[研究]颅咽管瘤的分子病因学分型与临床意义 | 冯英 钟历勇
本文转载自中华医学杂志,2017,97( 22 )；本文作者：北京天坛医院冯英 钟历勇
颅咽管瘤为起源于垂体胚胎发育过程中颅颊囊残存的鳞状上皮细胞的良性肿瘤，多数位于鞍上，少数在鞍内或上突于第三脑室，肿瘤的占位效应常影响下丘脑、垂体和视交叉的结构与功能。发病率为0.5～2.0/百万人年，30%～50%在童年或青春期发病。临床表现为颅内压增高、视力视野障碍和内分泌功能障碍等。根据世界卫生组织的分类，颅咽管瘤有两个不同的亚型：造釉细胞型颅咽管瘤(adamantinomatous craniopharyngioma，ACP)和乳头状型颅咽管瘤(papillary craniopharyngioma，PCP)，既往均基于组织学和流行病学来鉴别。最近的研究表明，这两种分型具有不同分子基础，为颅咽管瘤的起源和分子病因学发病机制提供了有力的证据，并证实了两个亚型不同的特点以及相关的分子药物治疗靶点。
一、颅咽管瘤的流行病学与分子病因学概况
ACP的发病率呈双峰型，可以在任何年龄段诊断，第一发病高峰发生在儿童与青少年，主要为15岁以下患儿，第二发病高峰多发生在50～74岁的成年人。ACP通过适当的临床干预，病死率通常很低，但由于鞍区占位效应对下丘脑-垂体与视束系统的严重影响，在鞍区肿瘤占位效应消除治疗(手术与放疗)后，神经内分泌功能(下丘脑-垂体-靶腺)多呈不可逆的受损，多数垂体-靶腺轴系激素需要终身替代以获得生存。现已认为ACP为一种慢性病，目前除手术和(或)放疗外，还没有针对ACP的特异性药物治疗方法。了解ACP发病的细胞和分子机制，对临床治疗和管理患者，改善预后具有重要的指导意义。
PCP几乎全部发生于40～55岁的成人，绝大多数的PCP具有BRAFV600E基因突变，可用突变特异性免疫组化和靶基因测定方法对PCP进行病理诊断。PCP的靶向药物治疗现在也成为可能。最近有研究指出，应用BRAF抑制剂维罗非尼和达拉非尼治疗术后残留或复发的PCP，可明显缩小肿瘤体积，具有良好的短期影响。了解颅咽管瘤的分子学发病机制，不仅能够明确对应临床表型的特征表现、对代谢的影响，而且对肿瘤的靶向药物治疗也提供了新的思路。
二、颅咽管瘤不同分子病因学分型的组织病理学特征
ACP的组织病理学特征为星状网结构，即由鳞状上皮细胞和不规则栅栏状柱状上皮细胞组成，形成密集排列的细胞群与松散聚集的鳞状细胞结合形成星状网结构。其中，湿角蛋白是ACP的标志，指在密集排列区或松散聚集区域发现的残余苍白核内嗜酸粒细胞角蛋白团。ACP存在嗜酸性胞质的无核细胞结节大面积退行性变，即包含含铁血黄素沉积、胆固醇结晶、多核异物巨细胞，炎症与钙化。β-连环蛋白(β-catenin)在细胞核质内呈螺纹状结构聚集(现称为"细胞团")，这些小的细胞团均匀分布在整个肿瘤组织中；β-catenin聚集的集群细胞，通过激活Wnt/β-catenin通路，作用于靶蛋白并促进轴抑制蛋白2(AXIN2)、淋巴增强因子1(LEF1)和骨形态发生蛋白4(BMP4)表达，影响肿瘤细胞的迁移和肿瘤的发生。上述β-catenin聚集的集群细胞是ACP的一个特异性标志，与PCP及其他鞍区肿瘤区别开来。
PCP的组织病理学特征是由致密、单一的多层分化良好的鳞状上皮细胞，覆盖着由微型毛细血管和弥散的巨噬细胞和中性粒细胞等免疫细胞所组成的纤维血管间质。其中的鳞状上皮细胞未见ACP的标志性特征如胆固醇结晶、钙化、湿角蛋白和炎症等退行性改变。偶见纤毛上皮细胞和杯状细胞，组织形态类似伴有鳞状上皮化生的Rathke囊肿。
三、CTNNB1基因突变与Wnt/β-catenin通路激活在ACP分子病因学中的作用
