腦脊液生物學標志物在中樞神經系統惡性腫瘤診斷中的研究進展

楊 帆，張劍寧

解放軍總醫院第六醫學中心 神經外科研究所，北京 100048

中樞神經系統惡性腫瘤發病率高，對傳統治療不敏感且易復發，預后極差。核磁共振成像和腦脊液細胞學檢驗對于中樞神經系統惡性腫瘤的診斷和病情監測特異性和敏感度均較低。目前中樞神經系統惡性腫瘤治療療效評價和隨訪主要通過臨床癥狀、影像學和組織病理特征等因素綜合評估，分子病理能更加準確地描述膠質瘤的特征，但不能完全區分腫瘤復發和假性進展[1-4]。因血腦屏障等因素，血液相關腫瘤標志物作為中樞神經系統惡性腫瘤診斷和病情監測指標具有一定的局限性[5-6]。腦脊液與中樞神經系統直接接觸，腦脊液中的循環生物標志物，包括循環腫瘤DNA(circulating tumor DNA，ctDNA)、微RNA(microRNA，miRNA)和代謝物，有望對中樞神經系統惡性腫瘤進行準確評估。本文對上述腦脊液循環生物學標志物在中樞神經系統惡性腫瘤診斷中 的研究進展和潛在臨床應用作一綜述。

1 中樞神經系統惡性腫瘤患者腦脊液中的ctDNA

1994年，Rhodes等[7]首次通過聚合酶鏈式反應技術檢測到中樞神經系統惡性腫瘤患者腦脊液ctDNA存在酪氨酸和表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)基 因 擴 增 異 常。Shingyoji等[8]通過檢測29例可疑肺腺癌腦膜轉移患者腦脊液中EGFR突變情況，在31%腦脊液脫落細胞陰性患者中檢測到了腦脊液ctDNA EGFR突變。因此，檢測中樞神經系統腫瘤患者腦脊液ctDNA較脫落細胞具有更高的敏感度和準確性。如彌漫中線腫瘤位于腦深部功能區，不能行手術切除，且定向活檢手術風險性極高，開發一種微創低風險診斷方法將具有重要的臨床應用價值。彌漫中線膠質瘤常存在組蛋白H3高突變率，研究人員在兒童H3K27M突變型彌漫中線膠質瘤中發現，通過腦脊液ctDNA檢測H3F3A c.83A > T突變，敏感度為87.5%，特異性達100%[9]。腦脊液ctDNA檢測獲取彌漫中線膠質瘤分子學特征，將有助于促進靶向及細胞治療[10-11]。另外，Hiemcke-Jiwa等[12]在原發性中樞神經系統淋巴瘤中發現約1/3患者腦脊液ctDNA中可檢測到MYD88 p.L265P突變。通過二代測序技術檢測腦脊液ctDNA可全面了解中樞神經系統惡性腫瘤的所有類型基因改變，包括點突變、基因融合、基因拷貝擴增異常和小的基因插入或缺失等。Pentsova等[13]對53例懷疑中樞神經系統惡性腫瘤患者腦脊液ctDNA進行341靶點腫瘤相關基因二代測序發現，原發性腦腫瘤患者體細胞突變陽性率為50%(6/12)，繼發性轉移瘤患者體細胞突變陽性率為63%(20/32)，而非腫瘤患者未見基因突變(0/9)。雖然腦脊液ctDNA在中樞神經系統惡性腫瘤診斷方面具有一定的應用前景，但尚不能應用于每一例臨床病患。一項35例原發性中樞神經系統腫瘤患者腦脊液樣本研究發現，僅74%的患者腦脊液中檢測到ctDNA，但在室管膜瘤、髓母細胞瘤和毗鄰腦室的高級別膠質瘤中均檢測到ctDNA[14]。目前考慮腦腫瘤與腦脊液的位置關系和腦脊液ctDNA檢測技術的敏感度決定其在臨床應用中的潛在價值。

2 中樞神經系統惡性腫瘤患者腦脊液中的miRNA

miRNA為小片段非編碼RNA，參與調節轉錄后翻譯過程，腫瘤中的異常表達促使其發揮促癌或抑癌作用。miRNA作為新型分子標志物，在腫瘤早期診斷、預后判斷和靶向治療等方面的臨床應用具有廣闊的前景[15]。多項研究發現miRNA在中樞神經系統惡性腫瘤的發生與進展中發揮調節作用，如膠質母細胞瘤、髓母細胞瘤和彌漫大B細胞淋巴瘤[16-19]。由于血腦屏障的緣故，腦脊液中的miRNA較血液中的miRNA能夠更好地反映大腦的病理生理過程。盡管目前對腦脊液中發現的miRNA起源尚不清楚，但細胞外囊泡中的miRNA被認為高度穩定且不易被降解。已有多項研究發現腦脊液中miRNA差異表達有助于中樞神經系統惡性腫瘤的診斷和臨床預后評估[20-21]。miR-21作為重要的中樞神經系統惡性腫瘤的生物學標志物，在膠質瘤和原發性中樞神經系統淋巴瘤腦脊液中高度表達，通過抑制下游B細胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，BCL2)、磷酸化張力蛋白同源基因(phosphate and tensin homologue，PTEN)、程序性細胞死亡因子4(programmed cell death 4，PDCD4)和組織金屬蛋白酶抑制因子3(tissue inhibitors of metalloproteinase 3，TIMP3)等多個靶基因表達調節多種生物學行為[22-23]。腦脊液中miR-19b和miR-92a有助于原發性中樞神經系統淋巴瘤的診斷與病情監測[22]。Zhou等[24]通過Meta分析發現檢測腦脊液和腦組織中的miRNA表達可提高膠質瘤診斷的準確性，miR-21對膠質瘤的診斷特異性達94%，敏感度達86%，而且同時檢測多個miRNA表達可提高敏感度。但也發現同一種miRNA在不同的原發性或繼發性惡性腫瘤中表達升高或降低，有利于對中樞神經系統惡性腫瘤的鑒別。Drusco等[21]發現同時檢測miR-125b、miR-223和miR-711表達，有助于鑒別膠質母細胞瘤與髓母細胞瘤。因此，通過建立不同中樞神經系統疾病患者腦脊液miRNA表達譜數據庫，有望形成一種基于腦脊液miRNA的診斷方法。腦脊液miRNA還可應用于評估疾病治療療效、監測腫瘤復發和指導臨床預后等。

