The molecular genetic features of mixed neuronal-glial tumours and its clinical significance

Abstract

Введение. Согласно классификации ВОЗ IV пересмотра (2016 г.), в которой опухоли разделены по морфологическим и молекулярно-генетическим критериям, нейронально-глиальные опухоли относятся к рубрике «Нейрональные и смешанные нейронально-глиальные опухоли». Они характеризуются различной степенью нейрональной и глиальной дифференцировки и включают в себя 13 различных нозологий. В рамках нашей работы рассмотрены клинические и молекулярно-генетические особенности анапластических ганглиоглиом (АГГ) супратенториальной локализации у взрослых. АГГ - нейроглиальные опухоли, которые состоят из опухолевых ганглионарных клеток и анапластического глиального компонента с высокой митотической активностью. По классификации ВОЗ относятся к опухолям высокой степени злокачественности (G3) (Louis DN et al. 2016). В литературе имеется мало описаний АГГ и их клинико-морфологических особенностей, что связано с большой редкостью данных опухолей (всего 0,02 случая на 1 миллион в год) (Terrier LM et al., 2016; Selvanathan SK et al. 2011). Эти опухоли характеризуются низкими показателями выживаемости и высокой частотой рецидивирования, несмотря на успехи современной онкологии (Hirose T et al., 1997; Kalyan-Raman UP et al. 1987; Terrier LM et al., 2016; Luyken C et al., 2004; Majores M et al., 2008; Yust-Katz S et al., 2014). Хирургические методы лечения данных опухолей достигли своего предела, в то же время нет единых стандартов лекарственной терапии (Terrier LM et al., 2016; Zaky W et al, 2018; Milan G et al. 2020; Luyken C et al., 2004; Compton JJ et al. 2012; Lang FF et al. 1993; Majores M et al. 2008; Selvanathan SK et al. 2011; Yust-Katz S et al. 2014; Rades D et al. 2010; Mehta MP et al. 2010; Christopher S et al. 1998). Дискутабелен вопрос об эффективности адъювантной лучевой, химио- или химиолучевой терапии (Yust-Katz S et al. 2014; Rades D et al. 2010; Selvanathan SK et al. 2011; Compton JJ et al. 2012; Milan G et al. 2020; Terrier LM et al. 2016; Stupp R et al. 2005). В последние десятилетия активно разрабатывается проблема поиска молекулярно-генетических маркеров, имеющих прогностическую и предиктивную значимость в лечении злокачественных новообразований. (Hegi M.E. et al. 2019; Hartmann C. et al. 2011; Butowski N. et al. 2011; Kim Y.H. et al. 2010; Labussiere M. et al 2010; Metellus P. et al., 2010; Watanabe T. et al. 2009). Однако в отношении АГГ такие исследования не проводились и на данный момент для этих опухолей отсутствуют достоверные молекулярно-генетические и малое число клинических предиктивных и прогностических факторов. Таким образом, вышеизложенные проблемы показывают актуальность исследования молекулярно-генетических особенностей нейронально-глиальных опухолей. Цель исследования: определение прогностических и предиктивных молекулярно-генетических характеристик анапластических ганглиоглиом супратенториальной локализации у взрослых для разработки персонализированного подхода в лечении. Задачи исследования: 1. Изучить уровни экспрессии генов TP, MGMT, ERCC1, PDGFR-α, VEGF, TOP2A, C-kit, βIII-тубулина и частоту мутаций в генах IDH1 и IDH2 в ганглиоглиоме GI и анапластической ганглиоглиоме GIII; 2. Оценить влияние молекулярно-генетических характеристик на общую и безрецидивную выживаемость больных с АГГ; 3. Оценить влияние гистологических характеристик (пролиферация сосудов в опухоли, пролиферация эндотелия сосудов) на общую и безрецидивную выживаемость больных с АГГ; 4. Оценить роль объёма опухолевого поражения в общей и безрецидивной продолжительности жизни у больных с