1型神經纖維瘤病相關膠質瘤發病機制研究及治療進展

韓希峰，張明坤，劉廣存

1 山東大學齊魯醫學院，濟南250000；2 山東大學附屬山東省千佛山醫院(山東第一醫科大學第一附屬醫院)

1型神經纖維瘤病(NF1)是一種由NF1基因功能異常導致的常染色體顯性遺傳腫瘤易感綜合征，每2 500～3 500個新生兒中就有1個患病。NF1患者是體表神經纖維瘤、體內叢狀神經纖維瘤(PNFs)、惡性外周神經鞘瘤(MPNSTs)、NF1相關視路膠質瘤(NF1-OPG)等多種腫瘤性疾病的高發人群[1]，其中膠質瘤是NF1患者最常見的中樞神經系統腫瘤。因此，NF1相關膠質瘤經常合并其他中樞及周圍神經系統的腫瘤性疾病，患者的生命安全受到極大威脅。近年研究發現，NF1相關膠質瘤不僅僅與NF1基因突變相關，往往還合并有其他基因的突變，這些基因的突變共同對下游Raf-MEK-ERK和PI3K-Akt-mTOR等通路造成影響，其發病機制涉及復雜的基因、通路、代謝網絡，但具體機制尚不完全清楚[2]。另外，NF1相關膠質瘤的治療目前仍無特殊有效治療方案，主要以對癥治療及化學治療為主。本研究歸納了NF1相關膠質瘤的發病機制的研究以及診療方面的進展，為進一步闡明該病的發病機制提供系統研究資料，為該病的診療提供研究基礎。

1 NF1相關膠質瘤的流行病學特點、臨床表現

NF1與神經系統腫瘤密切相關。NF1患者中最常見的中樞神經系統腫瘤是膠質瘤，發病率達20%，常于兒童期發病，平均發病年齡為4.5歲。視神經、視交叉和下丘腦均為其常見的發病位置。與高級別膠質瘤相比，NF1患者罹患低級別膠質瘤的風險更高；與普通人群相比，其罹患高級別膠質瘤的風險增加了50倍[3]。

與散發低級別膠質瘤相比，NF1相關低級別膠質瘤的特征是腫瘤多發和靠近視路生長。毛細胞性星形細胞瘤(PA)是一類最常見的NF1相關低級別膠質瘤，常表現為視路膠質瘤(OPG)[4,5]。6歲及以下的NF1患兒患OPG的風險最大，女童風險略高于男童[6]。與散發性OPG相比，NF1相關的OPG常沒有明顯臨床癥狀，甚至有些可能會自行消退。有臨床癥狀的OPG臨床上大多只存在于8歲以下兒童中，表現為視力下降、視野缺損、色覺減退、視神經萎縮和眼球突出。大約40%的視交叉OPG患兒出現了性早熟，首發癥狀就是線性生長加速，即身高、體重等第二性征的快速增長。其他部位的NF1相關膠質瘤多見于稍大兒和青年人[7]。腦干是僅次于視路的第二常見的腫瘤發生位置[8]。腦干腫瘤約占所有除NF1-OPG外的其他NF1相關膠質瘤的一半，并與預后不良有關。盡管小腦是散發性PA最常見解剖部位，但并未發現與NF1有明確聯系[9]。NF1相關OPGs的平均發病年齡為4.5歲，NF1相關腦干膠質瘤則稍晚，平均發病年齡為7歲[10]。

成人NF1相關膠質瘤多數為高級別腫瘤，多發生于大腦半球[2]。臨床表現和預后均與發病部位密切相關，平均發病年齡為38.3歲，遠低于散發膠質母細胞瘤患者[3]。

2 NF1相關膠質瘤的發病機制

NF1是由位于染色體17q11.2的NF1基因發生變異引起的，這種變異可能是家族性的，也可能是散發的，二者大約各占一半。盡管NF1是一種外顯完全的常染色體顯性遺傳病，但患者的臨床表現存在著巨大差異，甚至同卵雙胞胎也表現大相徑庭。原因可能是NF1基因變異具有多樣性，特定的基因型有著其對應的特定表型[11]。

