Как молекулярное тестирование меняет диагностику и лечение опухолей головного мозга

Содержание

• Введение: значение молекулярного тестирования для опухолей головного мозга
• Ключевые молекулярные тесты для диагностики и лечения опухолей головного мозга
• Профилирование метилирования ДНК: революционный диагностический инструмент
• Секвенирование ДНК и РНК: выявление критических мутаций
• Дополнительные диагностические инструменты и методики
• Применение молекулярного тестирования в диагностике опухолей головного мозга
• Диффузные глиомы взрослых: как молекулярное тестирование направляет диагностику
• Значение для пациентов: клинические последствия
• Понимание ограничений молекулярного тестирования
• Рекомендации для пациентов с диагнозом опухоли головного мозга
• Информация об источнике

Введение: значение молекулярного тестирования для опухолей головного мозга

Молекулярное профилирование кардинально изменило подход к диагностике и классификации опухолей центральной нервной системы (ЦНС) в последние годы. Согласно последней классификации опухолей ЦНС Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), опубликованной в 2021 году, теперь требуется сочетание традиционного микроскопического исследования с молекулярным тестированием для постановки точных и воспроизводимых диагнозов, которые напрямую влияют на тактику ведения пациентов.

Такой интегрированный подход означает, что патологоанатомы должны владеть множеством молекулярных тестов, в первую очередь профилированием метилирования ДНК и секвенированием ДНК/РНК нового поколения. Эти передовые методики помогают точнее классифицировать опухоли, выявлять специфические генетические мутации и даже обнаруживать потенциальные мишени для терапии, которые ранее не выявлялись традиционными методами.

Значение молекулярного профилирования резко возросло: все основные типы опухолей ЦНС теперь требуют оценки специфических молекулярных маркеров для корректной диагностики. Многие новые типы опухолей были фактически открыты благодаря этим технологиям, особенно анализу метилирования ДНК, что подчёркивает их незаменимость в современной нейропатологии.

Ключевые молекулярные тесты для диагностики и лечения опухолей головного мозга

Молекулярная нейропатология сегодня включает широкий спектр тестов с различными целями, уровнями сложности, доступностью и стоимостью. Понимание этих различий крайне важно, поскольку оно помогает врачам выбирать наиболее подходящий тест для каждой конкретной диагностической задачи и правильно интерпретировать результаты.

Современный молекулярный инструментарий включает несколько ключевых технологий, предоставляющих взаимодополняющую информацию об опухолях головного мозга. Каждый тест обладает специфическими преимуществами и областями применения, что делает его особенно ценным для определённых диагностических ситуаций или типов опухолей.

Профилирование метилирования ДНК: революционный диагностический инструмент

Профилирование метилирования ДНК, пожалуй, стало наиболее влиятельным молекулярным инструментом последних лет для диагностики опухолей головного мозга. Этот подход использует уникальный эпигенетический профиль опухолевых клеток, который отражает как характеристики их исходной ткани, так и изменения, приобретённые в процессе развития рака, создавая специфическую сигнатуру для каждого типа опухоли.

На практике профиль метилирования ДНК оценивается с использованием массива MethylationEPIC array beadchip (850K), который исследует статус метилирования нескольких сотен тысяч CpG-островков по всему геному. Затем необработанные данные загружаются на специальную платформу и сопоставляются с комплексным репозиторием опухолей ЦНС и других образований.

Коэффициент соответствия ≥ 0.9 сильно поддерживает диагностическую классификацию, хотя эксперты всегда проверяют эти результаты вместе с клиническими, визуализационными и гистопатологическими данными. Важно отметить, что профилирование метилирования ДНК с использованием этой платформы не является сертифицированным анализом, поэтому в разных странах могут действовать различные нормативные требования относительно его диагностического использования.

Эта технология доказала свою чрезвычайную ценность как для исследований, так и для повседневной диагностики. В исследованиях многие новые типы и подтипы опухолей были обнаружены с помощью неконтролируемого анализа больших наборов данных по опухолям головного мозга. Многие вновь идентифицированные опухоли демонстрируют значительное совпадение с другими образованиями в морфологических особенностях и/или имеют очень низкую частоту встречаемости, что объясняет, почему они ранее не распознавались как отдельные новообразования.

