研究背景與目的

成人腦膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的原發(fā)性惡性腫瘤，其中膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（glioblastoma，GBM）最常見且惡性程度最高，中位總生存期僅14.6個(gè)月。其治療面臨化療耐藥、浸潤(rùn)性生長(zhǎng)等多重挑戰(zhàn)，而膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的顱外轉(zhuǎn)移較為罕見（發(fā)生率0.4%-0.5%），其臨床特征、生物學(xué)機(jī)制及腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）的特征仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)知。

在生理層面，血腦屏障、硬腦膜等生理屏障理論上可阻止腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散，但臨床已觀察到20%-39%的GBM患者存在循環(huán)腫瘤細(xì)胞，且有膠質(zhì)母細(xì)胞瘤通過器官移植傳播的案例。外科干預(yù)（如神經(jīng)外科開顱手術(shù)、腦室腹腔分流術(shù)）被推測(cè)為潛在轉(zhuǎn)移誘因，但無手術(shù)史患者的轉(zhuǎn)移案例也提示腫瘤自身具備轉(zhuǎn)移潛能。此外，傳統(tǒng)研究多依賴免疫組織化學(xué)（IHC），且局限于個(gè)案分析，全基因組DNA甲基化譜等前沿技術(shù)在膠質(zhì)瘤轉(zhuǎn)移研究中應(yīng)用極少，TME中免疫細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞的作用亦未明確。

基于上述研究空白，本研究旨在通過多種技術(shù)（NGS、全基因組甲基化、RNA測(cè)序、IHC等），對(duì)迄今規(guī)模最大的成人轉(zhuǎn)移性膠質(zhì)瘤隊(duì)列進(jìn)行分析，以闡明轉(zhuǎn)移灶的克隆起源、表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄及TME特征，為臨床診斷與治療提供依據(jù)。

材料與方法

1.患者隊(duì)列與樣本

本研究初始納入20例成人轉(zhuǎn)移性膠質(zhì)瘤，排除2例組織樣本不足及2例非轉(zhuǎn)移腫瘤（腦脊液播散、通過腦室腹腔分流管播散）后，最終納入16例患者（1999-2019年，丹麥哥本哈根大學(xué)醫(yī)院），包括14例GBM（IDH野生型，WHO4級(jí)）及2例低級(jí)別膠質(zhì)瘤（1例IDH突變星形細(xì)胞瘤，WHO 2-3級(jí)；1例IDH突變，1p/19q缺失少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤，WHO 2-3級(jí)）。樣本類型為配對(duì)的福爾馬林固定石蠟包埋（FFPE）組織：原發(fā)腫瘤、顱內(nèi)復(fù)發(fā)腫瘤（優(yōu)先最新的復(fù)發(fā)腫瘤，2例因原發(fā)腫瘤不足用首次復(fù)發(fā)腫瘤替代）、轉(zhuǎn)移灶（5例手術(shù)切除，2例尸檢獲?。?名神經(jīng)病理學(xué)家按2021年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類重新評(píng)估，必要時(shí)補(bǔ)充膠質(zhì)纖維酸性蛋白（GFAP）染色驗(yàn)證。

2.研究技術(shù)與方法

（1）影像學(xué)評(píng)估

分析原發(fā)腫瘤以及轉(zhuǎn)移腫瘤的MRI影像，包括T1增強(qiáng)、T2、FLAIR序列。分析強(qiáng)化模式、中央壞死、FLAIR/T2不匹配現(xiàn)象、腫瘤占位效應(yīng)與體積。并評(píng)估腫瘤與硬腦膜、腦室、大血管的距離，以探究轉(zhuǎn)移途徑。

（2）分子檢測(cè)

包括DNA提取、二代測(cè)序（NGS）、全基因組DNA甲基化譜（Illumina Infinium MethylationEPIC（850K）芯片檢測(cè)）、RNA測(cè)序，具體細(xì)節(jié)詳見原文。

研究結(jié)果

1.臨床特征

轉(zhuǎn)移部位分布：轉(zhuǎn)移至頭皮/上頸部8例（50%）、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移5例（31.25%）、骨轉(zhuǎn)移2例（12.5%）、肝轉(zhuǎn)移1例（6.25%）【圖1A】。8例頭皮/上頸部轉(zhuǎn)移中6例存在顱內(nèi)病灶經(jīng)顱骨鉆孔延伸至顱外現(xiàn)象，此類腫瘤非真性轉(zhuǎn)移。其余10例為真性轉(zhuǎn)移（原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶無解剖連接）【圖1B】。