腺垂体是主要的内分泌器官，调节重要的生理过程如生长、繁殖、代谢和应激等。腺垂体的分化和正常形态的维持由几个转录因子和信号通路的活性调节[，Wnt/β-catenin通路就是其中之一，它在腺垂体发育成熟过程中对细胞进程具有重要调节作用。转录激活因子β-catenin的稳定性控制Wnt/β-catenin通路的活化。Wnt配体缺乏时，β-catenin通过复杂的解析和迅速降解发生磷酸化，经由泛素化途径，防止其稳定性和通路的激活；而当β-catenin与Wnt配体结合后，扰乱了这种复杂的解析过程，阻碍了β-catenin的磷酸化及随后的泛素化和降解，稳定的β-catenin进入细胞核，激活该通路的靶基因表达。
采用小鼠胚胎ACP模型进行的分子遗传学研究已证实，Wnt/β-catenin通路为正常垂体形态发生和分化所必须，它是激素分泌细胞在垂体发育后期最终分化的必要条件。在早期阶段必须加以抑制以确保Rathke囊细胞的正常增殖。因此，Rathke囊细胞内Wnt/β-catenin信号通路上调，可导致明显的垂体增生，进而使腺垂体生长激素、催乳素和促甲状腺激素细胞分化受损。通过转基因小鼠模型，使该动物模型编码β-catenin的CTNNB1基因外显子3点突变，从而使β-catenin的磷酸化和随后的退化减弱，导致Wnt/β-catenin通路过度激活。这可能对人类ACP，尤其是儿童期发病的ACP分子病因学机制有所揭示。
人类全基因组扫描遗传分析表明，高达92%的ACP都具有编码β-catenin的CTNNB1基因外显子3点突变，导致β-catenin核质积累集群细胞，过度激活Wnt/β-catenin信号通路，使下游靶基因表达上调，导致ACP发生。因此，Wnt/β-catenin信号通路异常是ACP主要的分子病因学发病机制。
组织病理学分析也显示，人类ACP的特征性标志如巨大的囊肿，核质聚集β-catenin的细胞团，AXIN2、LEF1和BMP4表达，均表明Wnt/β-catenin通路的活化。集群细胞尚具有信号中心样的功能，能表达各种分泌蛋白，包括成纤维细胞生长因子、转化生长因子β、表皮生长因子等；此外，一些趋化因子和细胞因子及其受体，即炎症的重要介质，也都在集群细胞团中上调，表明ACP可能为炎症驱动的肿瘤。这些因素在许多肿瘤/癌组织中表达，并在肿瘤生物学中发挥关键性作用。
β-catenin可剂量依赖性地调节靶基因的表达，通过糖异生酶磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶(PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase)调节糖异生，并能调节胰岛素信号转导，从而调节血糖浓度。Wnt信号通路参与葡萄糖、胆固醇和糖原代谢途径的调节，在代谢紊乱中发挥作用。基础研究发现，Wnt/β-catenin通路可调节靶基因低密度脂蛋白相关蛋白5(LRP5)，通过调节脂肪祖细胞的增殖分化和存储，从而调节人体脂肪分布。通过滴定β-catenin信号强度可调节LRP5基因表达和活动，影响脂肪祖细胞生物学基因行为，从而干预人体脂肪堆积，达到更有益的脂肪分布。这可能为ACP导致的下丘脑综合征(如下丘脑性肥胖)及与其相关的心脑血管疾病危险因素的防治提供了潜在的理论思路。
四、BRAF基因突变在PCP分子病因学中的作用
