分子検査が脳腫瘍診断と治療をどう変えているか

目次

• はじめに：脳腫瘍における分子検査の重要性
• 脳腫瘍診断と治療のための主要な分子検査
• DNAメチル化プロファイリング：画期的な診断ツール
• DNAおよびRNAシーケンシング：重要な変異の検出
• その他の診断ツールと技術
• 脳腫瘍診断への分子検査の応用
• 成人びまん性グリオーマ：分子検査が診断をどう導くか
• 患者にとっての意味：臨床的意義
• 分子検査の限界の理解
• 脳腫瘍診断に直面する患者への推奨事項
• 情報源

はじめに：脳腫瘍における分子検査の重要性

分子プロファイリングは近年、中枢神経系（CNS）腫瘍の診断・分類方法を根本から変えました。2021年に世界保健機関（WHO）が発表した最新の中枢神経系腫瘍分類では、従来の顕微鏡検査と分子検査を組み合わせることで、患者ケアに直接影響する正確で再現性の高い診断が求められるようになりました。

この統合的アプローチにより、病理医は現在、DNAメチル化プロファイリングやDNA/RNA次世代シーケンシング（NGS）を含む複数の分子検査を扱う必要があります。これらの先進技術は、腫瘍をより正確に分類し、特定の遺伝子変異を同定し、従来の方法では検出できなかった治療標的の発見にも貢献します。

分子プロファイリングの重要性は飛躍的に高まり、現在では主要なCNS腫瘍タイプのすべてで、適切な診断のために特定の分子マーカーの評価が必須となっています。特にDNAメチル化解析を通じて多くの新たな腫瘍タイプが発見されており、現代の神経病理学において不可欠なツールとなっていることを示しています。

脳腫瘍診断と治療のための主要な分子検査

分子神経病理学には現在、目的や複雑さ、利用可能性、コストが異なる多様な検査が含まれます。これらの違いを理解することは、医師が各診断課題に最適な検査を選択し、結果を正しく解釈する上で極めて重要です。

現在の分子ツールボックスには、脳腫瘍に関する補完的な情報を提供するいくつかの必須技術が含まれます。各検査には特定の強みと応用があり、特定の診断状況や腫瘍タイプで特に価値を発揮します。

DNAメチル化プロファイリング：画期的な診断ツール

DNAメチル化プロファイリングは、近年の脳腫瘍診断においておそらく最も影響力のある分子ツールとなっています。この手法は、腫瘍細胞の特有なエピジェネティックプロファイルを利用します。これは元の組織の特性とがん化過程で獲得された変化の両方を反映し、各腫瘍タイプに特徴的なシグネチャを作り出します。

実際には、DNAメチル化プロファイルは現在、MethylationEPICアレイビーズチップ（850K）を使用して評価されます。これはゲノム全体にわたる数十万のCpGアイランドのメチル化状態を調べます。生データはその後、専用プラットフォームにアップロードされ、CNS腫瘍および他の選択されたエンティティの包括的なリポジトリと照合されます。

一致スコアが0.9以上の場合、診断分類を強く支持しますが、専門家は常にこれらの結果を臨床的、画像的、および組織病理学的所見と併せて検討します。このプラットフォームを使用したDNAメチル化プロファイリングは認定されたアッセイではないため、国によって診断使用に関する規制が異なる可能性がある点に注意が必要です。

この技術は、研究と日常診断の両方の目的で極めて価値があることが証明されています。研究では、大規模な脳腫瘍データセットの教師なし解析を通じて、多くの新しい腫瘍タイプとサブタイプが発見されています。新たに同定された腫瘍の多くは、形態学的特徴において他のエンティティと重大な重複を示すか、発生率が非常に低く、以前は別個の新生物として認識されなかった理由を説明しています。

臨床現場では、小児および成人の両方の設定でこの技術を用いた経験が複数のグループによって報告されています。全体として、約50〜65%のサンプルで一致スコア（≥0.9）が達成され、潜在的な臨床的結果を伴う症例の約10〜20%で診断に重大な影響が生じています。この顕著な成果は、このツールがわずか数年で急速に採用された理由を正当化します。

通常、診断を確認したり特定の腫瘍サブタイプを評価したりするために分析された症例では、より高い中央値の分類スコアが観察されます。困難なサンプルや小さな検体では、スコアの幅が広くなります。複雑な症例での低いスコアは、小さく、品質が低く、または非代表的な生検など、従来の病理学とメチル化プロファイリングの両方で分類不能である可能性がある複数の要因から生じることがあります。

理想的には、200ナノグラムのDNAで腫瘍細胞濃度が60%以上であることが望ましいですが、はるかに少ない量でも診断分類は達成可能です。ホルマリン固定パラフィン包埋（FFPE）組織ブロックは通常、新鮮凍結サンプルと同様の結果を提供し、古い検体の分析も正しい分類をもたらすことができます。