圖1：患者特征概述。（A）轉(zhuǎn)移部位概述；（B）MRI掃描（T1增強(qiáng)）顯示強(qiáng)化腫瘤通過開顱術(shù)鉆孔延伸，伴顱外強(qiáng)化腫瘤（箭頭）（左）；遠(yuǎn)處脊柱骨性轉(zhuǎn)移伴硬膜外壓迫（箭頭）（平掃）（右）；（C）Kaplan-Meier曲線顯示膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的總生存期，其中包括真性轉(zhuǎn)移（8例）和顱外延伸（6例）（log-rank p=0.028）。（顯著性水平p<0.05）。（D）患者疾病發(fā)展的時(shí)間線，從確診到死亡，包括開顱術(shù)時(shí)間點(diǎn)（組織病理學(xué)報(bào)告日期）。

病理亞型：14例GBM中6例表現(xiàn)為肉瘤分化（符合膠質(zhì)肉瘤GS亞型）。2例低級(jí)別膠質(zhì)瘤均進(jìn)展至高級(jí)別（WHO 3級(jí)）。

人口學(xué)與生存情況：男12例、女4例，診斷中位年齡為56.5歲（27-65歲）。顱外延伸組開顱手術(shù)次數(shù)顯著多于真性轉(zhuǎn)移組（3 vs 2，p=0.0450），且總生存期（OS）更長(zhǎng)（17.5 vs 7.5個(gè)月，p=0.0288）【圖1C】。GBM患者中位OS為12.5個(gè)月（范圍5-44個(gè)月），轉(zhuǎn)移后中位生存期86天（15-200天）；2例低級(jí)別膠質(zhì)瘤OS分別為147個(gè)月、35個(gè)月【圖1D】。

治療與分子標(biāo)志物：11例患者初治方案包括放療聯(lián)合替莫唑胺化療。GBM中MGMT啟動(dòng)子甲基化率14%（2/14），低級(jí)別膠質(zhì)瘤中為100%（2/2）。4例GBM存在TERT啟動(dòng)子熱點(diǎn)突變【表1，詳見原文】。

2.影像學(xué)特征

在腫瘤轉(zhuǎn)移途徑方面，未發(fā)現(xiàn)腫瘤與硬腦膜、腦室、大血管的距離與轉(zhuǎn)移能力的相關(guān)性，但6例顱外延伸患者中，5例在手術(shù)鉆孔處觀察到異常強(qiáng)化，提示腫瘤沿手術(shù)路徑生長(zhǎng)。1例顱外延伸患者見顱底強(qiáng)化，但與鉆孔關(guān)聯(lián)不明確。原發(fā)腫瘤影像學(xué)均符合高級(jí)別膠質(zhì)瘤典型特征，包括對(duì)比增強(qiáng)、中央壞死、FLAIR序列高信號(hào)（提示瘤周水腫）；無FLAIR/T2不匹配現(xiàn)象（IDH突變型膠質(zhì)瘤的特征性標(biāo)志）；腫瘤體積22.0-104.4cm3，與非轉(zhuǎn)移GBM體積分布無明顯差異。

3.克隆起源與遺傳特征

本研究對(duì)腫瘤的突變譜進(jìn)行分析，共檢測(cè)413個(gè)基因的1491個(gè)非同義體細(xì)胞突變，高頻突變?yōu)镻IK3CA、EGFR、PTEN、NOTCH1、SMARCA4【圖2A】。未發(fā)現(xiàn)DNA損傷修復(fù)通路（如錯(cuò)配修復(fù)）突變，亦無微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）證據(jù)。同源重組通路亦無異常。顱外延伸組的原發(fā)腫瘤TMB有升高趨勢(shì)，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4例腫瘤存在TERT啟動(dòng)子熱點(diǎn)突變。在13例GBM中，有8例的關(guān)鍵拷貝數(shù)變異（CDKN2A/B純合缺失、+7/-10染色體異常、EGFR擴(kuò)增）完全保留【圖2B】。所有患者腫瘤的MGMT甲基化狀態(tài)在疾病進(jìn)展過程中保持穩(wěn)定。

研究者對(duì)6名患者縱向采集的腫瘤樣本的變異等位基因頻率和拷貝數(shù)動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究，以探索驅(qū)動(dòng)腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移的機(jī)制。5名患者的顱內(nèi)復(fù)發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤均起源于原發(fā)腫瘤。僅有2名患者的顱內(nèi)復(fù)發(fā)腫瘤缺乏致癌基因突變【圖2C，詳見原文】。這表明膠質(zhì)瘤的轉(zhuǎn)移起源于原發(fā)腫瘤。

