儿童弥漫性中线胶质瘤检出HIST1H3C（H3C3）双突变

组蛋白突变（H3 K27M、H3 G34R/V）是定义儿童型弥漫性高级别胶质瘤（HGG）亚型的分子特征（弥漫性中线胶质瘤[DMG]、H3 K27改变型、弥漫性半球胶质瘤[DHG]、H3 G34突变型）。WHO分类中确认，在极少数情况下，这些突变会同时出现。本文报告一例此类病例：一名 2 岁女童出现神经系统症状；MRI成像发现脑干病变，并进行了活检。组织学显示弥漫浸润性多形性星形胶质细胞、多核细胞和明显的有丝分裂活性；诊断为弥漫性中线胶质瘤，H3 K27改变型（免疫组化：H3K27me3缺失，H3K27M阳性）。DNA甲基化谱分析将肿瘤归类为"弥漫性中线胶质瘤，H3 K27改变型"（校准分数 = 0.99）。进一步的分子研究（全外显子、全基因组测序）显示H3C3基因同时存在H3.1 K27M和G34R突变（克隆性，位于相同读段中）、FGF11和PIK3CA体细胞变异，以及致病性胚系NBN变异。RNA测序谱与H3K27M突变型肿瘤聚类。建立了患者来源的细胞培养，以进行无偏倚的体外药物筛选；未发现选择性敏感性。染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq；H3K27ac、H3K27me3、H3K36me3、RNApol2标记）显示与弥漫性中线胶质瘤H3 K27M突变型肿瘤一致的特征（H3K27ac位点包括OLIG2、IRX1/2、PKDCC）。患者接受辅助放疗，但病情进展，于确诊后 13 个月去世。该病例是一种极为罕见的复杂组蛋白突变儿童高级别胶质瘤变异型，表明H3.1 K27M突变在分子和临床特征上比G34R突变更具主导性，并强调了广泛分子谱分析对识别此类案例以进行进一步研究的重要性。

背 景

世界卫生组织《中枢神经系统肿瘤分类》第五版认可两种具有不同临床病理特征的儿童型高级别胶质瘤（HGG），其定义依据为组蛋白H3基因的突变。弥漫性中线胶质瘤（DMG）由H3 K27改变所定义，位于中线结构（包括脑桥、丘脑、脊髓）。其特征为H3三甲基化（H3 p.K28me3（p.K27me3））的整体减少，与组蛋白H3.3或H3.1/H3.2亚型中的H3 p.K28M（K27M）或罕见的p.K28I（K27I）替代相关，伴有EZHIP的异常过表达或EGFR改变。第二种亚型是H3 G34突变型弥漫性半球胶质瘤（DHG），通常发生于青少年和年轻成人。它们包含H3F3A基因突变，导致组蛋白H3.3尾部第 35 位密码子发生氨基酸替代，最常见的是甘氨酸变为精氨酸（c.103G＞A或c.103G＞C p.G35R-G34R），罕见情况下变为缬氨酸（c.104G＞T p.G35V-G34V）；与K27M突变不同，这些突变尚未见报道发生于组蛋白H3.1中。每个组蛋白突变亚群都有独特的甲基化谱。根据WHO分类，H3 K27M突变与H3 G34R/V突变同时发生的情况极为罕见。

本文报告一例这样的罕见病例，其HIST1H3C（H3C3）基因同时存在K27M和G34R双突变，具有临床病理和分子特征，此病例此前尚未见报道。

病 例

患童女，2 岁，因急症入院，表现为共济失调、左侧无力、新发斜视及嗜睡加重。头颅MRI显示脑干腹侧有一膨胀性病变，以脑桥为中心，延伸至延髓上部及中脑右侧（图1A）。病变对周围脑实质造成占位效应，脑桥前池部分消失，第四脑室变形，但无脑积水。患者接受了择期活检（图1B）。

