Skip to main content

Integreret diagnostik af hjernetumorer baseret på histologiske og molekylære karakteristika

Jeanette K. Petersen1, 2, David Scheie3, Henning B. Boldt1, 2 Benedicte P. Ulhøi4, Marianne S. Ettrup5 & Bjarne W. Kristensen1, 2

Se flere detaljer

4. feb. 2019
012 min

Mikroskopibaserede undersøgelser har hidtil været grundlaget for vævsbaseret diagnostik af hjernetumorer. Studier har imidlertid vist begrænsninger ved histologisk diagnostik udelukkende baseret på mikroskopi på baggrund af interobservatørvariation og upræcise histologiske kriterier [1, 2]. Den stadigt større viden om hjernetumorers molekylærgenetiske karakteristika har løbende medført identifikation af nye prædiktive, prognostiske og diagnostiske biomarkører, og udviklingen er gået i retning af en molekylær klassifikation, hvormed man mere præcist kan inddele hjernetumorer i forskellige subtyper med forskellige prognoser. I den reviderede WHO-klassifikation for centralnervesystem (CNS)-tumorer fra 2016 defineres flere diagnoser nu ud fra både histologiske og molekylære karakteristika, såkaldte integrerede diagnoser [3].

Faktaboks

HOVEDBUDSKABER

Denne udvikling er baseret på nye teknologier som next-generation sequencing (NGS) og genome-wide DNA-metyleringsprofilering, som er nye diagnostiske værktøjer, hvormed man hurtigt og med rimelige omkostninger kan imødekomme kravet om mere præcis integreret diagnostik.

HJERNETUMORER I DANMARK

Hvert år får ca. 1.750 patienter i Danmark konstateret en hjernetumor, og det er den femte- og syvendehyppigste kræftsygdom hos henholdsvis kvinder og mænd [4]. Hjernetumorer hører til de alvorligste kræftsygdomme, og patienter med hjernekræft mister flest leveår af alle kræftpatienter. Hos børn er hjernetumorer den næsthyppigste kræftform.

Der findes mere end 130 forskellige typer hjernetumorer, og nogle er godartede, mens andre er ondartede [3]. Gliomer og meningeomer er de hyppigst forekommende primære hjernetumorer [5] med ca. 1.100 nye tilfælde årligt i Danmark. Den mest ondartede type er glioblastomer med ca. 300 tilfælde årligt og en medianoverlevelse på ca. 14 måneder [6].

WHO-KLASSIFIKATION AF HJERNETUMORER OG NYE INTEGREREDE DIAGNOSER

I 2016 udgav WHO en revideret klassifikation af hjernetumorer, hvor begrebet »integreret diagnostik« blev introduceret. Begrebet er baseret på, at de diagnostiske kriterier nu omfatter en kombination af såvel histologiske kriterier som nye molekylære markører. Den nye integrerede diagnostik har især medført ændringer i klassifikationen af gliomer, ependymomer og medulloblastomer [3].

Den integrerede diagnostik udsprang af et møde i Harlem i Holland støttet af International Society of Neuropathology (ISN) i 2014. Mødet resulterede i, ISN Haarlem-guidelines, hvor man lagde op til ændringerne i den reviderede WHO CNS-tumor-klassifikation fra 2016 [7]. I retningslinjerne angives en lagdelt diagnostik, hvor diagnoser afgives i et firelagsformat med en histologisk diagnose, en histologisk tumorgrad, molekylære informationer og en endelig konklusion i form af en integreret diagnose (Tabel 1). Kendskab til rapporteringsformatet er vigtigt for klinikere, da en integreret diagnose ofte vil udgøre det endelige patologisvar [8].

I Danmark følges de nationale kliniske retningslinjer, »Gliomer 2016«, der er formuleret af Dansk Neuro-Onkologisk Gruppe. Retningslinjerne følger 2016 WHO CNS-tumor-klassifikationen og i overensstemmelse med ISN Haarlem-guidelines lægges der vægt på, at der afgives en integreret diagnose [9].

I mange ikkevestlige lande kan WHO CNS-tumor-klassifikationen fra 2016 ikke følges, da molekylære teknikker ikke er tilgængelige. WHO har derfor indført begrebet not otherwise specified (NOS), som refererer til situationer, hvor de diagnostiske test, der er nødvendige for at nå en specifik WHO-diagnose, ikke kan foretages, f.eks. bestemmelse af status for isocitratdehydrogenase (IDH)-generne og 1p/19q codeletion i et oligodendrogliom. Anvendelsen af NOS bør begrænses, da det medfører upræcis diagnostik og behandling [3].

