儿童中枢神经系统肿瘤中胚系致病性变异对体细胞改变及患者预后的影响研究

《Nature Communications》：Germline pathogenic variation impacts somatic alterations and patient outcomes in pediatric central nervous system tumors

本研究针对儿童中枢神经系统(CNS)肿瘤中罕见胚系致病性/可能致病性(P/LP)变异研究不足的现状，通过对830例患儿进行多组学整合分析，发现23.3%患者携带癌症易感基因(CPG)胚系P/LP变异，其中71%未获临床诊断。研究首次系统揭示了胚系变异通过二次打击、表观遗传调控和选择性剪接等机制影响肿瘤发生发展，并证实其与患者生存预后显著相关，为推广胚系检测提供了重要循证依据。

　　

在全球范围内，每年有超过47,000名儿童和青少年被诊断出中枢神经系统(CNS)肿瘤，这已成为儿童癌症相关死亡的首要原因。尽管研究表明4-27%的儿童癌症患者携带罕见致病性胚系变异，但针对CNS肿瘤群体的系统性研究仍存在显著空白。目前已有20多种遗传性癌症易感综合征(CPS)被证实与CNS肿瘤相关，超过30个癌症易感基因(CPG)的功能缺失变异可增加特定儿科CNS肿瘤的发病风险。然而，由于缺乏大规模队列研究，胚系变异在CNS肿瘤发生发展中的完整谱系和功能影响尚未明确，这严重限制了靶向胚系检测的临床应用价值。

发表在《Nature Communications》的这项研究首次对830例儿童CNS肿瘤患者进行了全面的胚系-体细胞多组学整合分析。研究人员利用儿童脑肿瘤图谱(PBTA)资源，整合全基因组/外显子组测序、转录组、蛋白质组和DNA甲基化数据，系统揭示了胚系变异通过调控体细胞二次打击、选择性剪接和表观遗传改变等机制影响肿瘤生物学特征和临床预后。

主要技术方法包括：采用AutoGVP和InterVar对211个CPG进行胚系变异致病性注释；通过肿瘤/正常配对样本分析体细胞二次打击(SNV/InDel、拷贝数变异、杂合性缺失)；利用rMATs进行选择性剪接分析；基于COSMIC特征和Infinium甲基化芯片解析突变谱和表观遗传改变；采用多变量Cox模型评估生存差异。所有数据均来自儿童脑肿瘤网络(CBTN)和儿科神经肿瘤联盟(PNOC)队列。

研究结果：

队列特征与研究流程

研究纳入了830例儿童CNS肿瘤患者，包括790例全基因组测序和40例全外显子测序数据，涵盖15种2021年WHO分类的肿瘤组织学类型。通过整合多组学数据模态(RNA测序770例、蛋白质组192例、甲基化730例)，构建了完整的胚系-体细胞分析框架。

儿童CNS肿瘤患者中CPG胚系P/LP变异普遍存在

共鉴定出225个胚系P/LP变异(207个SNV/InDel，18个结构变异)，涉及23.3%(193/830)的患者。其中80.2%的变异获得ClinVar数据库支持，137例携带者未获得临床CPS诊断。变异分布呈现组织学特异性，神经纤维瘤plexiform(NFP)(11/15，OR=9.5)和高级别胶质瘤(HGG)(26/76，OR=1.8)显著富集。所有室管膜下巨细胞星形细胞瘤(SEGA)患者均携带P/LP变异，主要为TSC1/2基因。

胚系致病性变异在患者队列中显著富集

与无癌对照队列(PMBB和gnomAD)相比，CPG P/LP变异在PBTA队列中显著富集(OR=1.6-1.7，p<10^-7)。DNA修复通路变异在HGG中尤为突出，错配修复(MMR)基因变异携带者肿瘤突变负荷(TMB)显著升高(p=1.2e-04)。

胚系CPG P/LP携带者呈现体细胞二次打击

34.6%(78/225)的变异伴随体细胞功能缺失事件，包括8例致癌性体细胞突变和63例杂合性缺失(LOH)。携带二次打击的患者显示显著更低的转录本丰度(p=9.7e-04)。DNA甲基化分析发现102个高甲基化和317个低甲基化探针，提示表观遗传沉默是重要补充机制。

胚系变异影响选择性剪接和基因功能

剪接区P/LP变异导致近端内含子滞留和外显子跳跃显著增加。发现32个显著差异剪接事件，其中80%为新型剪接连接。例如，PTCH1剪接受体变异导致外显子2跳跃，影响固醇转运结构域；LZTR1无义变异引起内含子14滞留，导致转录本显著降低(R=-0.71，p=9.5e-3)。

MMR基因变异驱动独特分子特征

H3野生型HGG中MMR P/LP携带者显示MMR缺陷特征显著富集(p=0.0033)和全局低甲基化(p=0.003)。TMB与甲基化水平在H3野生型HGG中呈显著负相关(R=-0.72，p=7.6e-06)，提示表观遗传与突变进程的相互作用。

P/LP携带者呈现差异生存结局

KIAA1549::BRAF融合阳性低级别胶质瘤(LGG)的P/LP携带者无事件生存期(EFS)显著更差(HR=2.67，p=0.03)。相反，髓母细胞瘤(MB)携带者显示更好生存(p<0.01)，这与较低转移率(OR=0.31)和TMB相关。分子亚型分析发现婴儿SHH亚组(β和γ)在P/LP携带者中富集(OR=1.7，p=0.01)，而儿童-成人亚组(α和δ)预后较差。

研究结论与意义：

该研究通过大规模多组学分析证实，胚系致病性变异在儿童CNS肿瘤中具有较高检出率(23.3%)，且多数未被临床识别。研究发现34.6%的携带者存在体细胞二次打击，揭示了胚系变异通过LOH、选择性剪接和表观遗传沉默等多重机制驱动肿瘤发生。特别重要的是，研究首次报道了ATM基因与松果体母细胞瘤(PB)的潜在关联，揭示了MMR缺陷型HGG中TMB与全局低甲基化的显著负相关，并发现了胚系变异在髓母细胞瘤中具有保护性效应的独特现象。这些发现强调了在诊断时实施常规胚系检测的临床必要性，为完善遗传咨询、个体化治疗和预后评估提供了重要科学依据。