NF1基因編碼的神經纖維蛋白，是一種存在于細胞質中的蛋白，由2 818個氨基酸殘基構成，廣泛表達于中樞神經系統(CNS)的神經元、星形膠質細胞以及周圍神經系統(PNS)的施旺細胞中。神經纖維蛋白通過其GTP酶激活蛋白(GAP)的作用可以將有活性的Ras-GTP水解成無活性的Ras-GDP，從而使Ras下游通路活性下降，進而抑制腫瘤增殖。當NF1基因功能異常時，患者體內的神經纖維蛋白數量合成不足，有活性的GTP結合蛋白數量增加，導致RAS系統異常活化，并進一步通過Raf-MEK-ERK和PI3K-Akt-mTOR這兩條細胞內途徑影響下游活性[12]，進而促進細胞復制和腫瘤增殖。神經纖維蛋白還可以上調腺苷酸環化酶(AC)的活性，增加細胞內環磷酸腺苷(cAMP)的水平，進而抑制星形膠質細胞等細胞的生長。此外，Rodriguez等[13]的研究表明Ras-MEK通路在叢狀神經纖維瘤中起主要作用，而在NF1-OPG的發生中，則是由RAS-mTOR通路的異常活化占據主要地位，特別是mTOR2的異常表達。

2.1 NF1基因突變 最近D′Angelo發表了一項針對NF1相關膠質瘤患者的全基因組研究，研究共納入了23例高級別膠質瘤患者和32例低級別膠質瘤患者，研究者提取了腫瘤細胞和體細胞的DNA進行全外顯子測定， 檢查有無NF1、ATRX、CDKN2A、TP53、PIK3CA/B等基因的單核苷酸變異、片段插入、缺失以及拷貝數變異[2]。結果表明，不論膠質瘤分級的高低，患者的NF1基因的雜合性丟失均十分常見，兩組患者均有少部分存在NF1基因的框架移位。NF1的錯義突變出現在高級別膠質瘤患者，NF1整碼突變見于低級別膠質瘤患者，兩者均不常見。NF1基因的突變主要出現在CSRD、TBD、GRD、SEC、PH、CTD等區域。對于NF1-OPG，由于腫瘤位置，手術容易對視神經造成損傷，因而很少實施。由于缺乏相應的腫瘤組織標本，關于其腫瘤基因組學及腫瘤微環境的研究相對較少。目前一些研究者為明確NF1相關OPG的基因型與表型的對應關系，進行了一些實驗，但結果卻大相徑庭，這可能與樣本量數量較少有關[14,15]。一項大型隊列研究對215例NF1患者(其中100例患者有OPG)的NF1突變進行了檢測，結果發現，NF1基因變異發生在富含半胱氨酸/絲氨酸區域的患者，發生OPG的風險更高[16]。除NF1基因外，ATRX基因框架移位多見于高級別膠質瘤患者，低級別膠質瘤患者中亦可出現。CDKN2A基因缺失在兩種疾病患者中均有出現，高級別膠質瘤患者CDKN2A基因缺失頻率略高于低級別膠質瘤患者。TP53、PIK3CA/B、PTEN、DOCK2/3/6、PRKCA、FDZ3/8基因在低級別膠質瘤患者中均未測得突變，而高級別膠質瘤患者則存在上述基因的突變，突變形式以錯義突變為主，亦可見框架移位。IL15、TERT、FGF1基因的擴增在兩組患者中均可出現，低級別膠質瘤患者上述基因常同時出現擴增，且出現頻率高于高級別膠質瘤患者。

此外，NF1合并膠質瘤的患兒中，77%患低級別膠質瘤，而在成人群體中，患有高級別膠質瘤的占78%。在胚系DNA中觀察到的NF1變異大多為片段缺失，這可導致框架移位，然而這段變異并不在特定的NF1蛋白結構域中。這可能說明特定的NF1基因變異模式與膠質瘤的發病風險之間沒有關聯。如之前的研究所說，在NF1相關膠質瘤的患者中，除了檢測到的NF1區雜合性缺失，腫瘤的發生仍需要“二次打擊”。在體細胞基因組中發現，突變負荷隨著腫瘤分級和年齡的增加而增加，成人高級別膠質瘤的突變負荷是兒童低級別膠質瘤的6倍。