NEXT-GENERATION SEQUENCING – ET NYT DIAGNOSTISK REDSKAB I HJERNETUMORDIAGNOSTIKKEN

Identifikation af nye genetiske ændringer i hjernetumorer er en direkte konsekvens af de nye effektive teknikker inden for sekventering af DNA. Enkelte mutationer kan dog let og sikkert detekteres med antistoffer ved immunhistokemiske undersøgelser (IHC) og påvises i vævssnit i et mikroskop. Denne fremgangsmåde kan være en fordel, når det drejer sig om cellefattige hjernetumorer med et stort indhold af ikkeneoplastiske celler. Flertallet af hjernetumorerne er imidlertid cellerige, og NGS-genpaneler anvendes nu i rutinediagnostikken. Med panelerne er det muligt at detektere forekomsten af flere specifikke mutationer, herunder varianter, der ikke er detekterbare med IHC, hvilket medfører en forbedret integreret diagnostik [10-17].

Den reviderede WHO-CNS-tumor-klassifikation har medført markante ændringer i diagnostikken af gliomer. Diffuse gliomer WHO-grad II-IV er i den reviderede klassifikation defineret ved forekomst eller fravær af mutationer i IDH1/IDH2 og klassificeres som enten IDH-muterede eller IDH-vildtype tumorer. IDH-vildtype diffuse astrocytomer og anaplastiske astrocytomer er mindre hyppige og opfattes som diagnoser, der ved supplerende diagnostiske undersøgelser ofte kan reklassificeres til andre tumorklasser, hyppigst glioblastomer [3, 18]. IDH-muterede grad II- og III-astrocytomer har ofte mutationer i ATRX og TP53, hvorimod IDH-vildtype grad II- og III-astrocytomer ofte har mutationer i PTEN, TP53 og EGFR. IDH-vildtype glioblastomer udgør mere end 90% af alle glioblastomer, og de resterende 10% udgøres af IDH-muterede glioblastomer, der er udviklet efter malign transformation af IDH-muterede astrocytomer. De mest almindeligt forekommende genetiske forandringer i IDH-vildtype glioblastomer er mutationer i TERT, EGFR, PTEN og TP53 [19]. I de ondartede gliomer hos børn og unge forekommer ofte K27M-mutationen i histon 3-generne, H3F3A og HIST1H3B/C. De IDH-muterede tumorer med oligodendroglial differentiering og bevaret ATRX-ekspression, adskiller sig fra de IDH-muterede astrocytære tumorer ved forekomst af et kombineret tab af kromosomarmene 1p og 19q (1p/19q-codeletion). De øvrige gener, hvor der hyppigt ses mutationer er TERT, CIC, og FUB1P (Tabel 2) [3].

Den histologisk baserede gradering af gliomerne i WHO grad I-IV-tumorer, hvor IV har dårligst prognose, er bibeholdt i den reviderede WHO-tumorklassifikation. Flere retrospektive studier tyder dog på, at IDH-status er en bedre prognostisk markør end WHO-graderingen for astrocytære tumorer. Sammenlignes patienter med WHO-grad III IDH-vildtype anaplastiske astrocytomer og WHO-grad IV IDH-muterede glioblastomer, har patienter med IDH-muterede glioblastomer bedre overlevelse end patienter med IDH-vildtype anaplastisk astrocytom [20-23]. Ovenstående sammenligning fremhæver muteret IDH-status som favorabel, hvor det usædvanlige er, at patienter med IDH-muterede WHO-grad IV glioblastomer har en bedre overlevelse end patienter med WHO-grad III IDH-vildtype astrocytære tumorer.