В клинической практике несколько групп опубликовали свой опыт применения этой технологии как в педиатрической, так и во взрослой практике. В целом, коэффициент соответствия (≥ 0.9) достигается примерно в 50–65% образцов, а значительное влияние на диагноз происходит примерно в 10–20% случаев с потенциальными клиническими последствиями. Это выдающееся достижение оправдывает быстрое внедрение этого инструмента всего за несколько лет.

Более высокие медианные классификационные показатели обычно наблюдаются в случаях, анализируемых для подтверждения диагноза или оценки специфических подтипов опухоли. Более широкий диапазон показателей встречается среди сложных образцов или небольших образцов. Низкие показатели в сложных случаях могут быть результатом множества факторов, включая небольшие, низкокачественные или нерепрезентативные биопсии, которые могут быть неклассифицируемыми как традиционной патологией, так и профилированием метилирования.

В идеале желательно 200 нг ДНК с ≥ 60% концентрацией опухолевых клеток, хотя диагностическая классификация может быть достигнута при значительно меньших количествах. Блоки ткани, залитые в парафин после фиксации в формалине (формалин-фиксированные парафиновые блоки, ФФПБ), обычно дают сходные результаты со свежезамороженными образцами, и анализ более старых образцов также может дать правильную классификацию.

Профилирование метилирования ДНК показало особую полезность для переклассификации редких типов опухолей с неспецифическими гистопатологическими характеристиками. Хотя теперь это ключевой инструмент для диагностики опухолей ЦНС, этот подход создаёт значительные трудности в отношении необходимых технологических возможностей, затрат, времени выполнения (несколько дней) и экспертизы, необходимых для выполнения и интерпретации.

Секвенирование ДНК и РНК: выявление критических мутаций

Многие опухоли ЦНС характеризуются специфическими точковыми мутациями, обнаруживаемыми секвенированием ДНК, или генных слияний, в основном идентифицируемых через секвенирование РНК. Например, мутации в генах IDH1/IDH2 и H3-кодирующих генах характеризуют специфические подгруппы глиом взрослых и детей соответственно. Другие мутации, такие как BRAF V600E, могут встречаться в множестве типов опухолей с различной частотой, но всё же вносят вклад в диагностическую оценку и позволяют проводить таргетную терапию.

Для секвенирования ДНК может использоваться множество типов анализов, включая прямое секвенирование одиночного гена (секвенирование по Сэнгеру) и подходы на основе секвенирования нового поколения (NGS), такие как таргетное панельное секвенирование и секвенирование всего экзома/генома (WES/WGS). Эти анализы обнаруживают однонуклеотидные варианты (SNV), небольшие вставки/делеции (InDel) и вариации числа копий (CNV).

Среди анализов NGS таргетное панельное секвенирование генов в настоящее время является наиболее релевантным инструментом для повседневной молекулярной диагностики опухолей ЦНС. Оно позволяет анализировать относительно большие наборы релевантных генов с приемлемыми затратами, временем выполнения и осуществимостью интерпретации. Многие гены, наиболее релевантные для диагностики опухолей головного мозга, относительно специфичны для этих новообразований, что оправдывает использование кастомизированных или более крупных панелей.

Диагностическая эффективность панелей генов среднего размера была продемонстрирована, обнаруживая мутации и CNV даже при ограниченном входном материале. Более недавние исследования с использованием более крупных панелей генов (включая IDH1/IDH2, TERT, TP53, ATRX, BRAF, H3F3A, H3F3B) подтвердили эти результаты. Эти анализы обнаруживают диагностически релевантные изменения более чем в половине проанализированных опухолей ЦНС, с информативными CNV, обнаруженными в 57% случаев, даже когда результаты NGS были неинформативными.

Лабораторные протоколы критически важны для успеха секвенирования. Качество ДНК и доля опухолевых клеток должны быть максимизированы, с адекватным покрытием/глубиной чтения, достигаемым в соответствии с типом анализа и характеристиками образца. Конвейер анализа данных и экспертиза отчитывающегося молекулярного патологоанатома одинаково важны для правильного вызова вариантов и интерпретации.