與散發的膠質瘤不同，NF1相關的膠質瘤具有明顯的遺傳特征，并且低級別和高級別的NF1相關膠質瘤存在不同的遺傳模式。例如，異檸檬酸脫氫酶(IDH)基因突變(IDH1和IDH2)見于70%以上的散發性低級別膠質瘤和大多數由低級別膠質瘤轉變而來的膠質母細胞瘤。研究顯示，有IDH突變的膠質瘤患者比IDH野生型的患者預后要好。而在與NF1相關的膠質瘤中，沒有檢測到IDH突變。這一發現在一定程度上解釋了NF1相關星形細胞瘤比散發星形細胞瘤更具侵略性的原因。ATRX是一種編碼染色質重塑和表觀遺傳修飾蛋白的基因，ATRX基因突變會截短ATRX蛋白或使其活性下降。NF1相關膠質瘤的ATRX突變主要發生在成人，在兒童中很少見。在NF1患者中，約有50%高級別膠質瘤患者攜帶ATRX突變型，而散發高級別膠質瘤則全為ATRX野生型。在NF1相關高級別膠質瘤中，因突變負荷高，ATRX頻繁突變，且通常與TP53和細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑2A(CDKN2)的突變同時存在[17]。此外， NF1相關膠質瘤也不會像散發膠質瘤一樣出現組蛋白H3.3基因突變。

2.2 RAS系統及下游通路異常活化 有研究結果顯示，NF1等位基因缺失后，腫瘤細胞異常分泌的干細胞因子與位于肥大細胞表面的c-kit酪氨酸激酶受體結合后，激活細胞內Ras系統，促進肥大細胞的增生，進而導致巨噬細胞浸潤和其他炎癥反應，同時使多種促有絲分裂因子活化[18]。除上述靶點外，Li等[19]發現在20%的NF1患者中，由于突變使得終止密碼子產生過早，NF1基因不能正常表達，這為NF1腫瘤的靶向治療提供了新的思路。

相較于低級別NF1相關膠質瘤，高級別NF1相關膠質瘤PI3K-Akt-mTOR途徑激活明顯，Raf-MEK-ERK途徑激活較弱，轉錄/染色質調節途徑中斷頻繁，RNA剪接影響更大。高級別NF1相關膠質瘤突變基因主要影響細胞周期和有絲分裂、染色體組織、RNA代謝和神經再生等功能，而低級別NF1相關膠質瘤的突變基因主要影響T淋巴細胞效應器功能。低級別的NF1相關膠質瘤以免疫基因的表達多少分為高免疫組和低免疫組。低免疫組免疫相關基因的DNA甲基化明顯多于高免疫組，下調了免疫基因的表達；同時，高免疫組表達了與HLA親和性更高的新抗原。大約50%的低級別NF1膠質瘤存在免疫標志物、T淋巴細胞浸潤和新抗原負載增加，這意味著免疫靶向治療可能會成為NF1相關膠質瘤的治療手段[19]。一些關于腫瘤微環境的研究強調在OPGs發生發展的過程中，小膠質細胞發揮了重要作用，可能是因為小膠質細胞釋放了單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)[20]。此外，小膠質細胞還可以通過釋放腫瘤生長因子β(TGFβ)和血管內皮生長因子(VEGF)在腫瘤微環境中發揮免疫抑制作用[21]。這些發現提示小膠質細胞可能會成為NF1相關膠質瘤免疫調節的治療靶點。

3 NF1相關膠質瘤的治療

雖然大約有20%的NF1患者同時患有OPG，但這之中只有30%～50%的患者存在臨床表現，只有1/3的患者需要治療干預。目前化療是本病的首選治療方案，小分子抑制劑等靶向藥物也逐漸應用于臨床。手術治療因鄰近功能區常造成嚴重神經功能缺失，僅用于非功能區的腫瘤切除及疾病晚期治療。放射治療也因其導致內分泌紊亂、放射性腦病、煙霧病等多種并發癥在臨床中應用逐漸減少[22]。

3.1 化學治療方法 對于視力下降的患者，NF1-OPG患者最主要的治療方法是化療。一線化療藥物包括長春新堿和卡鉑，二線化療藥物包括長春瑞濱、替莫唑胺和長春花堿。研究[23]報道顯示，4例難治性OPG(2例散發性OPG和2例NF1相關OPG)使用貝伐珠單抗后，視力有所改善。一項多中心回顧性研究[24]結果顯示：NF1-OPG患者在完成長春新堿、卡鉑方案治療后，30%的患者視力較前明顯改善。其他學者的研究則顯示化療雖然可短期改善患者視力，但長期隨訪后發現嚴重的視功能損害仍會繼續[25]。由于目前應用化療藥物后患者視力依舊難以恢復，因此化療的主要目標是維持視力的相對穩定，并防止進一步的視力喪失。