圖2A-B：轉(zhuǎn)移性成人膠質(zhì)瘤的分子特征。（A）Oncoprint圖顯示原發(fā)、復(fù)發(fā)及顱外轉(zhuǎn)移灶的突變圖譜。每列對(duì)應(yīng)單個(gè)樣本，按患者系統(tǒng)排列；y軸列出臨床相關(guān)突變基因，不同顏色代表臨床信息和突變功能；（B）通過DKFZ腦腫瘤分類器V.12.5鑒定的差異腫瘤亞群關(guān)鍵分子特征。

4.表觀遺傳動(dòng)態(tài)（甲基化譜改變）

甲基化譜分析顯示，68%（21/31）的腫瘤的甲基化類別可以可靠地進(jìn)行歸類（DKFZ分類器得分≥0.84）。原發(fā)GBM中最常見的甲基化類別為GBM_MES型（間質(zhì)型，43%）與GBM_RTK2型（21%），轉(zhuǎn)移灶中兩類別的分布比例相似（MES型43%、RTK2型14%）。

平均腫瘤純度15%-92%，原發(fā)、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移灶間無顯著差異。但腫瘤純度與甲基化類別得分顯著相關(guān)（R=0.3564，p=0.0490），提示純度可能影響甲基化分類的可靠性。

對(duì)所有樣本中變異程度最高的1%的探針進(jìn)行無監(jiān)督聚類分析，顯示8/14例患者的甲基化特征呈“患者特異性穩(wěn)定”（同一患者的不同階段樣本聚類在一起）【圖3A】；另外6例患者的甲基化特征不穩(wěn)定，其中2例（患者8、15）在進(jìn)展過程中發(fā)生甲基化類別轉(zhuǎn)變（如從GBM_RTK2轉(zhuǎn)為GBM_MES）【圖3B】。

研究者在原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶間共鑒定60724個(gè)差異甲基化位點(diǎn)，其中多數(shù)（>90%）在轉(zhuǎn)移灶中呈低甲基化，提示腫瘤進(jìn)展過程中存在全基因組DNA甲基化水平的下降。

圖3：原發(fā)腦腫瘤、顱內(nèi)復(fù)發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶的全基因組DNA甲基化譜分析。（A）熱圖顯示甲基化特征中變異度前1%探針的無監(jiān)督層次聚類；（B）Sankey圖顯示DKFZ腦腫瘤分類器V.12.5預(yù)測(cè)的原發(fā)腦腫瘤、顱內(nèi)復(fù)發(fā)灶和顱外轉(zhuǎn)移灶的甲基化分類。

5.RNA測(cè)序揭示腫瘤進(jìn)展過程中的亞型轉(zhuǎn)換

對(duì)5例GBM的ssGSEA分析顯示，2例原發(fā)腫瘤為經(jīng)典亞型，在復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移中轉(zhuǎn)變?yōu)殚g質(zhì)亞型。1例不能獲得原發(fā)腫瘤，以第一次復(fù)發(fā)腫瘤代替。該腫瘤在進(jìn)展過程中保持經(jīng)典亞型特征。相反的是，2例原發(fā)腫瘤為間質(zhì)亞型，1例轉(zhuǎn)移病灶保持了間質(zhì)亞型，另1例的復(fù)發(fā)病灶為經(jīng)典亞型，轉(zhuǎn)移病灶又轉(zhuǎn)換為間質(zhì)亞型。這說明轉(zhuǎn)錄亞型存在動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)換【圖4A，詳見原文】。

為探索真性轉(zhuǎn)移病灶和顱外延伸病灶是否由不同的轉(zhuǎn)錄程序激活，研究者對(duì)真性轉(zhuǎn)移和顱外延伸組的原發(fā)腫瘤【圖4B，詳見原文】以及復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移腫瘤【圖4C，詳見原文】進(jìn)行ssGSEA分析。真性轉(zhuǎn)移組的原發(fā)腫瘤中上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）通路激活程度顯著更高（p<0.05），另外TGFβ信號(hào)傳導(dǎo)、γ干擾素反應(yīng)、IL2-STAT5信號(hào)等炎癥相關(guān)通路激活。綜上，進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過程中存在轉(zhuǎn)錄可塑性以及RNA亞型轉(zhuǎn)換的證據(jù)。