Анализ циркулирующей опухолевой ДНК (цДНК) из крови и/или спинномозговой жидкости представляет собой другой подход к молекулярному профилированию опухоли через минимально инвазивную жидкостную биопсию. Технические трудности до сих пор ограничивали внедрение в повседневную практику, но недавние данные показывают, что комплексные панели NGS могут обнаруживать CNV и учитывать внутриопухолевую гетерогенность даже в цДНК.

Для секвенирования РНК основная диагностическая цель — обнаружение генных слияний, которые характеризуют многие опухоли ЦНС. Например, пилоцитарные астроцитомы часто содержат слияние KIAA1549::BRAF, а специфические молекулярные подтипы супратенториальных эпендимом определяются слияниями ZFTA или YAP1. Генные слияния могут представлять собой эксплуатируемые терапевтические мишени, как видно на примере глиом полушарного типа младенческого возраста, часто характеризующихся слияниями генов NTRK1/NTRK2/NTRK3, ROS1, ALK или MET с доступными эффективными ингибиторами.

Исследования, сфокусированные на значимости РНК NGS в опухолях ЦНС, показывают, что этот инструмент особенно ценен для детских новообразований, которые чаще характеризуются этими событиями. Во взрослых опухолях головного мозга генные слияния относительно редки и обычно не представляют терапевтические мишени.

Дополнительные диагностические инструменты и методики

Микроматричная оценка вариаций числа копий всего генома (CNV) — это другой релевантный диагностический инструмент, часто используемый для молекулярной характеристики опухолей ЦНС, особенно до того, как стало доступно профилирование метилирования ДНК. Эти анализы обнаруживают множество хромосомных изменений (делеции, амплификации, потерю гетерозиготности, копий-нейтральную потерю гетерозиготности, хромотрипсис), которые служат диагностическими и/или прогностическими маркерами специфических типов опухолей.

Молекулярное профилирование не обязательно означает одновременный анализ множества изменений. Флуоресцентная in situ гибридизация (FISH) может оценивать специфические локусы ДНК непосредственно на тканевых срезах, полезна для целей валидации или когда специфическое изменение сильно подозревается на основе характеристик опухоли или когда материала недостаточно для других анализов.

Вместо нуклеиновых кислот белки могут быть оценены с помощью широко доступных, быстрых и недорогих иммуногистохимических окрасок. Иммуногистохимия может установить наличие мутантных белков (IDH1 R132H, p53, H3 K27M, H3 G34R/V, BRAF V600E), потерю нормальных/функционирующих белков (ATRX, H3 K27me3, INI1, BRG1) или гиперактивацию аберрантных путей (EZHIP).

Оценка метилирования промотора MGMT остается крайне важной для молекулярной характеристики IDH-дикого типа глиобластомы из-за её прогностической и предиктивной релевантности. Множество анализов может исследовать этот маркер, без явного превосходства в клинических корреляциях. Поскольку не существует критериев эквивалентности между различными анализами, понимание характеристик локально доступного анализа важно. Иммуногистохимия MGMT не является надежным суррогатом для этих анализов.

Применение молекулярного тестирования в диагностике опухолей головного мозга

Молекулярные анализы вносят вклад в или требуются для диагностики многих типов опухолей, признанных классификацией ВОЗ 2021 года. Наиболее релевантные молекулярные инструменты варьируют по специфическому новообразованию, с выбранными примерами, демонстрирующими значимость этих инструментов в текущей нейропатологической практике.

Диффузные глиомы взрослых: как молекулярное тестирование направляет диагностику

Согласно классификации ВОЗ 2021 года, диффузные глиомы взрослых в основном стратифицируются по статусу IDH1/IDH2. Это разделение хорошо обосновано различиями в биологии опухоли, онкогенных механизмах и клинических последствиях, связанных с этим молекулярным маркером.

Глиобластома, IDH-дикого типа — наиболее частая диффузная глиома, обычно возникающая у пожилых пациентов с неблагоприятным прогнозом. Это морфологически и молекулярно гетерогенное новообразование, обычно проявляющее слабодифференцированные астроцитарные черты с инфильтративным ростом, высокой пролиферацией, микрососудистой пролиферацией и некрозом. При соответствующей морфологии врачи должны исключить мутацию IDH1/IDH2, чтобы отклонить диагноз астроцитомы с мутацией IDH или олигодендроглиомы с мутацией IDH и код делецией 1p/19q.

