，使H3K27me3水平降低，促进转录和细胞增殖。CXorf67的高表达是一种致癌机制，基于其功能，将CXorf67更名为“EZH抑制蛋白”（EZHIP）。

后颅窝A（PFA，posterior fossa group A，幕下A型）室管膜瘤的发生也存在相同的机制。

另外，CXorf67高表达的肿瘤细胞对PARP(poly ADP-ribose polymerase，DNA修复酶)抑制剂具有更高的敏感性，可以增强PARP抑制剂对肿瘤的杀伤作用，尤其是在与放射性治疗联合使用时更为显著。（PARP负责DNA单链损伤修复，同源重组修复参与DNA双链损伤修复。两种修复机制中的一种发生修复过程障碍时，另一种机制可以代偿修复。如果细胞的这两种DNA损伤修复能力都发生“故障”，则可能促进细胞凋亡。携带同源重组修复缺陷的肿瘤患者，使用PARP抑制剂，可以使两种DNA损伤修复途径均出现“故障”，进而促进肿瘤细胞凋亡，发挥更强的抗肿瘤作用，即所谓“合成致死”作用机制。）

辅助诊断：H3K27M核呈阴性，H3K27me3核阴性

3.DMG-EGFR突变型，H3野生

图6

图7

临床特点：常累及双侧丘脑，一般见于10岁以下患儿。

影像学：磁共振T2和FLAIR高信号，不增强，或轻度增强（图6）。

病理：所有肿瘤均为弥漫性浸润星形细胞肿瘤，个别肿瘤有坏死灶

分子特征：人EGFR蛋白细胞内酪氨酸激酶（TK）结构域内20号外显子频发插入突变（右边一连串黑箭头）和细胞外配体结合结构域内p.A289T/V错义突变（左边两个黑箭头）（图7）。

分子遗传学特征：GFAP常呈阳性，但可能缺乏Olig2和SOX10的表达。该亚型具有独特的全基因组DNA甲基化谱特征。

治疗：小分子酪氨酸激酶抑制（如奥西替尼和阿法替尼）可能延长DMG-EGFR突变型儿童脑胶质瘤的生存期。

辅助诊断：H3K27M核呈阴性，H3K27me3核阴性

小结

图8

图9

弥漫性中线胶质瘤，H3K27变异型分为三个亚型（图8），

第一个亚型是H3K27突变型，其中H3.3K27突变最多见，也是以前2016年版本里面的经典类型，还有一个是H3.1和H3.2K27突变的类型。

另外两个亚型，都是H3野生型的，分别是EZHIP过表达型和EGFR突变型。

这四个类型在这个DNA甲基化谱里面都是比较靠近的，通过DNA甲基化的方法也可以把H3K27没有突变的类型甄别出来（图9）。

组织学：通常表达Olig2、MAP2和S-100蛋白，胶质纤维酸性蛋白（GFAP）表达多变。

发生部位：常见于脑干、脑桥、丘脑、脊髓，也可发生于松果体区、下丘脑和小脑。

人群：20岁以下，无性别差异。

预后：常难以进行手术切除，普遍预后较差，2年生存率＜10%。

图10：上层：一名21岁男性患者（病例＃6），左侧丘脑有肿块，延伸至中脑和左侧小脑脚。下层：一名12岁男孩（病例＃21），右侧丘脑有肿块且右半球弥漫性浸润，对侧半球也有T2变化。

鉴别诊断

脑干区肿瘤：

低级别：毛细胞型星形细胞瘤、神经节胶质瘤和MYB-或MYBL1改变的弥漫性星形细胞瘤

高级别：弥漫性儿童型高级别胶质瘤MYCN亚型、非典型畸胎/横纹肌样肿瘤和伴有多层玫瑰花结的胚胎肿瘤）

其它中线部位:毛细胞型星形细胞瘤、室管膜下瘤、神经节胶质瘤、也报道了相同的H3 p.K28（K27）突变

后颅窝A组室管膜瘤：H3K27me3的丢失或EZH抑制性蛋白过表达较为常见

因发生于脑干区的肿瘤存在广泛异质性，从低级别的原发性中枢神经系统肿瘤（如毛细胞型星形细胞瘤、神经节胶质瘤和MYB-或MYBL1改变的弥漫性星形细胞瘤）到高级别肿瘤（弥漫性儿童型高级别胶质瘤MYCN亚型、非典型畸胎/横纹肌样肿瘤和伴有多层玫瑰花结的胚胎肿瘤）均可发生，需要进行鉴别诊断。位于中线的局限性胶质细胞或胶质神经元肿瘤，包括毛细胞型星形细胞瘤、室管膜下瘤和神经节胶质瘤，也报道了相同的H3 p.K28（K27）突变，这些局限性胶质瘤虽然H3 p.K28M（K27M）突变可能预示预后不良，但依旧不应诊断为H3K27变异的DMG。在后颅窝A组室管膜瘤中，H3K27me3的丢失或EZH抑制性蛋白过表达较为常见。

参考资料：

1.中华病理学杂志, 2023, 52(2): 112-116. DOI: 10. 3760/cma. j. cn112151-20221009-00842.

2.Neuro Oncol. 2019 Jul 11;21(7):878-889. doi: 10.1093/neuonc/noz058. PMID: 30923826.

3.Acta Neuropathol. 2020 Jun;139(6):1071-1088.

4.Neuro-Oncology 23(1), 34–43, 2021.