DNAメチル化プロファイリングは、非特異的な組織病理学的特徴を持つ希少な腫瘍タイプの再分類に特に有用性を示しています。現在ではCNS腫瘍の診断における主要なツールですが、このアプローチは、必要な技術施設、コスト、ターンアラウンドタイム（数日）、および実行と解釈に必要な専門知識の面で重大な課題を提起します。

DNAおよびRNAシーケンシング：重要な変異の検出

多くのCNS腫瘍は、DNAシーケンシングによって検出可能な特定の点変異、または主にRNAシーケンシング（RNA-seq）によって同定される遺伝子融合を特徴とします。例えば、IDH1/IDH2およびH3コード遺伝子の変異は、それぞれ特定の成人および小児グリオーマのサブセットを特徴づけます。BRAF V600Eのような他の変異は、頻度は様々ですが複数の腫瘍タイプに現れる可能性があり、それでも診断評価に貢献し、標的治療を可能にします。

DNAシーケンシングには、単一遺伝子直接シーケンシング（サンガーシーケンシング）や、ターゲットパネルシーケンシングおよび全エクソーム/ゲノムシーケンシング（WES/WGS）などの次世代シーケンシング（NGS）ベースのアプローチを含む複数のアッセイタイプを使用できます。これらの分析は、一塩基多型（SNV）、小さな挿入/欠失（InDel）、およびコピー数変異（CNV）を検出します。

NGSアッセイ内では、ターゲット遺伝子パネルシーケンシングが現在、CNS腫瘍の日常的な分子診断作業において最も関連性の高いツールです。これは、許容可能なコスト、ターンアラウンドタイム、および解釈の実現性で、比較的大きな関連遺伝子セットの分析を可能にします。脳腫瘍診断に最も関連する多くの遺伝子は、これらの新生物に比較的特異的であるため、カスタマイズされたまたはより大きなパネルが必要です。

中規模の遺伝子パネルの診断有効性は実証されており、限られた入力材料でも変異とCNVを検出します。より大きな遺伝子パネル（IDH1/IDH2、TERT、TP53、ATRX、BRAF、H3F3A、H3F3Bを含む）を使用したより最近の研究はこれらの結果を確認しました。これらのアッセイは、分析されたCNS腫瘍の半数以上で診断的に関連する変化を検出し、NGS結果が寄与しなかった場合でも、57%の症例で情報のあるCNVが検出されました。

実験室プロトコルはシーケンシングの成功に重要です。DNA品質と腫瘍細胞率を最大化し、アッセイタイプとサンプル特性に応じて適切なカバレッジ/リード深度を達成すべきです。データ分析パイプラインと報告する分子病理医の専門知識は、正しいバリアントコーリングと解釈のために同等に重要です。

血液および/または脳脊髄液からの循環腫瘍DNA（ctDNA）の分析は、最小侵襲的な液体生検を通じた腫瘍分子プロファイリングへの別のアプローチを表します。技術的課題はこれまで日常診療への実装を制限してきましたが、最近のデータは、包括的なNGSパネルがctDNAでもCNVを検出し、腫瘍内不均一性に対処できることを示しています。

RNAシーケンシングでは、主な診断目的は遺伝子融合の検出であり、これは多くのCNS腫瘍を特徴づけます。例えば、毛様細胞性星細胞腫は頻繁にKIAA1549::BRAF融合を持ち、特定の分子性大脳上皮細胞腫サブタイプはZFTAまたはYAP1融合によって定義されます。遺伝子融合は、利用可能な有効な阻害剤を持つNTRK1/NTRK2/NTRK3、ROS1、ALK、またはMET遺伝子融合によって頻繁に特徴づけられる乳児型大脳半球グリオーマで見られるように、利用可能な治療標的を表すことができます。

CNS腫瘍におけるRNA NGSの重要性に焦点を当てた研究は、このツールがこれらの事象をより頻繁に特徴とする小児新生物に対して特に価値があることを示しています。成人脳新生物では、遺伝子融合は比較的稀で、通常は治療標的を表しません。

その他の診断ツールと技術

全ゲノムコピー数変異（CNV）のマイクロアレイベースの評価は、DNAメチル化プロファイリングが利用可能になる前によく使用されていた、CNS腫瘍を分子的に特徴づけるための別の関連する診断ツールです。これらのアッセイは、特定の腫瘍タイプの診断および/または予後の指標として機能する多くの染色体変化（欠失、増幅、ヘテロ接合性の喪失、コピー中立ヘテロ接合性の喪失、染色体破砕）を検出します。