6.腫瘤干性特征保持穩(wěn)定

基于甲基化干細(xì)胞特性估計(jì)值以及細(xì)胞標(biāo)志物（SOX2、OLIG2）和神經(jīng)元標(biāo)志物MAP2的的IHC結(jié)果顯示，在進(jìn)展及轉(zhuǎn)移過程中干細(xì)胞特性未顯示出差異。這表明腫瘤的干細(xì)胞特性并非GBM發(fā)生轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。

7.腫瘤微環(huán)境（TME）特征

腫瘤微環(huán)境被認(rèn)為與轉(zhuǎn)移的發(fā)生有關(guān)。細(xì)胞類型解卷積顯示，原發(fā)和轉(zhuǎn)移腫瘤中均以單核細(xì)胞來源的細(xì)胞為主導(dǎo)；NK細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、單核細(xì)胞來源的細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞在疾病變化中水平相似，組間無顯著差異【圖5A】中無顯著變化。僅顱內(nèi)復(fù)發(fā)灶中B細(xì)胞比例顯著降低（p<0.05）。

通過定量分析免疫細(xì)胞標(biāo)志物以研究免疫細(xì)胞組成。結(jié)果顯示顯示，CD8+T細(xì)胞、FOXP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和CD68+巨噬細(xì)胞的數(shù)量在原發(fā)、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移腫瘤中無顯著變化【圖5B-D，詳見原文】。與顱外延伸組相比，真性轉(zhuǎn)移組原發(fā)腫瘤的CD68 +巨噬細(xì)胞水平顯著降低（p=0.01，圖5D），且真性轉(zhuǎn)移組轉(zhuǎn)移腫瘤的CD68+巨噬細(xì)胞密度低于復(fù)發(fā)腫瘤（p=0.04）。

8. GFAP表達(dá)變化

與原發(fā)腦腫瘤相比，所有轉(zhuǎn)移灶中GFAP表達(dá)顯著降低或完全缺失，2例低級(jí)別膠質(zhì)瘤轉(zhuǎn)移灶亦呈現(xiàn)相同模式。這說明腫瘤進(jìn)展會(huì)導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞樣分化的喪失。

圖5A：小提琴圖和比例圖顯示原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移灶中B細(xì)胞、NK細(xì)胞、CD4?T細(xì)胞、CD8?T細(xì)胞、單核細(xì)胞衍生細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞的細(xì)胞類型反卷積比例。中位數(shù)以水平線顯示，第25和75百分位數(shù)以虛線水平線顯示?；颊?和13的原發(fā)腫瘤無細(xì)胞類型反卷積數(shù)據(jù)，比例圖中顯示為空白柱。

討論與結(jié)論

本研究證實(shí)，成人膠質(zhì)瘤可出現(xiàn)真性的顱外轉(zhuǎn)移，以及向顱外延伸。顱外延伸組的預(yù)后相對(duì)較好。由于復(fù)發(fā)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤需要更多開顱手術(shù)治療，增加了向顱外延伸風(fēng)險(xiǎn)。值得關(guān)注的是，有2例存在頭皮病灶患者，最初被認(rèn)為真性轉(zhuǎn)移。但進(jìn)一步影像學(xué)檢查提示頭皮腫瘤均靠近顱骨鉆孔，因此可以用沿手術(shù)路徑種植來解釋。另外腫瘤通過腦膜淋巴管擴(kuò)散也可能是轉(zhuǎn)移途徑之一。

本研究對(duì)轉(zhuǎn)移性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的MRI特征特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)諸多與轉(zhuǎn)移性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤顯著相關(guān)的典型征象，如不均勻強(qiáng)化、中央壞死及明顯占位效應(yīng)等，這些表現(xiàn)與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤已確立的影像學(xué)表現(xiàn)一致，常表現(xiàn)為血腦屏障破壞以及壞死核心被周圍存活的腫瘤組織環(huán)繞。腫瘤體積范圍廣泛，與文獻(xiàn)中報(bào)道的非轉(zhuǎn)移性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤體積情況相符，這表明腫瘤體積并不影響其轉(zhuǎn)移潛能。

