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血液肿瘤的分子诊断

2021.5.22

随着分子生物学及其相关技术的迅速发展,血液系统肿瘤的诊断已进入“精确诊断”时代。目前血液学实验室中主要的分子生物学平台包括聚合酶链反应(PCR)技术、测序技术和基因芯片等;这些技术具有灵敏度高、特异性强、重复性好等优点,在血液肿瘤的诊断、分型、预后判断、疗效评估、微小残留病的监测及个体化治疗等多个方面发挥了重要作用。我们简要概述分子生物学在血液肿瘤诊断中的应用和进展。

一、急性白血病

急性白血病是一类造血干细胞在分子水平发生异常而导致的分化障碍和凋亡阻滞的异质性疾病。具有相同分子遗传学异常的白血病在致病机制、细胞形态、免疫表型和预后等方面基本相似。融合基因主要通过染色体的易位形成,是急性白血病的一种重要致病机制,融合基因的检测已成为急性白血病诊断和分型的重要依据。AML1-ETO、PML-RARα、CBFβ-MYH11等是急性髓系白血病(AML)最常见的融合基因,可据此进行诊断和分型,当患者出现以上3种重现性遗传学异常时,即使原始细胞<20%,也诊断为AML;B系的急性淋巴细胞白血病(ALL)中较常见的融合基因包括BCR-ABL、TEL-AML1、E2A-PBX1、MLL-AF4和MYC-IgH等;T-ALL较常见的融合基因有SIL-TAL1和RHOM2-TCRδ等。此外,许多较罕见的融合基因也被陆续报道,如DEK-CAN、NUP98-HOXA9、NUP98-HOXD13和GTF2I-RARA等。

预后危险度分层是制定治疗策略的主要依据,FLT3-ITD、c-kit、NPM1和CEBPα的突变已被常规用于对AML进行危险度分层。FLT3-ITD和c-kit为不良预后因素,而NPM1和双突变的CEBPα患者大多预后良好。除此之外,近年来发现了更多的基因如DNMT3A、IDH1、IDH2、TET2、WT1、ASXL1、KRAS、NRAS、RUNX1和CBL等突变,大多为AML预后不良的指标。涉及ALL预后的基因有IKZF1、PAX-5、NOTCH1、FBXW7、CDKN2A/B、CRLF2、TP53、JAK1/2、CREBBP、PHF6和CDKN1A等;其中IKZF1突变主要见于B-ALL,与高复发率、不良事件的发生相关;NOTCH1和FBXW7则是T-ALL常见的突变,二者突变常同时存在,提示预后良好。

微小残留病(MRD)检测已被常规用于评价白血病的预后和疗效。目前已有多种分子标志物被用于MRD水平检测,包括RUNX1、WT1、NPM1等。

二、骨髓增殖性肿瘤(MPN)

作为人类发现的第一个融合基因,BCR-ABL是确诊慢性粒细胞性白血病(CML)的主要依据。定期监测BCR-ABL的表达水平,可准确评估其疗效及预后判定。酪氨酸激酶抑制剂(TKI)的使用是肿瘤个性化治疗的里程碑,而ABL激酶区突变则是TKI治疗失败的重要原因,及时检测ABL激酶区突变,有助于选择相应的治疗方案。

WHO2008造血与淋巴组织肿瘤分类中将MPN分为8类,其中真性红细胞增多症(PV)、原发性血小板增多症(ET)和原发性骨髓纤维化(PMF)合称为经典MPN,长期以来经典MPN的诊断主要依赖于骨髓病理的检查。2005年JAK2/V617F突变的发现,使得MPN的诊断取得突破性的进展,尤其是在PV中的高频率;随后报道的JAK2 Exon12及MPL Exon10的突变进一步扩充了MPN的分子指标,但是仍有40%~50%的ET和PMF患者缺乏特异性的分子标志物。2013年对CALR基因突变的研究表明,除少数MDS患者外,CALR基因突变主要见于MPN,联合检测JAK2、MPL、CALR基因突变,在MPN患者中的阳性率可达90%以上。与JAK2突变的患者相比,CALR突变的ET和PMF患者表现出较低白细胞计数、较高的血小板计数、以及更好的总生存率。CALR突变的检测进一步提高了MPN的诊断水平。