DNA-METYLERINGSPROFILERING

Genome-wide DNA-metyleringsprofilering er en ny teknologi, hvor hjernetumorer undersøges for metyleringsstatus i et stort antal gener. Metylering er en epigenetisk ændring, der spiller en rolle i reguleringen af genekspression ved at styre de enkelte geners aktivitet. Ved DNA-metyleringsprofilering genereres en metyleringsprofil, der er meget stabil for tumorer inden for den enkelte tumorklasse. Det er muligt at sammenligne disse metyleringsprofiler for en given tumor med en referencedatabase, der indeholder oplysninger om ca. 2.800 velkarakteriserede hjernetumorer og er etableret af forskere fra det nationale kræftforskningscenter i Heidelberg (DKFZ) i Tyskland. Metoden er et værdifuldt diagnostisk værktøj til identifikation af subgrupper inden for flere tumorklasser [24-29]. Metoden er især anvendelig ved vanskeligt diagnosticerbare og sjældne hjernetumorer, hvor IHC- og NGS-analyser er inkonklusive. I samarbejde med DKFZ er DNA-metyleringsprofilering af hjernetumorer blevet indført to steder i Danmark (Odense Universitetshospital og Rigshospitalet).

PATOLOGIEN SOM OMDREJNINGSPUNKT PÅ TVÆRFAGLIGE KLINISKE KONFERENCER

Tværfaglige kliniske konferencer (MDT) er et vigtigt element i hjernetumordiagnostikken. Her mødes patologer, radiologer, neurokirurger og onkologer for at gennemgå og drøfte patientens forløb, skanningsresultater og den patologiske diagnose, så der bliver givet den helt rigtige behandling. Molekylære forandringer som f.eks. IDH-, 1p/19q- og MGMT-status i den enkelte patients tumor bliver diskuteret på konferencerne. Metyleringsprofilernes betydning drøftes ofte hos både børn og voksne, hvor diagnosen er vanskelig, og hos patienter, der har fået udført mere omfattende genomiske undersøgelser, vil nye målrettede behandlinger blive drøftet. Her deltager molekylærbiologer og kliniske genetikere også i konferencerne (Figur 1).

Tværfaglig diagnostik og personlig medicin er centrale elementer for udviklingen inden for diagnostik og behandling af mange cancerformer. Det tætte tværfaglige samarbejde og de tværfaglige kliniske konferencer får større betydning, idet både diagnostikken og behandlingen bliver mere kompliceret. I takt med den stigende anvendelse af molekylærbiologiske teknikker i den integrerede diagnostik bør molekylærbiologer også i større omfang deltage i MDT’er.

DIAGNOSTISKE CASES FRA HVERDAGEN

Her følger patienteksempler, hvor det fremgår, at en præcis diagnose og korrekt behandling fra starten kan gøre en væsentlig forskel for den enkelte patient.

En 48-årig mand havde en hjernetumor, og den første mikroskopibaserede diagnose tydede på en formodet lavgradshjernetumor, et diffust astrocytom. Ved supplerende NGS-undersøgelse fandt man ingen IDH1-/2-mutationer, hvilket gav mistanke om et af de mindre hyppige IDH-vildtype diffuse astrocytomer, der histologisk ofte fremtræder som lavgradstumorer, men molekylært og prognostisk ligner astrocytære højgradstumorer. Der blev udført DNA-metyleringsprofilering, og metyleringsprofilen viste match til den ondartede hjernetumor, glioblastom, WHO-grad IV med ændringer i kromosom 7 og 10. Med præcis klassificering af tumoren helt fra starten kunne man iværksætte aggressiv kemoterapi og strålebehandling med det samme med heraf følgende forbedret prognose for patienten.

En 42-årig kvinde havde en hjernetumor i relation til hjernestammen. Histologien var ikke entydig, men tydede på en lavgradshjernetumor, muligvis et ependymom. Præcisering af diagnosen var vigtig pga. ufuldstændig kirurgisk resektion pga. lokalisationen. NGS-undersøgelser førte ikke til yderligere præcisering af diagnosen, hvorfor der blev udført DNA-metyleringsprofilering. Resultatet viste match til en rosettedannende glioneuronal tumor. Dette er en sjælden, men godartet WHO-grad I-tumor. Dermed var yderligere behandling ikke indiceret, og supplerende strålebehandling kunne undlades. Patienten undgik strålerelaterede bivirkninger og men.