анапластической ганглиоглиомой; 5. Определить роль степени циторедукции в общей и безрецидивной продолжительности жизни у больных с анапластической ганглиоглиомой; 6. Установить влияние лучевой терапии в первой линии на период безрецидивной и общей выживаемости для GIII ганглиоглиом; 7. Установить влияние химиотерапии на общую и безрецидивную продолжительности жизни больных с GIII ганглиоглиомами; 8. Установить влияние ответа опухоли на терапию первой линии на общую и безрецидивную продолжительности жизни больных с GIII ганглиоглиомами. Материалы и методы. Когортное исследование. Проспективный анализ данных 28 пациентов старше 18 лет с ганглиоглиомами (n=3) и анапластическими ганглиоглиомами (n=25) супратенториальной локализации, прооперированных и наблюдавшихся в «РНХИ им. проф. А.Л. Поленова» – филиале ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России. Всем пациентам было проведено оперативное вмешательство с разным объёмом циторедукции с последующей гистологической верификацией диагноза и проведением молекулярно-генетического исследования. Диагноз выставлялся в соответствии с критериями ВОЗ (2016 г.). Окончательный диагноз устанавливался после выполнения молекулярно-генетического исследования. Молекулярно-генетическое исследование опухолевого материала осуществлялось в ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова» Минздрава России. В ходе него определялись мутации в генах IDH1 и IDH2 и уровни экспрессии мРНК генов: βIII-тубулина, TOP2A, ERCC1, MGMT, PDGFR-α, С-kit, VEGF, TP. Далее исследовалось наличие корреляции между мутациями в генах IDH1/2 или уровнем экспрессии мРНК вышеперечисленных генов и эффективностью проводимого лечения. Методы: 1. Физикальный осмотр, 2. Оценка функционального статуса по шкале Карновского, 3. Оценка неврологического дефицита, 4. Офтальмологическое обследование, 5. Лабораторные методы: клинический анализ крови, биохимический анализ крови, общий анализ мочи, 6. МРТ с контрастным усилением, 7. ПЭТ с метионином, 7. УЗИ органов брюшной полости, ЭКГ (всем до начала лечения, после по показаниям), УЗИ сердца - при необходимости, 8. Гистологическое и иммуногистохимическое исследования опухолевой ткани, полученной после циторедукции, 9. Молекулярно-генетическое исследование образцов опухолевой ткани, полученных от пациентов, 10. Статистическая обработка цифровых данных Результаты: 1. При исследовании молекулярно-генетических особенностей в ГГ и АГГ выяснилось, что в случае ГГ высокий уровень экспрессии определялся в генах βIII-тубулина (50%), TOP2A (50%), ERCC1 (50%), MGMT (50%), а для АГГ в гене βIII-тубулина (65%). Ген ERCC1 имел высокий и средний уровень экспрессии в АГГ. Уровень экспрессии остальных генов был средний и/или низкий. Частота мутации в генах IDH1/2 для ГГ и АГГ составила 67% и 38% случаев, соответственно. 2. Наличие мутаций в гене IDH1/2 имеет прогностическую значимость: медиана безрецидивной выживаемости (БВ) увеличивается в 3 раза (156 vs 44 недели) и общей выживаемости (ОВ) в 2 раза (271 vs 142 недели). В отношении остальных молекулярно-генетических маркеров статистически достоверных изменений БВ и ОВ в зависимости от уровня экспрессии их мРНК выявлено не было. 3. При анализе гистологических критериев неоангиогенеза было обнаружено статистически значимое влияние пролиферации сосудов на БВ (р=0,018). Медиана БВ при отсутствии в образце опухолевой ткани пролиферации сосудов составила 156 недель, что втрое превысило таковой показатель в группе больных с пролиферацией сосудов – 56 недель. Другой морфологический показатель – пролиферация эндотелия сосудов – также оказал важное влияние на БВ с пограничной достоверностью (р=0,056). При отсутствии пролиферации эндотелия сосудов медиана БВ составила 78,5 недель, при её наличии - 46 недель. 