另外一项研究为慢性中性粒细胞白血病(CNL)的诊断及治疗带来重大突破。研究人员发现27例CNL或不典型CML患者中,有16例患者(59%)存在CSF3R突变,而该突变在其他研究对象中的检出率不到1%,表明这些CSF3R突变为这两种疾病所特有。CSF3R突变包括截断突变和近膜突变两种,分别对多激酶抑制剂Dasatinib和JAK家族激酶的抑制剂鲁索替尼敏感。鉴于CALR及CSF3R在MPN亚型诊断中的高度特异性,Tefferi等建议新的WHO分类系统中将二者的检测纳入MPN的诊断标准中。

三、骨髓增生异常综合征(MDS)

MDS的发生和演变是一个累及多基因的多步骤的病理过程,目前发现的参与MDS发生发展的基因突变主要包括:(1)表观遗传调节子基因,如TET2、ASXL1、DNMT3A、EZH2、IDH1、IDH2和ATRX等;(2)剪接体复合物蛋白编码基因,如SF3B1、SRSF2、U2AF1和ZRSR2等;(3)信号转导相关基因及转录因子编码基因,如KRAS、NRAS、RUNX1、JAK2和CEBPα等;(4)其他,如TP53、NPM1等。其中ASXL1、EZH2、RUNX1、TP53、SRSF2和ZRSR2被认为是预后不良基因。SF3B1突变是难治性贫血伴有环形铁粒幼细胞(RARS)的主要致病基因,突变率高达84.8%,伴有该突变的患者预后较好;TET2突变最早在MDS中发现,且是MDS中突变率较高的基因,目前TET2突变对MDS预后的影响尚有争议,有待于通过大量的病例进一步验证。

四、淋巴瘤

淋巴瘤是病理诊断中的一个难点,部分病例表现复杂,单纯通过形态学和免疫表型很难准确鉴别,而一些特异性的遗传和分子水平的改变则可帮助诊断及进一步分型。淋巴瘤的形成是由于淋巴细胞成熟阻滞于某个阶段发生克隆性增生,因此全部肿瘤细胞具有一个相同的免疫球蛋白(Ig)或T细胞受体(TCR)基因重排,即单克隆性重排。需要注意的是,克隆性的增生并不一定就是淋巴瘤,当患者存在免疫缺陷(先天性、移植后、人免疫缺陷病毒感染)、自身免疫性疾病、EB病毒感染性淋巴组织增生性病变、良性单克隆性γ球蛋白病、良性皮肤T细胞增生性病变等时也可检测到克隆性的改变。另外,Ig和TCR基因并不局限于B和T细胞谱系,存在着谱系交叉,特别是在原始淋巴细胞性肿瘤中。NK细胞目前没有特别理想的克隆性标志物,虽然杀伤细胞免疫球蛋白样受体(KIR)家族中的CD158a、CD158b和CD158e的限制性表达是NK细胞克隆性的标志,但和CD158家族的复杂性相比,目前有限的CD158抗体不足以用于临床诊断。

霍奇金淋巴瘤(HL)是治愈率较高的一类肿瘤。研究证实HL中存在JAK-STAT和NF-ΚB信号通路的激活。全基因组测序的结果发现两个编码JAK-STAT信号通路调控因子的基因发生突变,分别是SOCS1和PTPN1。此前的研究已经证实SOCS1是HL中一个重要的肿瘤抑制基因;PTPN1突变见于20%的HL患者,该基因的沉默可引起下游靶基因的过度磷酸化及过表达。这些基因的鉴定有助于进一步发现HL的特殊标志物。

根据基因表达谱的特点,弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)分为三类:生发中心B细胞样的DLBCL(GCB-DLBCL)、活化性B细胞样DLBCL(ABC-DLBCL)和原发性纵隔大B细胞淋巴瘤(PMBL)。相对与预后较好的GCB-DLBCL,ABC-DLBCL的一个主要特征就是基因突变(如CARD11)导致NF-κB信号通路的持续激活。通过全基因组测序,目前已经鉴定了许多与DLBCL相关的基因,主要涉及B细胞功能(BCR、NF-κB、NOTCH、Toll样受体和PI3K信号通路)、免疫调节、细胞周期/凋亡或表观遗传调控。MYD88是ABC-DLBCL中频率最高的突变,约为30%;GCB-DLBCL中最常见的突变基因是EZH2。ABC-DLBCL和GCB-DLBCL共同存在的突变基因包括参与染色质甲基化的基因(如CREBBP和EP300)、MLL2和FOXO1等。Love等首先完成了对Burkitt淋巴瘤基因组的测序,通过与DLBCL基因组比较,除了特征性的MYC基因以外,还鉴定了70个重现性突变基因,其中可促进细胞周期进程及增殖的ID3基因突变出现在34%的Burkitt淋巴瘤患者中,而在DLBCL中未检测到。这一发现为Burkitt的鉴别诊断及治疗提供了重要依据。