3.2 靶向治療方法 在難治性OPGs患者中，小分子抑制劑已被用于臨床試驗。索拉非尼是一種復合激酶抑制劑，BRAF、VEGFR、PDGFR和c-kit均為其作用靶點，曾備受關注。但一次臨床實驗中使用索拉菲尼后腫瘤組織意外加速生長導致了該研究中止。此后，索拉非尼的體外研究表明，這種突發的生長加速可能與反常ERK激活有關，而與NF1狀態無關[26]。截至目前，至少有四種MEK抑制劑已經進展到NF1的臨床試驗中：米達美替尼(mirdametinib，以前被稱為PD-0325901)、曲美替尼、比美替尼(binimetinib)和司美替尼(selumetinib)。有國外學者研究[27]顯示，NF1基因突變的星形膠質細胞mTOR過度激活，應用mTOR抑制劑后可使星形膠質細胞的增殖速度恢復正常。目前，司美替尼在NF1相關的低級別膠質瘤的Ⅱ期研究中顯示了良好的結果，且正在進行OPG的Ⅲ期研究。

在膠質細胞中，神經纖維蛋白的丟失會導致RAS活性升高及下游RAS效應器的數量增加。這一發現除了對NF1相關腫瘤有意義，也對RAS基因突變或過度表達的其他癌癥有重大意義。此外，在膠質母細胞瘤、乳腺癌、青少年粒單核細胞白血病和肺腺癌等散發性腫瘤中，有5%～10%的人也存在體細胞NF1缺失，可能與腫瘤對靶向治療的敏感性下降有關。提示針對RAS信號通路的藥物可能對NF1相關腫瘤及其他RAS基因改變所致的疾病均有一定療效[12]。雖然MAPK/ERK的激活在散發性和NF1相關星形細胞瘤中都有發現，但NF1相關星形細胞瘤中MAPK/ERK的激活與BRAF改變無關[28]。在大多數非NF1相關PA中，由于BRAF與KIAA1549的融合使BRAF激活。然而，應用第一代BRAF抑制劑的BRAF融合細胞系卻存在異常的MAPK和mTOR活化[29]。在肺癌模型中，NF1表達降低可介導對EGFR治療的抵抗，阻斷MEK恢復應答。NF1和BRAF發生變異的黑色素瘤對BRAF抑制劑也會產生抵抗，但對MEK和mTOR的聯合抑制是敏感的[30]。有動物實驗顯示，AKT抑制劑能夠同時通過Raf-MEK-ERK和PI3K-Akt-mTOR兩條途徑抑制NF1相關PA和OPG的發展。這些發現提示NF1相關的高級別膠質瘤也許可以通過應用針對不同細胞間通路和影響腫瘤微環境靶向藥物的組合療法來對抗NF1缺失產生的耐藥性。

3.3 手術治療方法 由于NF1膠質瘤手術可作為疾病的晚期治療方案，手術指征目前尚未統一。對于NF1-OPG，外生性、囊性視交叉OPG，單側視神經損害導致單側視力喪失或者嚴重突眼都是行手術切除或者活檢的指征。手術切除范圍與腫瘤進展時間無相關性，因而腫瘤根治術弊大于利。手術的主要作用是提供病理診斷并減少視路結構和(或)腦室系統的壓迫，術后給予輔助性放、化療。嚴重的手術并發癥包括視功能惡化、內分泌紊亂等，尤其是對于視交叉處的OPG手術效果不理想，而腫瘤全切和擴大切除術會損傷視路、下丘腦及周圍的血管結構，風險極高。有國外學者對兒童OPG術后認知功能進行回顧性分析發現，接受手術及化療的患兒智力水平、認知功能、語言功能均較僅行化療的患兒低[31]。腦干腫瘤的手術切除亦因其嚴重并發癥，在臨床上應用十分有限。

綜上所述，NF1相關基因的突變引起的遺傳改變、RAS系統及下游通路異常活化是NF1相關膠質瘤重要的發生機制。其治療方法主要是化學治療、手術治療及靶向治療等。手術治療因其并發癥多、風險大，大多僅用于活檢取病理標本和疾病的晚期治療。長春新堿和卡鉑聯用的化療方案是目前該病的首選治療方案，聯合靶向藥物的治療效果也已被越來越多的循證醫學證據證實。目前針對RAS/MAPK通路的新藥用于治療NF1相關膠質瘤的臨床試驗正在進行中，其他免疫療法也在陸續進行研究。這不僅符合精準醫療的理念，而且有助于為NF1相關膠質瘤患者解決痛苦，改善生活質量。目前仍需要繼續探究相關的機制，通過科學技術的發展，理論的進一步完善，實驗的有序進行，最終改善NF1相關膠質瘤的預后。