4. Статистически значимых различий влияния объёма поражения на общую выживаемость у больных с анапластической ганглиоглиомой не выявлено. 5. Тотальное удаление опухоли повышало БВ с пограничной статистической достоверностью (р=0,054), в остальных случаях влияние объёма циторедукции было статистически не значимым. 6. Проведение ЛТ в первой линии оказало статистически значимое влияние на БВ, вне зависимости от того, была ли она проведена с темозоломидом (р=0,0062) или без него (р=0,0056). БВ в группе пациентов, получивших ЛТ, была выше, чем БВ в группе пациентов, которым не проводили ЛТ. Так, медиана БВ при отсутствии ЛТ в первой линии составила 0 недель, при выполнении ЛТ без темозоломида – 58 недель и при выполнении ЛТ и сопутствующем приёме темозоломида в дозе 75мг/м2 каждый день – 94 недели. 7. ХТ у пациентов с АГГ не привела к статистически значимому увеличению БВ (р=0,87). Медиана БВ при проведении ХТ в первой линии составила 58 недель, при отсутствии ХТ – 35 недель. Статистически значимых различий при сравнении разных схем химиотерапии получено не было(р=0,17), однако наилучшие результаты медианы БВ были получены при назначении темозоломида и составили 75,5 недель. Кроме того, ХТ первой линии привела к увеличению медианы ОВ и составила для темозоломида 169 недель, что вдвое больше, чем таковой показатель для группы больных, которым не проводили ХТ - 78 недель. Однако эти различия не были статистически достоверными (р=0,67). 8. Наличие объективного ответа на терапию первой линии статистически значимо увеличивает медиану ОВ по сравнению с продолженным ростом по данным первой контрольной МРТ (р=0,0018). Такая же закономерность прослеживается в отношении стабилизации заболевания после терапии первой линии – с достоверностью р=0,011. При продолженном росте медиана ОВ составила всего лишь 27,5 недель, в то время как для объективного ответа в первой линии терапии она составила 169 недель, а для стабилизации – 185 недель. Заключение. Основной тенденцией современной клинической онкологии является поиск молекулярно-генетических прогностических и предиктивных факторов, наличие или отсутствие которых может существенно влиять на тактику лечения онкологического заболевания и показатели выживаемости. Для АГГ – редких опухолей ЦНС, состоящих из неопластических ганглионарных клеток и неопластических глиальных клеток - такие предикторы не выявлены. В нашем исследовании определялась частота встречаемости следующих молекулярно-генетических маркеров в ГГ и АГГ: TP, MGMT, ERCC1, PDGFR-α, VEGF, TOP2A, C-kit, βIII-тубулин, IDH1/2. При этом прогностическая значимость была выявлена только для гена IDH1/2: наличие мутаций в этом гене достоверно увеличивает медиану БВ в 3 раза (156 vs 44 недели) и ОВ в 2 раза (271 vs 142 недели). В связи с этим, на наш взгляд, крайне важным является определение мутации IDH 1/2 в данной нозологии опухолей. Прогностическая и предиктивная роль гена MGMT требует дальнейшего изучения в данной категории опухолей. К сожалению, в нашем исследовании её выявить не удалось. В отношении клинико-морфологических характеристик прогностическое и предиктивное значение было установлено для пролиферации сосудов и эндотелия, ЛТ в 1й линии и наличия объективного ответа на терапию первой линии. Выявление клинико-морфологических и молекулярно-генетических особенностей ГГ и АГГ даёт возможность персонифицировать лечение пациентов с данной нозологией опухолей, что позволит увеличить показатели медианы БВ и ОВ в несколько раз по сравнению со стандартным подходом.