套细胞淋巴瘤(MCL)的一个标志性改变为cyclin D1的易位。新近学者发现,MCL中频率较高的突变基因除了包括已知的CCND1外,还有ATM、TP53、MLL2,以及编码抗凋亡蛋白的基因(BIRC3、TLR2)和参与染色质修饰的基因(WHSC1、MLL2和MEF2B)等。在慢性淋巴细胞性白血病(CLL)的研究中,Wang等通过对CLL进行大规模平行测序,确认了9种基因突变的出现频率显著增加,分别是TP53、ATM、MYD88、NOTCH1、SF3B1、ZMYM3、MAPK1、FBXW7和DDX3X,这些新发现有助于进一步对CLL进行分类及预后评估。

2011年BRAF V600E突变的发现,开拓了毛细胞白血病(HCL)诊断及靶向治疗的新时代。随后的研究证实,BRAF V600E仅见于典型的HCL,而变异型HCL及表达IGHV4-34的HCL缺乏BRAFV600E突变;HCL中除了BRAF V600E突变外,在BRAF第11外显子上还鉴定了2个新的突变点(F468C和D449E)。因此对于BRAF V600E阴性的HCL,还应检测BRAF第11外显子。新近有学者发现,MYD88 L265P突变广泛存在于华氏巨球蛋白血症(WM)患者,而在多发性骨髓瘤、边缘区淋巴瘤及CLL等中无表达或罕见表达。因此,MYD88 L265P成为淋巴浆淋巴瘤诊断的重要依据。

虽然外周T/NK细胞淋巴瘤的诊断和分类很大程度上依赖于免疫表型,但根据现有的免疫表型,仍有40%~50%的外周T细胞淋巴瘤不能被鉴别,被归类为非特殊类型外周T细胞淋巴瘤(PTCL-NOS)。Iqbal等利用基因表达谱对372例PTCL患者的标本进行了分析,其中55例PTCL-NOS患者通过分子标记被重新归类。此外,根据基因表达谱差异,还将121例PTCL-NOS患者分为两个亚型,其中40例患者(33%)高表达GATA3,与预后不良高度相关;另有59例患者(49%)高表达TBX21。

尽管在血管免疫母细胞淋巴瘤(AITL)患者中报道存在TET2、IDH2和DNMT3A的突变,但是这些基因突变同样存在于其他的髓系肿瘤中,不具有特异性。全外显子组测序的结果发现68%的AITL患者检测到RHOA G17V突变,而在B细胞恶性肿瘤及髓系肿瘤中未见该突变,提示RHOA可作为AITL的特异性分子标记物及治疗靶点。

肠病相关性T细胞淋巴瘤(EATL)分为1型和2型,2型诊断比较困难,常常与1型及其他发生在肠道的PTCL相混淆。2013年Tan等发现了一种新的分子标志物MATK,在2型EATL患者中高表达,从而有助于2型EATL的准确诊断。

2012年Koo等的研究为NK细胞淋巴瘤的诊断和治疗带来新的希望。该研究同样采用全外显子组测序技术筛选出分子靶标JAK3,后续的验证实验发现35.4%患者存在JAK3突变;同时JAK3的突变使得NK细胞淋巴瘤的细胞系能够在缺少必需生长因子白细胞介素(IL)-2的条件下也能生长,这意味着该突变引起了JAK3的特异激活,使得JAK3有望成为一种可能的药物靶标。

随着第二代测序的广泛应用,必然会发现越来越多的分子标志物及治疗靶点,从而使分子诊断技术在血液肿瘤诊治中发挥更加重要的作用。但是如何规范化应用分子诊断技术以及相应的分子病理实验室的质量体系的建设,依然是我们所面临的挑战。


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