En toårig dreng havde en stor hjernetumor, hvor det efter udførelsen af en lang række histologiske og molekylære undersøgelser og inddragelse af internationale eksperter ikke havde været muligt at stille en præcis diagnose. Igennem de følgende 16 måneder var der tilbagefald af tumoren af flere omgange på trods af behandling med kemoterapi. Omfattende genomisk kortlægning blev udført på Center for Genomisk Medicin, Rigshospitalet, og det lykkedes at finde en specifik malign fusion, imellem TFG på kromosom 3 og ROS1 på kromosom 6 (TFG:ROS1). Der forelå et nyt lægemiddel, der netop var rettet mod den specifikke genfusion. Drengen fik den nye behandling med et vedvarende stort partielt tumorsvind til følge opgjort 14 måneder efter behandlingens start [30].

KONKLUSION

Den nye integrerede, histologiske og molekylære diagnostiske tilgang giver en mere præcis diagnostik og behandling af patienter med hjernetumorer og bringer således præcisionsmedicin helt frem til patienten. Forventningerne er, at flere forskellige typer hjernetumorer i fremtiden vil blive defineret ud fra både histologiske og molekylære karakteristika. Med disse fremskridt forventes der over de næste år en stigende overlevelse for patienter med hjernetumorer, samtidig med at der forventes færre bivirkninger for de patienter, der kan undgå unødig behandling.

Korrespondance: Jeanette K. Petersen. E-mail: Jeanette.Krogh.Petersen@rsyd.dk

Antaget: 5. december 2018

Publiceret på Ugeskriftet.dk: 4. februar 2019

Interessekonflikter: ingen. Forfatternes ICMJE-formularer er tilgængelige sammen med artiklen på Ugeskriftet.dk

Summary

Jeanette K. Petersen, David Scheie, Henning B. Boldt, Benedicte P. Ulhøi, Marianne S. Ettrup & Bjarne W. Kristensen:

Integrated diagnostics of brain tumours based on histological and molecular features

Ugeskr Læger 2019;181:V07180509

Diagnostics of tumours of the central nervous system has for decades been based entirely on microscopy. A considerable degree of diagnostic interobserver variability has been observed due to imprecise histological criteria. In the revised WHO classification for central nervous system tumours from 2016, several diagnoses are now defined by both histological and molecular features and constitute “integrated diagnoses”. The development based on new technologies like next-generation sequencing and DNA methylation profiling is discussed in this review as well as its implication for daily diagnostics and the patient.

Referencer

LITTERATUR

  1. Aldape K, Simmons ML, Davis RL et al. Discrepancies in diagnoses of neuroepithelial neoplasms: the San Francisco Bay Area Adult Glioma Study. Cancer 2000;88:2342-9.

  2. Bruner JM, Inouye L, Fuller GN et al. Diagnostic discrepancies and their clinical impact in a neuropathology referral practice. Cancer 1997;79:796-803.

  3. Louis DN, Perry A, Reifenberger G et al. The 2016 World Health Organization classification of tumors of the central nervous system: a summary. Acta Neuropathol 2016;131:803-20.

  4. NORDCAN. Kræftstatistik: Nøgletal og figurer, Danmark − Hjerne og centralnervesystem. www-dep.iarc.fr/NORDCAN/DK/StatsFact.asp?cancer=340&country=208 (21. dec 2017).

  5. Ostrom QT, Gittleman H, Liao P et al. CBTRUS statistical report: primary brain and other central nervous system tumors diagnosed in the United States in 2010-2014. Neuro Oncol 2017;19(suppl 5):v1-v88.

  6. Sundhedsdatastyrelsen. Cancerregisteret – nye kræfttilfælde i Danmark. www.esundhed.dk/sundhedsregistre/CAR/Sider/
    Cancerregisteret.aspx (1. jun 2018).

  7. Louis DN, Perry A, Burger P et al. International Society Of Neuropathology – Haarlem consensus guidelines for nervous system tumor classification and grading. Brain Pathol 2014;24:429-35.

  8. DeWitt JC, Mock A, Louis DN. The 2016 WHO classification of central nervous system tumors: what neurologists need to know. Curr Opin Neurol 2017;30:643-9.

  9. Dansk Neuro-Onkologisk Gruppe. Kliniske retningslinjer. www.dnog.dk/dokumenter (1. nov 2018).

  10. Ballester LY, Fuller GN, Powell SZ et al. Retrospective analysis of molecular and immunohistochemical characterization of 381 primary brain tumors. J Neuropathol Exp Neurol 2017;76:179-88.