外显子测序证实了95%以上的PCP存在BRAF基因突变。Larkin等对21例PCP患者进行全基因组测序，发现95%的PCP存在BRAF基因突变；Schweizer等对18例PCP患者采用单克隆抗体免疫组化研究发现，所有的PCP均存在BRAF基因突变；Brastianos等对39例PCP患者外显子测序也证实，95%的PCP存在BRAF基因突变，而3例复发PCP患者则均存在BRAF基因突变。最初，Brastianos等用靶向基因分型分析PCP患者，发现了BRAF基因突变，在此基础上，通过免疫组化技术，应用抗体选择性识别BRAFV600E抗原表位，观察到肿瘤细胞群中存在广泛的免疫反应，即乳头状肿瘤鳞状上皮细胞呈现的BRAFV600E弥漫性染色，与淋巴细胞和肿瘤纤维血管核心基质细胞的免疫反应无关。BRAF基因突变激活了丝氨酸-苏氨酸激酶，调节丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/细胞外信号调节激酶(ERK)信号通路，影响细胞分裂分化，导致PCP发生。现认为MAPK信号通路的激活可能是PCP主要的致癌驱动因素。
五、颅咽管瘤分子病因学分型的诊断学意义
ACP和PCP代表不同的分子病因学亚型，这两种分子病因机制均通过驱动单一有效的基因突变来实现，具有各自特定的表观遗传改变，并受不同的分子途径和特定起源影响。癌基因的基因突变、转录调控与临床表型有关，从发病早期至疾病不同临床阶段，可通过不同的症状表现、鞍区影像特征、组织病理形态以及肿瘤复发率将ACP与PCP区分开来。
ACP初始症状通常以鞍区肿瘤占位效应为主，如头痛、恶心、颅内压高等；亦可表现为体重明显增加，故下丘脑性肥胖常成为诊断ACP的线索；随着病情加重，可出现视力视野障碍和下丘脑-垂体-靶腺轴系功能紊乱。而与ACP相比，PCP在诊断时神经内分泌功能紊乱更为显著，受累及的依次为垂体-生长激素轴、垂体-性腺轴、垂体-肾上腺皮质轴与垂体-甲状腺轴。40%～87%的初诊断PCP患者至少存在1个垂体-靶腺轴系的功能紊乱，多数PCP患者存在多个垂体-靶腺轴系功能的联合损害。
迄今为止，遗传学全基因组测序可清楚鉴别诊断这两类分子病因学亚型，其主要的遗传流行病学特征为：ACP患者约92%存在CTNNB1外显子3突变；PCP患者约95%以上存在BRAF基因突变。Hölsken等发现不同分子病因学亚型的突变位点是相互排斥的，因此可成为临床鉴别ACP与PCP极有价值的分子诊断遗传学标志。颅咽管瘤的两个亚型具有不同的分子病因起源，在表观遗传和转录水平上都具有显著的不同之处，验证了CTNNB1和BRAF在颅咽管瘤鉴别诊断中的有效性。这使得颅咽管瘤分子病因学分型如有效应用于诊断、治疗和临床结局的管理将具有极其重要的临床意义。虽然Larkin等在2例ACP中发现同时存在CTNNB1和BRAF基因突变，但迄今为止尚未发现PCP中存在CTNNB1突变的证据。关于颅咽管瘤是否存在CTNNB1突变和BRAF突变并存类型，目前尚无定论。
六、结语与展望
颅咽管瘤的分子病因学研究已部分揭示了人类颅咽管瘤潜在的分子发病机制。CTNNB1突变导致的β-catenin聚集细胞团的活化与ACP亚型的特征有关，其发病机制可能是通过Wnt/β-catenin信号通路过度激活来实现，被认为是ACP亚型分子病因根源；PCP患者BRAF突变所导致的MAPK信号通路激活被认为是PCP主要的致病驱动因素。并且PCP患者的BRAF突变与ACP患者的CTNNB1突变表现为排他性，该特性使得常规免疫组化测定成为鉴别诊断两者的可靠方法。
监测ACP亚型特异性信号通路Wnt/β-catenin的活化，可能使靶向干预治疗ACP成为现实，为ACP亚型的药物治疗研究提供新的分子靶向治疗途径。目前已有针对Wnt信号通路的靶向药物处于基础研发阶段。BRAF抑制剂可能为PCP亚型的内科学治疗带来新曙光，有研究报道BRAF抑制剂在部分PCP亚型患者已获得治疗效果[26,27,28],但目前仍不清楚该药是否与手术/放疗一样可有效消除占位效应而成为一线治疗措施，抑或成为PCP术后复发的备选药物治疗方案。总之，ACP和PCP中CTNNB1和BRAF突变的发现，为分子靶向研究治疗颅咽管瘤的路径提供了新的策略。
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