分子プロファイリングは、必ずしも複数の変化の同時分析を意味するわけではありません。蛍光 in situ ハイブリダイゼーション（FISH）は、組織スライド上で特定のDNA部位を直接評価でき、検証目的や、腫瘍特性に基づいて特定の変化が強く疑われる場合、または他の分析に材料が不十分な場合に有用です。

核酸の代わりに、広く利用可能で迅速かつ安価な免疫組織化学的染色を使用してタンパク質を評価できます。免疫組織化学（IHC）は、変異タンパク質（IDH1 R132H、p53、H3 K27M、H3 G34R/V、BRAF V600E）の存在、正常/機能タンパク質の喪失（ATRX、H3 K27me3、INI1、BRG1）、または異常経路の過剰活性化（EZHIP）を確立できます。

MGMTプロモーターのメチル化の評価は、その予後的および予測的関連性のため、IDH野生型膠芽腫の分子的特徴づけにおいて依然として重要です。複数のアッセイがこのマーカーを調査でき、臨床的相関において明確な優位性はありません。異なるアッセイ間の同等性基準が存在しないため、地域で利用可能なアッセイの特性を理解することが重要です。MGMT免疫組織化学はこれらのアッセイの信頼できる代替手段ではありません。

脳腫瘍診断への分子検査の応用

分子分析は、2021年WHO分類で認識されている多くの腫瘍タイプの診断に貢献するか、または必要とされます。最も関連性の高い分子ツールは特定の新生物によって異なり、選択された例は現在の神経病理学実践におけるこれらのツールの重要性を示しています。

成人びまん性グリオーマ：分子検査が診断をどう導くか

2021年WHO分類によれば、成人びまん性グリオーマは主にIDH1/IDH2状態によって層別化される。この分類は、この分子マーカーに関連する異なる腫瘍生物学、発癌機序、および臨床的意義に基づいて十分に正当化されている。

膠芽腫（IDH野生型）は最も頻度の高いびまん性グリオーマであり、通常は高齢者に発生し、予後不良である。形態学的および分子的に不均一な腫瘍であり、一般に未分化な星細胞系特徴、浸潤性増殖、高い増殖能、微小血管増生、および壊死を示す。一貫した形態像が認められる場合、医師はIDH1/IDH2変異を除外し、IDH変異型星細胞腫またはIDH変異型1p/19q共欠失乏突起膠腫を否定する必要がある。

この目的には複数の方法が存在する：IDH1 R132Hに対する免疫組織化学検査は、最も頻度の高い変異（天幕上IDH変異型グリオーマの約90%）を除外できる。この戦略は55歳以上の患者では適切に機能し、代替変異が見つかる確率は1%未満である。ただし、既往に低悪性度グリオーマが疑われる場合には、塩基配列解析が必要である。

膠芽腫の形態学的特徴が欠如しているが疑われる場合、WHO 2021分類は膠芽腫の分子診断を認めている。これには、一貫したDNAメチル化プロファイル、または3つのマーカーのうち少なくとも1つ（7番染色体増加と10番染色体喪失、TERTプロモーター変異、またはEGFR増幅）が必要である。これらのマーカーは適切な文脈で相対的特異性を示し、形態学的特徴で診断された患者と同様の転帰を示す。

IDH変異型びまん性グリオーマの診断には、IDH1/IDH2変異およびATRX喪失/変異を伴う浸潤性びまん性グリオーマに一致する組織病理学的所見、または1p/19q共欠失の除外が必要である。IDH変異型かつ1p/19q共欠失型乏突起膠腫では、腕全体にわたる1p/19q共欠失が必要である。あるいは、対応するメチル化クラスの検出に基づいて診断できる。

ATRX状態は、免疫組織化学検査（壊死や混在する陽性の非腫瘍性反応性星細胞によるアーティファクトに注意）または機能喪失変異を検出する塩基配列解析によって評価できる。TP53/p53評価も有用であり、IDH変異型星細胞腫で高頻度に認められる。

IDH変異型1p/19q共欠失腫瘍の診断では、決定的な特徴は腕全体の1p/19q共欠失であり、FISHを含む複数のアッセイで調査可能である。ただし、FISHは単一遺伝子座を標的とするため、特に複雑な核型を有する腫瘍では偽陽性結果を生じうる。偽陽性のFISH評価は、1p/19q状態評価が適切でなかった症例で頻繁に発生し、適切な検査の使用の重要性を強調している。

IDH変異型びまん性グリオーマのグレーディングでは、形態学的特徴が依然として重要であるが、2021年WHO分類はIDH変異型星細胞腫のグレーディング基準としてCDKN2A/B状態評価を追加した。CDKN2A/Bのホモ接合性欠失がある場合、不良な転帰との関連からグレード4が割り当てられる。CDKN2A/B状態は、DNAメチル化プロファイリングCNVプロット、DNA NGS、またはFISHによって評価できるが、決定的なカットオフ値は確立されていない。