Introduction. According to the WHO classification IV revision (2016), in which tumors are divided according to morphological and molecular-genetic criteria, neuronal-glial tumors are classified under the heading "Neuronal and mixed neuronal-glial tumors". They are characterized by varying degrees of neuronal and glial differentiation and include 13 different nosologies. As part of our work, we will consider the clinical and molecular genetic features of anaplastic gangliogliomas (AGG) of supratentorial localization in adults. AGG - mixed neuronal-glial tumors, which consist of neoplastic ganglion cells and anaplastic glial component with high mitotic activity. According to the WHO classification, they are classified as high-grade tumors (G3) (Louis DN et al. 2016). There are few descriptions of AGG and their clinical and morphological features in the literature, which is due to the high rarity of these tumors (only 0.02 cases per 1 million per year) (Terrier LM et al., 2016; Selvanathan SK et al. 2011). These tumors are characterized by low survival rates and a high recurrence rate, despite the advances in modern oncology (Hirose T et al., 1997; Kalyan-Raman UP et al. 1987; Terrier LM et al., 2016; Luyken C et al., 2004; Majores M et al., 2008; Yust-Katz S et al., 2014). Surgical methods of treating these tumors have reached their limit, at the same time, there are no uniform standards for drug therapy (Terrier LM et al., 2016; Zaky W et al., 2018; Milan G et al. 2020; Luyken C et al., 2004; Compton JJ et al. 2012; Lang FF et al. 1993; Majores M et al. 2008; Selvanathan SK et al. 2011; Yust-Katz S et al. 2014; Rades D et al. 2010; Mehta MP et al. 2010; Christopher S et al. 1998). The efficacy of adjuvant radiation, chemo- or chemoradiation therapy is debated (Yust-Katz S et al. 2014; Rades D et al. 2010; Selvanathan SK et al. 2011; Compton JJ et al. 2012; Milan G et al. 2020; Terrier LM et al. 2016; Stupp R et al. 2005). In recent decades, the problem of searching for molecular genetic markers that have prognostic and predictive value in the treatment of malignant neoplasms has been actively developed. (Hegi ME et al. 2019; Hartmann C. et al. 2011; Butowski N. et al. 2011; Kim YH et al. 2010; Labussiere M. et al 2010; Metellus P. et al., 2010; Watanabe T. et al. 2009). However, about AGG, such studies have not been carried out and at the moment for these tumors, there are no reliable molecular genetic and a small number of clinical predictive and prognostic factors. Thus, the above problems show the relevance of studying the molecular genetic characteristics of neuronal-glial tumors. This work aims to determine the prognostic and predictive role of the molecular genetic characteristics of supratentorial anaplastic gangliogliomas in adults for a personalized approach to treatment. Research objectives: 1. To study the levels of expression of genes TP, MGMT, ERCC1, PDGFR-α, VEGF, TOP2A, C-kit, βIII-tubulin and the frequency of mutations in genes IDH1 and IDH2 in GI ganglioglioma and anaplastic ganglioglioma GIII; 2. To assess the influence of molecular genetic characteristics on the overall and disease-free survival of patients with AGG; 3. To assess the effect of histological (vascular proliferation in a tumor, proliferation of vascular endothelium) characteristics on disease-free survival and overall survival; 4. To assess the role of the volume of tumor lesions in the overall survival and disease-free survival in patients with anaplastic ganglioglioma; 5. To determine the role of the degree of cytoreduction in the overall survival and disease-free survival in patients with anaplastic ganglioglioma; 6. To establish the effect of radiation therapy in the first line on the period of disease-free survival and overall survival for GIII gangliogliomas; 7. To establish the effect of chemotherapy on the overall survival and disease-free survival of patients with GIII gangliogliomas; 8. To establish the effect of tumor response to first-line therapy on the overall survival and disease-free survival of patients with GIII gangliogliomas. Materials and methods The work was carried out based on a prospective analysis of data from 28 patients over 18 years with supratentorial GG GI (n = 3) and AGG GIII (n = 25). All patients underwent surgery with a different cytoreduction volume and subsequent histological diagnosis verification. All patients underwent an IHC study (Ki-67, GFAP, NSE, and Syn) and molecular genetic analysis for mutations in the IDH1 and IDH2 genes (exon 4) and the mRNA level expression of the βIII-tubulin, TOP2A, ERCC1, MGMT, PDGFR- genes. α, C-kit, VEGF, TP by real-time PCR. Further, the effect of mutations in the IDH1 / 2 genes and mRNA expression of the genes above on disease-free survival (DFS) and overall survival (OS) was assessed. Methods: 1. Physical examination, 2. Assessment of the functional status according to the Karnofsky scale, 3. Assessment of neurological deficits, 4. Ophthalmological examination, 5. Laboratory methods: clinical blood test, biochemical blood test, general urine test, 6. MRI with contrast enhancement, 7. PET with methionine, 7. Ultrasound of the abdominal organs, ECG (all before the start of treatment, after according to indications), ultrasound of the heart - if necessary, 8. Histological and immunohistochemical studies of tumor tissue obtained after cytoreduction, 9. Molecular genetic study of tumor tissue samples obtained from patients, 10. Statistical processing of digital data Results 1. In the study of molecular genetic characteristics in GG and AGG, it was found that in the case of GG, a high level of expression was determined in the genes βIII-tubulin (50%), TOP2A (50%), ERCC1 (50%), MGMT (50%), and for AGG in the βIII-tubulin gene (65%). The ERCC1 gene had high and medium levels of expression in AGG. The level of expression of the remaining genes was moderate and/or low. The frequency of mutations in the IDH1 / 2 genes for GG and AGG was 67% and 38% of cases, respectively. 