  11. Carter JH, McNulty SN, Cimino PJ et al. Targeted next-generation sequencing in molecular subtyping of lower-grade diffuse gliomas: application of the World Health Organization‘s 2016 revised criteria for central nervous system tumors. J Mol Diagn 2017;19:328-37.

  12. Dubbink HJ, Atmodimedjo PN, Kros JM et al. Molecular classification of anaplastic oligodendroglioma using next-generation sequencing: a report of the prospective randomized EORTC Brain Tumor Group 26951 phase III trial. Neuro Oncol 2016;18:388-400.

  13. Nikiforova MN, Wald AI, Melan MA et al. Targeted next-generation sequencing panel (GlioSeq) provides comprehensive genetic profiling of central nervous system tumors. Neuro Oncol 2016;18:379-87.

  14. Kline CN, Joseph NM, Grenert JP et al. Targeted next-generation sequencing of pediatric neuro-oncology patients improves diagnosis, identifies pathogenic germline mutations, and directs targeted therapy. Neuro Oncol 2017;19:699-709.

  15. Sahm F, Schrimpf D, Jones DT et al. Next-generation sequencing in routine brain tumor diagnostics enables an integrated diagnosis and identifies actionable targets. Acta Neuropathol 2016;131:903-10.

  16. Zacher A, Kaulich K, Stepanow S et al. Molecular diagnostics of gliomas using next generation sequencing of a glioma-tailored gene panel. Brain Pathol 2017;27:146-59.

  17. Strom SP. Current practices and guidelines for clinical next-generation sequencing oncology testing. Cancer Biol Med 2016;13:3-11.

  18. Reuss DE, Kratz A, Sahm F et al. Adult IDH wild type astrocytomas biologically and clinically resolve into other tumor entities. Acta Neuropathol 2015;130:407-17.

  19. Brennan CW, Verhaak RG, McKenna A et al. The somatic genomic landscape of glioblastoma. Cell 2013;155:462-77.

  20. Hartmann C, Hentschel B, Wick W et al. Patients with IDH1 wild type anaplastic astrocytomas exhibit worse prognosis than IDH1-mutated glioblastomas, and IDH1 mutation status accounts for the unfavorable prognostic effect of higher age: implications for classification of gliomas. Acta Neuropathol 2010;120:707-18.

  21. Reuss DE, Mamatjan Y, Schrimpf D et al. IDH mutant diffuse and anaplastic astrocytomas have similar age at presentation and little difference in survival: a grading problem for WHO. Acta Neuropathologica 2015;129:867-73.

  22. Olar A, Wani KM, Alfaro-Munoz KD et al. IDH mutation status and role of WHO grade and mitotic index in overall survival in grade II–III diffuse gliomas. Acta Neuropathol 2015;129:585-96.

  23. Suzuki H, Aoki K, Chiba K et al. Mutational landscape and clonal architecture in grade II and III gliomas. Nat Genet 2015;47:458-68.

  24. Hovestadt V, Remke M, Kool M et al. Robust molecular subgrouping and copy-number profiling of medulloblastoma from small amounts of archival tumour material using high-density DNA methylation arrays. Acta Neuropathol 2013;125:913-6.

  25. Lambert SR, Witt H, Hovestadt V et al. Differential expression and methylation of brain developmental genes define location-specific subsets of pilocytic astrocytoma. Acta Neuropathol 2013;126:291-301.

  26. Wiestler B, Capper D, Sill M et al. Integrated DNA methylation and copy-number profiling identify three clinically and biologically relevant groups of anaplastic glioma. Acta Neuropathol 2014;128:561-71.

  27. Pajtler Kristian W, Witt H, Sill M et al. Molecular classification of ependymal tumors across all CNS compartments, histopathological grades, and age groups. Cancer Cell 2015;27:728-43.

  28. Sturm D, Bender S, Jones DTW et al. Paediatric and adult glioblastoma: multiform (epi)genomic culprits emerge. Nat Rev Cancer 2014;14:92.

  29. Capper D, Jones DTW, Sill M et al. DNA methylation-based classification of central nervous system tumours. Nature 2018;555:469-74.

  30. Rossing M, Yde CW, Sehested A et al. Genomic diagnostics leading to the identification of a TFG-ROS1 fusion in a child with possible atypical meningioma. Cancer Genet 2017;212-213:32-7.

Der er i øjeblikket tekniske problemer med at vise kommentarer på Ugeskriftets artikler. Vi arbejder på sagen