Для этой задачи существует несколько вариантов: иммуногистохимия на IDH1 R132H может исключить наиболее частую мутацию (около 90% супратенториальных IDH-мутантных глиом). Эта стратегия адекватно работает для пациентов в возрасте 55 лет и старше, где вероятность обнаружения альтернативной мутации составляет менее 1%. Однако если анамнез указывает на ранее существовавшую глиому низкой степени злокачественности, необходимо секвенирование.

Если морфологические признаки глиобластомы отсутствуют, но подозреваются, классификация ВОЗ 2021 года допускает молекулярную диагностику глиобластомы. Это требует либо соответствующего профиля метилирования ДНК, либо хотя бы одного из трёх маркеров: усиления хромосомы 7 плюс потери хромосомы 10, мутации промотора TERT или амплификации EGFR. Эти маркеры демонстрируют относительную специфичность в соответствующем контексте, с аналогичными исходами для пациентов, как и при диагностике по морфологическим признакам.

Для IDH-мутантных диффузных глиом диагностика требует гистопатологических находок, соответствующих инфильтрирующей диффузной глиоме с мутацией IDH1/IDH2 и потерей/мутацией ATRX или исключением код делеции 1p/19q. Олигодендроглиома с мутацией IDH и код делецией 1p/19q требует полноплечевой комбинированной код делеции 1p/19q. Альтернативно, диагностика может основываться на обнаружении соответствующего класса метилирования.

Статус ATRX может быть оценен иммуногистохимией (с учётом артефактов от некроза или перемежающихся позитивных ненеопластических реактивных астроцитов) или секвенированием для обнаружения мутации потери функции. Оценка TP53/p53 также помогает, поскольку она часто присутствует в IDH-мутантных астроцитомах.

Для диагностики IDH-мутантных опухолей с код делецией 1p/19q ключевым признаком является полноплечевая код делеция 1p/19q, исследуемая множеством методов, включая флуоресцентную in situ гибридизацию (FISH). Однако ограниченное таргетирование FISH на единичные локусы может давать ложноположительные результаты, особенно в опухолях со сложными кариотипами. Ложноположительные оценки FISH часто возникают в случаях, где оценка статуса 1p/19q не была бы оправдана, подчёркивая важность соответствующего использования теста.

Для градации IDH-мутантных диффузных глиом морфологические признаки остаются критическими, но классификация ВОЗ 2021 года добавила оценку статуса CDKN2A/B как критерий градации для IDH-мутантных астроцитом. При гомозиготной делеции CDKN2A/B присваивается 4 степень из-за ассоциации с неблагоприятным исходом. Статус CDKN2A/B может быть оценен через графики вариации числа копий (CNV) профиля метилирования ДНК, ДНК-секвенирование нового поколения (NGS) или FISH, хотя окончательное пороговое значение не установлено.

Значение для пациентов: клинические последствия

Интеграция молекулярного тестирования в диагностику опухолей мозга представляет собой фундаментальный сдвиг в помощи пациентам. Эти передовые методы обеспечивают более точную диагностику, лучшую прогностическую информацию и выявляют потенциальные мишени лечения, которые ранее не обнаруживались.

Для пациентов это означает более персонализированные подходы к лечению, основанные на специфических генетических характеристиках их опухоли. Молекулярное профилирование может идентифицировать таргетные терапии, которые могут быть более эффективны, чем конвенциональные методы лечения, особенно для опухолей с определёнными мутациями, такими как BRAF V600E или генные слияния с участием генов NTRK, ROS1, ALK или MET.

Возможность более точно классифицировать опухоли также улучшает точность прогноза, помогая пациентам и врачам принимать более обоснованные решения о интенсивности лечения и последующем наблюдении. Например, различие между IDH-мутантными и IDH-дикого типа глиомами значительно влияет на ожидаемые исходы и подходы к лечению.