2. The presence of mutations in the IDH1 / 2 gene has prognostic significance: the median disease-free survival (DFS) increases 3 times (156 vs 44 weeks) and overall survival (OS) doubles (271 vs 142 weeks). Regarding other molecular genetic markers, no statistically significant changes in DFS and OS were found depending on the level of their mRNA expression. 3. When analyzing the histological criteria of neoangiogenesis, a statistically significant effect of vascular proliferation on DFS was found (p = 0.018). The median DFS in the absence of vascular proliferation in the tumor tissue sample was 156 weeks, which is three times higher than that in the group of patients with vascular proliferation - 56 weeks. Another morphological indicator - vascular endothelial proliferation - also had an important effect on DFS with borderline significance (p = 0.056). In the absence of vascular endothelial proliferation, the median DFS was 78.5 weeks, and in the presence of it - 46 weeks. 4. There were no statistically significant differences in the effect of the tumor lesion volume on overall survival in patients with anaplastic ganglioglioma. 5. Total tumor resection increased DFS with borderline statistical significance (p = 0.054); in other cases, the effect of cytoreduction volume was not statistically significant. 6. Carrying out RT in the first line had a statistically significant effect on DFS, regardless of whether it was performed with temozolomide (p = 0.0062) or without it (p = 0.0056). DFS in the group of patients who received RT was higher than DFS in the group of patients who did not receive RT. Thus, the median DFS in the absence of RT in the first line was 0 weeks, with RT without temozolomide - 58 weeks, and with RT and concomitant administration of temozolomide at a dose of 75 mg / m2 every day - 94 weeks. 7. CT in patients with AGG did not lead to a statistically significant increase in DFS (p = 0.87). The median DFS during chemotherapy in the first line was 58 weeks, in the absence of chemotherapy - 35 weeks. There were no statistically significant differences between the different regimens (p = 0.17), however, the best median results were obtained with the appointment of temozolomide and amounted to 75.5 weeks. In addition, first-line chemotherapy led to an increase in the median OS and was 169 weeks for temozolomide, which is more than that for the group of patients who did not receive chemotherapy - 78 weeks. However, these differences were not statistically significant (p = 0.67). 8. The presence of objective response to first-line therapy statistically significantly increases the median OS compared with continued growth according to the first control MRI (p = 0.0018). The same pattern can be traced to the stabilization of the disease after first-line therapy - with reliability of p = 0.011. With continued growth, the median OS was only 27.5 weeks, while for objective response in the first line of therapy it was 169 weeks, and for stabilization - 185 weeks. Conclusions. The main trend of modern clinical oncology is the search for molecular genetic prognostic and predictive factors. Their presence or absence can significantly affect cancer treatment tactics and survival rates. For anaplastic gangliogliomas, GIII (AGG) - neuronal-glial tumors of a high degree malignancy - such predictors have not been identified. In our study, the frequency of occurrence of the following molecular genetic markers in GG and AGG was determined: TP, MGMT, ERCC1, PDGFR-α, VEGF, TOP2A, C-kit, βIII-tubulin, IDH1 / 2. At the same time, the prognostic value was revealed only for the IDH1 / 2 gene: the presence of mutations in this gene significantly increases the median DFS by 3 times (156 vs 44 weeks) and OS by 2 times (271 vs 142 weeks). In this regard, in our opinion, it is extremely important to determine the IDH 1/2 mutation in this nosology of tumors. The predictive and predictive role of the MGMT gene requires further study in this category of tumors. Unfortunately, in our study, it was not possible to identify it. Concerning clinical and morphological characteristics, prognostic and predictive value was established for the proliferation of vessels and endothelium, RT in the 1st line, and the presence of objective response to first-line therapy. Revealing the clinical, morphological, and molecular genetic characteristics of GG and AGG makes it possible to personalize the treatment of patients with this nosology of tumors, which will increase the median values of DFS and OS by several times compared to the standard approach.