患者にとっての意味：臨床的意義

分子検査の脳腫瘍診断への統合は、患者ケアにおける根本的な転換を表している。これらの先進的技術は、より正確な診断、より良い予後情報、および以前は検出できなかった潜在的な治療標的を提供する。

患者にとって、これは腫瘍の特定の遺伝的特性に基づくより個別化された治療アプローチを意味する。分子プロファイリングは、従来の治療よりも効果的な標的療法を特定できる。特にBRAF V600E変異やNTRK、ROS1、ALK、MET遺伝子を含む遺伝子融合を有する腫瘍に対して有効である。

腫瘍をより正確に分類する能力は予後精度も向上させ、患者と医師が治療強度と経過観察についてより情報に基づいた決定を行うのに役立つ。例えば、IDH変異型とIDH野生型グリオーマの区別は、期待される転帰と治療アプローチに大きく影響する。

分子検査はまた、新規標的療法の臨床試験から利益を得る可能性のある患者の同定を可能にし、標準的アプローチを超えた治療選択肢を拡大する。これは、従来の治療が限定的な利益しか提供しない侵襲性または希少な腫瘍型において特に重要である。

分子検査の限界の理解

分子検査が脳腫瘍診断に革命をもたらした一方で、その限界を理解することが重要である。これらの技術は正しく解釈するために重要な専門知識を必要とし、結果は常に臨床的、画像的、および従来の病理学的所見とともに考慮されなければならない。

技術的課題には、適切な品質の十分な腫瘍材料の必要性が含まれる。小さな生検、不良な保存状態、または低い腫瘍細胞含有量は、分子検査の効果を制限しうる。一部のアッセイは、従来の病理学的検査と比較して比較的長いターンアラウンドタイム（数日）を有する。

コストと可用性は、包括的分子プロファイリングの普遍的な実施に対する重要な障壁であり続けている。すべての医療機関がこれらの先進的技術にアクセスできるわけではなく、特に資源が限られた環境ではそうである。

分子分類は貴重な情報を提供するが、常に治療決定に直接変換されるわけではない。一部の分子異常にはまだ対応する標的療法がなく、新しく発見された遺伝的変化の臨床的意義は完全には理解されていない可能性がある。

偽陽性および偽陰性結果はどの検査でも発生しうるため、専門家による解釈と他の診断情報との相関の重要性を強調する。これは特にFISHのような検査で関連し、技術的限界が時に誤った結果を生じうる。

脳腫瘍診断に直面する患者への推奨事項

脳腫瘍と診断された、またはその疑いのある患者にとって、診断プロセスを進めるのに役立ついくつかの推奨事項がある：

1. 包括的分子検査を求める： 医療チームに、DNAメチル化プロファイリングおよび標的塩基配列解析パネルを含む利用可能な分子プロファイリングオプションについて尋ねる。これらは重要な診断および予後情報を提供できる。
2. 特定の腫瘍特性を理解する： 分子所見とそれらが診断、予後、および治療選択肢にどのように影響するかについて明確な説明を求める。
3. セカンドオピニオンを考慮する： 分子検査の解釈には重要な専門知識が必要である。専門的な神経腫瘍学センターでの症例の再検討を求めることで、最も正確な診断を確保できる。
4. 臨床試験オプションを議論する： 腫瘍が特定の分子特性を有する場合、状況に適した標的療法臨床試験について尋ねる。
5. 腫瘍組織を保存する： 手術を受ける場合、手術チームと、初期および必要に応じた将来の再検査のための潜在的な分子検査に適切な腫瘍材料を保存する重要性について議論する。
6. 遺伝カウンセリングの考慮： 一部の分子所見は遺伝性癌素因を示唆する可能性がある。遺伝カウンセリングが適切かどうか医師と議論する。

分子検査は、他の臨床情報と統合されたときに最も価値があることを忘れないでください。医療チームと協力して、これらの先進的診断が全体の治療計画にどのように適合し、特定の状況にとって何を意味するかを理解する。

出典情報

原記事タイトル： Molecular neuropathology: an essential and evolving toolbox for the diagnosis and clinical management of central nervous system tumors

著者： Luca Bertero, Luca Mangherini, Alessia Andrea Ricci, Paola Cassoni, Felix Sahm

掲載誌： Virchows Archiv (2024) 484:181–194

DOI： https://doi.org/10.1007/s00428-023-03632-4

この患者向け記事は、査読付き研究に基づいており、複雑な科学情報を患者と介護者にアクセス可能にすることを目的とし、元の研究からのすべての必須医学情報を保持している。