▲图1 肿瘤特征

组织学检查显示为浸润性高细胞性胶质肿瘤，由多形性和有角的细胞核、粗染色质、少量嗜酸性细胞质以及罕见的多核细胞组成，嵌入纤维基质中（图1C）。有丝分裂活性显著，但无明确的微血管增生。可见局灶性早期坏死区域（图1C）。免疫组化显示OLIG2、GFAP和H3K27M呈强阳性，肿瘤细胞中H3K27me3表达缺失，ATRX表达保留（图1D）。H3G34R突变（特异性针对组蛋白H3.3）、EZHIP和突变型p53的免疫组化结果为阴性（图1D），Ki67标记指数为中高水平（图1D）。因此，免疫组化结果证实诊断为弥漫性中线胶质瘤，H3 K27改变型，中枢神经系统WHO 4级，且未显示G34R/V突变型肿瘤的特征。德国癌症研究中心（DKFZ）脑肿瘤分类器（v12.5、v12.8）均将该肿瘤归类为弥漫性中线胶质瘤，校准分数分别为 0.92 和 0.99。DNA和RNA panel测序发现HIST1H3C（H3C3）基因顺式同时存在p.K28M（c.83 A＞T）和p.G35R（c.103G＞C，变异丰度 0.44）突变，以及致病性PIK3CA变异（c.1031T＞G，变异丰度 0.46）（图1F）。全基因组测序（WGS）发现FGF11变异和致病性胚系NBN变异（c.698_701delAACA p.Lys233SerfsTer5）。拷贝数谱显示1号染色体长臂（chr1q）和2号染色体（chr2）获得。最终综合诊断为弥漫性中线胶质瘤，H3 K27改变型，伴H3.1 K27M和H3.1 G34R突变，中枢神经系统WHO 4级。活检时收集了肿瘤样本用于体外模型建立，成功构建了2D和3D模型（ICR-CXJ074）（图2A）。DNA甲基化谱分析将所有培养物归类为弥漫性中线胶质瘤，校准分数较高（0.74 和 0.72），在胶质瘤参考队列t-SNE分析（n = 3357）中与弥漫性中线胶质瘤组聚类（图1E）。全外显子测序（WES）发现与原发肿瘤相同的突变，包括PIK3CA突变（图1F）。拷贝数检测显示1号染色体长臂和2号染色体获得，与原发肿瘤相似。免疫荧光显示胶质标志物GFAP、OLIG2以及干细胞标志物SOX2和Nestin的表达（图2B）。患者来源模型和原发肿瘤的RNA测序证实其表达谱与其他K27M突变型弥漫性中线胶质瘤一致。在建立了代表原发肿瘤的体外患者来源模型后，研究人员使用包含 800 多种化合物的ICR药物与工具库对2D培养细胞进行了无偏倚药物筛选，未发现选择性敏感性（图2C）。

▲图2 患者来源的体外建模

为进一步表征该肿瘤，研究人员进行了染色质免疫沉淀测序（ChIP-Seq），检测与H3K27ac、H3K27me3、H3K36me3、RNApol2标记相关的基因座，并与已发表的H3.3 K27M和H3.3 G34R突变患者来源细胞系数据进行比较。ICR-CXJ074的H3K27me3峰与H3.3 K27M突变细胞系一致，H3K27ac峰也呈现相似模式（图2D）。在基因水平上，H3K27ac位点突出显示OLIG2、PKDCC和CBLN1基因，H3K27me3位点与DLX1、DLX2、DLX5和OTX1基因相关（图2E）。ICR-CXJ074的H3K27ac超级增强子谱与其他K27M突变型肿瘤聚类。总体而言，ICR-CXJ074的遗传、表观遗传和转录组特征与弥漫性中线胶质瘤H3 K27M突变型肿瘤一致。患者接受了放疗（39 Gy，13 次分割），随后因发现体细胞PIK3CA变异（PI3激酶/AKT/mTOR信号通路中的相关分子靶点）而接受mTOR抑制剂依维莫司治疗（持续 5 个月）。放疗后的初始随访扫描显示肿瘤缩小，但复查扫描发现脑桥出现扩大区域和强化灶。确诊后 6 个月，肿瘤延伸至延髓和内囊后肢，强化程度增加，符合肿瘤进展表现。这些影像学变化与疾病进展的临床症状演变相符--共济失调加重、无力、言语功能恶化，最终出现吞咽困难。患童根据国内外指南接受了再程放疗（20 Gy，10 次分割），但病情继续进展，于确诊后 13 个月不幸去世（图1B）。

讨 论

此前文献中已报道两例双组蛋白突变肿瘤病例，均表现为低级别组织学特征及H3K27me3的整体减少。第一例为 7 岁男性脊髓肿瘤患者，其H3F3A基因在同一等位基因上同时存在K27M突变和新型G34W变异。尽管G34W变异在高级别胶质瘤中较为罕见，但其已知是骨巨细胞瘤的特征性变异；骨巨细胞瘤是一组罕见的骨肿瘤，多见于长骨的干骺端区域。第二例为 38 岁男性丘脑肿瘤患者，组织学显示低级别恶性肿瘤特征，HISTH3B基因同时存在K27M和G34R突变，并伴有FGFR1、NF1、PTPN11、PPM1D及ATRX基因的共突变。本案例为首次报道的伴有HIST1H3C（H3C3）基因K27M和G34R双突变的高级别弥漫性中线胶质瘤；其分子谱更接近K27M突变型弥漫性中线胶质瘤而非G34R突变型弥漫性半球胶质瘤，提示在顺式情况下，组蛋白H3.1上的K27M突变可能是较G34R突变更强的驱动因素。需注意的是，我们目前的对比数据均来自H3.3 G34突变肿瘤，H3.1 G34突变的具体作用和功能仍有待研究。胚系致病性NBN变异与常染色体隐性遗传性奈梅亨断裂综合征（Nijmegen breakage syndrome，NBS）相关，但经临床遗传学家评估，该患者无相关临床特征；NBN基因变异在其他星形细胞肿瘤中亦有报道，但其具体作用及意义尚未明确。

本案例提示，组蛋白突变肿瘤中存在罕见但复杂的遗传异常，对其进行识别和研究对于深入理解肿瘤的潜在生物学机制具有重要意义。

参考文献：Reisz, Z., Pereira, R., Nevis, S. et al. An exceptionally rare case of a diffuse midline glioma with concomitant H3.1 K27M and G34R mutations in the HIST1H3C (H3C3) gene. acta neuropathol commun 13, 7 (2025). https://doi.org/10.1186/s40478-024-01899-5