3 中樞神經系統惡性腫瘤患者腦脊液中的代謝物

代謝物是細胞生化反應的中間體或產物，腫瘤細胞需要大量能量來維持細胞增殖生長，腫瘤細胞通過改變細胞代謝過程獲取能量，并且其代謝產物亦可影響其他代謝途徑，如糖酵解、三羧酸循環、戊糖磷酸途徑、脂肪酸代謝和氨基酸代謝[25]。人類代謝組學數據庫已包含約114 000種水溶性和脂溶性代謝產物，代謝物一旦產生，可在血液、血漿和腦脊液等體液中被檢測到，可反映機體的病理生理過程，因此檢測腦脊液中代謝物有助于各種腦內病變的早期診斷和預后提示。有氧條件下，正常細胞氧化磷酸化為腺嘌呤核苷三磷酸的主要來源，腫瘤細胞不同于正常細胞能量代謝，腫瘤細胞更依賴于有氧糖酵解這種低效能的能量代謝方式，提高了乳酸含量。葡萄糖和谷氨酰胺是腫瘤產生能量的主要底物，腫瘤細胞通過乳酸脫氫酶將葡萄糖和谷氨酰胺轉化為乳酸鹽，已有文獻報道在腦腫瘤患者中發現其腦脊液葡萄糖水平降低和乳酸鹽濃度增高[26-28]。異檸檬酸脫氫酶1(isocitrate dehydrogenase 1，IDH1)是一種位于細胞質和過氧化物酶體中的催化酶，轉化異檸檬酸為α-酮戊二酸，在膠質瘤中常發生IDH1突變。IDH1/2突變膠質瘤中積累代謝產物D-2-羥戊二酸(D-2-hydroxyglutarate，D-2-HG)導致組蛋白和DNA富甲基化，致下游促癌基因活化或抑癌基因失活，引起腫瘤的發生與發展。IDH1/2突變膠質瘤患者腦脊液中D-2-HG、檸檬酸和異檸檬酸濃度明顯升高[29]。在膠質瘤和轉移瘤患者腦脊液中也發現了更多代謝物，包括三羧酸循環產物，必需氨基酸色氨酸、蛋氨酸等[30-31]。但后續研究仍需了解中樞神經系統腫瘤患者腦脊液中代謝物差異的原因和臨床應用價值。腦腫瘤常伴有缺血壞死和炎性反應，炎癥相關標志物可在腦脊液中被檢測到，其有可能輔助中樞神經系統腫瘤診斷。在原發性中樞神經系統淋巴瘤腦脊液中發現多個炎性標志物含量升高，如白細胞介素-10和可溶性白細胞介素受體[32-33]。在臨床應用中，代謝組學分析較基因組學分析具有簡便、可組間對比等優勢，且核磁共振波譜分析是一種快速、無創、可重復、敏感度較高的分析技術，對于膠質瘤及腦膿腫等疾病的診斷具有一定指導意義。但代謝組學研究仍存在一定的挑戰，因為檢測小分子物質與年齡、性別、飲食、生活方式和伴隨疾病等因素相關。

4 結語

臨床獲取腦脊液相對容易和安全，對中樞神經系統惡性腫瘤患者的腦脊液進行綜合研究分析，才有望使腦脊液循環生物學標志物應用于中樞神經系統腫瘤診斷和病情監測。特異性腦脊液生物學標志物還有助于避免高風險的活檢手術和不必要的開顱手術，甚至根據腦脊液生物學標志物信息指導術前手術規劃、術后個體化治療和臨床預后隨訪。越來越多的中樞神經系統惡性腫瘤腦脊液循環標志物被報道，但多數都是小樣本研究，腦脊液循環生物學標志物還不能完全應用于每一例臨床患者，將來的研究需制定標準化腦脊液收集、儲存和生物標志物分離流程，提高檢測方法的敏感度和準確性，并分析和驗證特異性腦脊液腫瘤生物標志物，開展多中心合作、縱向隊列研究，使腦脊液循環生物學標志物更好地應用于中樞神經系統惡性腫瘤診療。