Молекулярное тестирование также позволяет идентифицировать пациентов, которые могут получить пользу от клинических испытаний новых таргетных терапий, расширяя варианты лечения за пределами стандартных подходов. Это особенно важно для агрессивных или редких типов опухолей, где конвенциональное лечение предлагает ограниченные преимущества.

Понимание ограничений молекулярного тестирования

Хотя молекулярное тестирование революционизировало диагностику опухолей мозга, важно понимать его ограничения. Эти технологии требуют значительной экспертизы для правильной интерпретации, и результаты всегда должны рассматриваться вместе с клиническими, визуализационными и традиционными патологическими находками.

Технические трудности включают необходимость достаточного материала опухоли адекватного качества. Маленькие биопсии, плохая сохранность или низкое содержание опухолевых клеток могут ограничивать эффективность молекулярного тестирования. Некоторые анализы также имеют относительно длительное время выполнения (несколько дней) по сравнению с традиционным патологическим исследованием.

Стоимость и доступность остаются значительными барьерами для повсеместного внедрения комплексного молекулярного профилирования. Не все медицинские центры имеют доступ к этим передовым технологиям, особенно в условиях ограниченных ресурсов.

Хотя молекулярная классификация предоставляет ценную информацию, она не всегда напрямую трансформируется в решения о лечении. Некоторые молекулярные изменения ещё не имеют соответствующих таргетных терапий, и клиническая значимость вновь обнаруженных генетических изменений может быть не полностью понята.

Ложноположительные и ложноотрицательные результаты могут возникать при любом тесте, подчёркивая важность экспертной интерпретации и корреляции с другой диагностической информацией. Это особенно релевантно для тестов, таких как FISH, где технические ограничения иногда могут давать вводящие в заблуждение результаты.

Рекомендации для пациентов с диагнозом опухоли головного мозга

Для пациентов с диагностированной или подозреваемой опухолью мозга несколько рекомендаций могут помочь ориентироваться в диагностическом процессе:

1. Ищите комплексное молекулярное тестирование: Спросите вашу медицинскую команду о доступных вариантах молекулярного профилирования, включая профилирование метилирования ДНК и таргетные панели секвенирования, поскольку они могут предоставить критическую диагностическую и прогностическую информацию.
2. Поймите специфические характеристики вашей опухоли: Запросите чёткие объяснения любых молекулярных находок и того, как они влияют на ваш диагноз, прогноз и варианты лечения.
3. Рассмотрите второе мнение: Интерпретация молекулярного тестирования требует значительной экспертизы. Поиск пересмотра вашего случая в специализированном нейроонкологическом центре может обеспечить наиболее точную диагностику.
4. Обсудите варианты клинических испытаний: Если ваша опухоль имеет специфические молекулярные характеристики, спросите о клинических испытаниях таргетной терапии, которые могут быть подходящими для вашей ситуации.
5. Сохраните ткань опухоли: Если проводится операция, обсудите с вашей хирургической командой важность сохранения адекватного опухолевого материала для потенциального молекулярного тестирования, как изначально, так и для будущего перетестирования при необходимости.
6. Рассмотрите генетическое консультирование: Некоторые молекулярные находки могут указывать на наследуемую предрасположенность к раку. Обсудите с вашим врачом, может ли генетическое консультирование быть уместным.

Помните, что молекулярное тестирование наиболее ценно, когда интегрировано с другой клинической информацией. Работайте с вашей медицинской командой, чтобы понять, как эти передовые диагностические методы вписываются в ваш общий план лечения и что они означают для вашей специфической ситуации.

Информация об источнике

Оригинальное название статьи: Молекулярная нейропатология: необходимый и развивающийся инструментарий для диагностики и клинического ведения опухолей центральной нервной системы

Авторы: Лука Бертеро, Лука Мангерини, Алессия Андреа Риччи, Паола Кассони, Феликс Зам

Публикация: Virchows Archiv (2024) 484:181–194

DOI: https://doi.org/10.1007/s00428-023-03632-4

Эта статья, удобная для пациентов, основана на рецензируемом исследовании и направлена на то, чтобы сделать сложную научную информацию доступной для пациентов и ухаживающих лиц, сохраняя всю необходимую медицинскую информацию из оригинального исследования.