文献解读 | 骨巨细胞瘤恶性转化的驱动因素

骨巨细胞瘤(Giant cell tumour of bone, GCTB)是一种良性侵袭性肿瘤，多为良性，但存在恶变和转移的风险。这种肿瘤主要出现在长骨的成熟骨骺部位，尤其是股骨远端和胫骨近端。罕见的良性骨巨细胞瘤(GCTB)是由组蛋白基因H3-3A或H3-3B的3.3家族中几乎唯一的突变定义的。目前认为GCTB有两个无法解释的现象特别令人感兴趣：第一，尽管在原发性或转移性病变中缺乏恶性组织学特征，但仍会发生肺转移；第二，在原发性恶性骨肿瘤中偶尔会发现特征性的H3-3A突变，这些肿瘤通常与传统GCTB肿瘤具有相同的特征。因此，研究者开始使用全基因组测序和全基因组甲基化测序探索这些现象背后的基因组事件。 

这项研究通过对9个具有H3-3A突变的普通骨巨细瘤样本、1个良性转移性GCTB样本和7个具有H3-3A/B:p.G34W/R突变的原发性恶性骨肿瘤样本进行遗传事件研究，并对包括骨巨细胞瘤在内的122个骨肿瘤样本的甲基化谱进行测序，利用癌症基因组的分析管道来生成体细胞突变、结构变异和拷贝数变化的目录。这些样本均来自Royal National Orthopaedic Hospital的生物样本库。

该研究结果发现，良性GCTB的基因组类似于其他良性间充质肿瘤（图1A），除了典型的H3-3A突变外，它们几乎没有任何类型的体细胞变化，也没有已知的可信的驱动突变。相比之下，研究者发现组织学恶性的伴有p.G34H3.3突变的骨肿瘤具有类似于骨肉瘤的基因组特征。在这7例具有H3-3A/B:p.G34W/R突变的原发性恶性骨肿瘤样本中，3例突变略有增加，其余4例突变更复杂。与骨肉瘤不同的是，恶性H3.3突变骨肿瘤富含端粒功能障碍的突变。其中2例在TERT转录起始位点上游124bp处有单等位基因G>A突变，增加了启动子的结合。另外PD3788d样本，有一个复杂的重排事件，导致MEGF10基因和TERT启动子并列。而样本PD4922e和PD30985a也被鉴定为端粒明显延长，其与ALT突变相关。其余2个恶性肿瘤样本都有一个额外的组蛋白赖氨酸去甲基化酶KDM4B或KDM5A的双等位基因丢失。与恶性肿瘤相比，转移瘤(PD38329c/d)和原发病变(PD38329a)的形态都是常规的GCTB，这反映在低突变负荷和没有额外的驱动突变。

图 1

图1 H3.3-突变肿瘤的概况。(A)良性转移（最左)和恶性骨巨细胞瘤(最右）的H&E和H3.3G34W免疫染色组织切片的显微照片。这两种肿瘤都富含破骨细胞，但恶性肿瘤表现出细胞异型性。样本的突变负荷（中间），与选定的其他间充质肿瘤相比：骨母细胞瘤、成软骨细胞瘤、软骨肉瘤和骨肉瘤。(B)已测序肿瘤的基因组和甲基化分类。从上到下依次为：诊断/年龄、甲基化簇分配、CCND1启动子甲基化状态，以及策划驱动的层图。

为了探索恶性和良性H3.3-突变骨肿瘤之间的表观遗传学差异，我们收集了额外的肿瘤用于DNA甲基化阵列分析，并确定了差异甲基化区域(DMRs)。在鉴定的74个DMRs中，有56个位于基因转录起始位点附近。最具统计学意义的DMR也是在一个可能已知的癌症驱动基因CCND1中唯一发现差异甲基化区域，该基因编码细胞周期调节因子，细胞周期蛋白D1。差异甲基化跨越了转录起始位点两侧1500bp的启动子区域，这一发现通过亚硫酸氢盐测序得到验证。比较不同骨与软组织肿瘤类型在该启动子区域的平均甲基化水平，发现该位点的高甲基化是GCTB特有的(图2)。恶性H3.3突变肿瘤和软骨肉瘤是唯一具有CCND1启动子甲基化程度相似的肿瘤类型。

图 2

图2 H3.3突变肿瘤的甲基化变化。(A)肿瘤聚集的层次结构。叶片的颜色对应不同的诊断，椭圆形阴影表示不同甲基化簇。(B)分析11号染色体（上）和CCND1（下）上的恶性(M)和良性肿瘤（分别为=13和42）之间的甲基化差异。绘制了原始（黑色）和分段（绿色）信噪比（信噪比；>0在恶性肿瘤中显示出较大的甲基化程度）。上图的蓝色刻点表示DMR。在下图中，显示了每个样本的CCND1的原始甲基化值。底层示意图表示CCND1基因（灰色）和预测的启动子（绿色）。(C、D)多种其他组织的聚类样本中的平均CCND1启动子甲基化。

使用全面的基因组和甲基化分析，研究者发现了与GCTB的恶性或转移性进展相关的驱动事件。恶性H3.3突变肿瘤的特征是甲基化谱与传统的GCTB相关，但又不同。恶性进展需要额外的遗传突变，赋予端粒或表观遗传功能障碍，并有额外的表观遗传变化，改变组蛋白基因簇。一旦转化，组蛋白突变本身对恶性表型是不可或缺的。这种基因组和表观基因组发现的结合可能会区分良性和恶性GCTB，从而预测在具有挑战性的诊断病例中的侵袭性行为。在转移性但组织学上为良性的 GCTB 中不存在额外的遗传事件以及多克隆种子的存在。

这项研究结果表明，良性骨巨细胞瘤除了H3.3突变外，几乎没有体细胞改变，也没有其他已知的驱动因子，而所有恶性肿瘤都含有至少一个额外的驱动因子突变，并表现出类似骨肉瘤的基因组特征，包括高突变负荷、额外的驱动因子事件和高度非整倍体。与骨肉瘤相比，恶性H3.3突变肿瘤除扩增外，还富含多种涉及转录的改变，这表明在良性GCTB向恶性转化中端粒功能障碍。良性转移GCTB的DNA测序显示没有额外的驱动改变；在肺中发现了多克隆变异，这意味着转移病灶代表栓塞事件。差异甲基化分析确定编码细胞周期蛋白D1的CCND1基因在这些肿瘤中是一个合理的癌症驱动基因，因为CCND1启动子的高甲基化对GCTBs是特异性的。我们在此报告了GCTB良性转移和恶性转化的罕见临床现象背后的基因组和甲基化模式，并展示了基因组和表观基因组学发现的结合如何潜在地区分良性和恶性巨细胞瘤，从而预测在具有挑战性的诊断病例中的侵袭行为。

参考文献:

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