通過對(duì)連續(xù)腫瘤樣本進(jìn)行突變分析，在5名患者中發(fā)現(xiàn)原發(fā)腫瘤是轉(zhuǎn)移腫瘤的克隆起源，且復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移瘤是平行演化的。甲基化譜分析顯示，至少有2例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤在轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生了甲基化類別轉(zhuǎn)變。此前已有研究表明，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤在復(fù)發(fā)時(shí)可能會(huì)發(fā)生甲基化類別轉(zhuǎn)變，而本研究首次表明這種轉(zhuǎn)變也可能發(fā)生在轉(zhuǎn)移過程中。在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過程中存在全基因組DNA甲基化水平的下降，仍需進(jìn)一步研究這一現(xiàn)象在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤轉(zhuǎn)移中的作用。另外腫瘤進(jìn)展及轉(zhuǎn)移過程中存在亞型的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，盡管樣本量有限，但總體趨勢(shì)是向間質(zhì)亞型轉(zhuǎn)變。

在真性轉(zhuǎn)移瘤中，上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）通路被激活的現(xiàn)象更顯著，這可能表明EMT通路的激活在真性轉(zhuǎn)移瘤的發(fā)展中起著重要作用。同樣的分析還顯示，在發(fā)生真性轉(zhuǎn)移的患者中，各種免疫反應(yīng)通路的表達(dá)上調(diào)，盡管樣本量有限無法得出確切結(jié)論，但這可能意味著與顱外延伸相比，真性轉(zhuǎn)移時(shí)免疫微環(huán)境的參與更為積極。

關(guān)于干細(xì)胞特性的分析中，基于甲基化的干細(xì)胞指數(shù)以及對(duì)細(xì)胞標(biāo)志物OLIG2和SOX2的定量檢測(cè)結(jié)果均顯示，原發(fā)、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移瘤之間無顯著差異。研究結(jié)果表明，干細(xì)胞特性并非膠質(zhì)母細(xì)胞瘤轉(zhuǎn)移進(jìn)程迄今為止的驅(qū)動(dòng)因素。

至今為止，尚無研究分析膠質(zhì)母細(xì)胞瘤轉(zhuǎn)移病灶的免疫微環(huán)境與原發(fā)腫瘤的差異。本研究發(fā)現(xiàn)原發(fā)腫瘤和繼發(fā)腫瘤的免疫細(xì)胞組成驚人地相似。因此，廣為接受的“免疫豁免腦”這一概念似乎并不適用于發(fā)生轉(zhuǎn)移的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。不過，出現(xiàn)顱外延伸的患者原發(fā)腫瘤中CD68+巨噬細(xì)胞的水平高于真性轉(zhuǎn)移。鑒于巨噬細(xì)胞可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移，可以推測(cè)它們可能參與了向顱外延伸的過程。

本研究結(jié)果表明上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化參與了膠質(zhì)瘤的轉(zhuǎn)移。多個(gè)轉(zhuǎn)移灶GFAP的表達(dá)降低，這反映了腫瘤進(jìn)展過程中星形膠質(zhì)細(xì)胞樣分化的喪失。本研究的甲基化分析表明甲基化類別向間質(zhì)亞型轉(zhuǎn)變，顯示膠質(zhì)瘤在發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中在表觀遺傳水平上具有可塑性。在轉(zhuǎn)錄水平上也觀察到了同樣的模式。我們的隊(duì)列中還包含異質(zhì)性多的膠質(zhì)肉瘤，我們推測(cè)這種亞型特有的間質(zhì)成分增加了轉(zhuǎn)移的可能性。

總之，本研究證明原發(fā)腫瘤是膠質(zhì)瘤轉(zhuǎn)移病灶的克隆起源。膠質(zhì)瘤向顱外延伸與真性轉(zhuǎn)移是不同的。另外腫瘤發(fā)展過程中存在表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄亞型的可塑性。而腫瘤微環(huán)境中的免疫細(xì)胞成分不受轉(zhuǎn)移部位的影響，這表明未來針對(duì)膠質(zhì)瘤的腫瘤微環(huán)境導(dǎo)向療法可能對(duì)轉(zhuǎn)移灶也有效。

參考資料：Clinical, radiological, and molecular insights into extracranial metastases from adult gliomas. Neuro-Oncology,2025. doi:10.1093/neuonc/noaf178

敬請(qǐng)注意：本文僅供相關(guān)專業(yè)人員學(xué)習(xí)參考之用，文中的所有信息均不作為診斷和治療疾病的依據(jù)。如出現(xiàn)文中描述的癥狀，請(qǐng)及時(shí)就醫(yī)。另外，本文僅節(jié)選原文的一部分，內(nèi)容可能不完整或與原文存在偏差，若需更完整的信息請(qǐng)參閱原文。