弥漫性中线胶质瘤伴H3K27改变（Diffuse midline glioma, H3 K27-altered）是一类好发于中枢神经系统中线结构的儿童型高级别弥漫性胶质瘤，常累及桥脑（Diffuse intrinsic pontine glioma, DIPG）、丘脑、脊髓等神经系统核心功能部位，手术切除难度极大，患者预后极差，2年生存率不足10%，伴有广泛软膜播散转移的晚期患者中位生存期更短，仅有约1.6-3.8个月。数十年来，基于手术和放化疗的传统治疗未有突破，全球大量的基础研究和临床实验尚未能给此类患者带来显著的临床增益。

作为H3K27改变中最为常见的类型，H3K27M，即组蛋白H3第27位赖氨酸（简写为K）至甲硫氨酸（简写为M）突变，是经典的“致癌组蛋白”（oncohistone）突变，由2018年拉斯克奖（Lasker Prize）得主，美国洛克菲勒大学（Rockefeller University）的C. David Allis教授（1951-2023）提出并揭示了其致癌分子机理。H3K27M突变所致的表观遗传学改变（epigenetic alternation），以H3K27位点三甲基化全局下调和乙酰化上调为其鲜明特征，是驱动弥漫性中线胶质瘤发生与恶性进展的核心要素。已有研究表明，表观遗传学药物在杀伤肿瘤的同时可增强或激活机体抗肿瘤的免疫反应。然而，相比于传统治疗，不论作为单药或是联合药物使用，表观遗传学药物尚未能给胶质瘤患者带来生存期增益，更为值得关注的是，其与免疫疗法的联用，尚未在弥漫性中线胶质瘤患者中开展临床研究。

“解铃还须系铃人”，研究者团队提出的科学问题是：靶向H3K27位点三甲基化降低和乙酰化上调，继而联合免疫治疗，能否为此类肿瘤患者的临床获益带来一线曙光?

北京时间2023年1月20日，清华大学章薇团队在Nature子刊Signal Transduction and Targeted Therapy在线发表封面文章“Diffuse midline glioma treated with epigenetic agent-based immunotherapy”（基于表观遗传学药物的免疫疗法治疗弥漫性中线胶质瘤）（图1）。该研究首次报道了运用表观遗传学药物组蛋白去乙酰化酶抑制剂帕比司他（Panobinostat）和组蛋白甲基转移酶抑制剂他泽司他（Tazemetostat），联合免疫检测点PD-1抑制剂帕博丽珠单抗（Pembrolizumab）和CTLA-4抑制剂伊匹木单抗（Ipilimumab），治疗伴有广泛软膜播散转移和/或复发弥漫性中线胶质瘤患者，取得了显著临床疗效。

图1. 本研究获选为2023年2月期STTT封面文章

1号患者是一位28岁男性，他于2020年9月13日被确诊为胸髓原发的弥漫性中线胶质瘤伴H3K27改变，在行肿瘤切除后并未辅助任何治疗，患者恢复良好。术后约3个月，患者出现双下肢无力、呃逆和嗜睡，上述症状呈现进行性加重。2021年1月11日（治疗第1日），患者因意识模糊和突发昏迷入院，核磁共振成像（MRI）提示胸髓原发肿瘤复发，并伴有神经系统广泛的软膜播散转移。研究者团队对其复发的胸髓病灶进行了次全切除，并对其延髓背侧的病灶进行了活检术，这两处病灶的病理诊断均为弥漫性中线胶质瘤伴H3K27改变（原文附图1）。研究者对患者来源的肿瘤干细胞进行了体外药敏和转移表型实验，结果提示：帕比司他和他泽司他的联用，对肿瘤干细胞的杀伤和转移抑制作用显著强于任一单药（原文附图3）。在数据截止日前（治疗第371日），该患者共接受了长达17周期（3或4周/周期）基于表观遗传学药物的免疫治疗（具体治疗方案参见原文附图2）。患者神经系统内广泛的软膜播散转移灶在影像学上呈持续性缩小（图2a），其中，鞍上区（T1）和延髓背侧（T2）病灶体积缩减超过94%，胸髓（T3）复发病灶在次全切除术后，未再复发的基础上，其体积呈持续性缩小（具体数值参见原文附表3）。治疗第367日的增强MRI成像提示，软脑膜及脑室周围强化信号在影像学上已不可测得。在治疗全程中，患者的生活质量得到了显著改善和提高，并在第11疗程回归了日常生活（原文附图9和附表4）。该患者的总体生存期为20个月，接受基于表观遗传学药物的免疫疗法的生存期为16个月。研究者团队为进一步观察该疗法的有效性，将其应用于治疗其他3名（2-4号患者）复发弥漫性中线胶质瘤伴H3K27改变的患者，亦取得了显著疗效（原文附图12-14）。

为探讨该治疗策略为患者带来临床获益的可能机理，研究者在治疗的第26日、72日、169日、321日和340日，分别收集了1号患者的脑脊液样本，进行了基于质谱的蛋白质组学分析。共鉴定出1812种蛋白，其中的1118种蛋白随着治疗时间节点呈差异性表达，根据其表达模式的不同将其聚类为20组，研究者重点关注了其中4组具有同向变化趋势的蛋白（图2b，原文附图10和11）。结果提示，自治疗第26日起，与肿瘤血管生成、转移及增殖相关的蛋白如：VEGFA、collagen family（胶原蛋白家族）、laminin family（层粘连蛋白家族）等表达量显著降低；与肿瘤侵袭、迁移、上皮-间充质转化以及干性相关蛋白如：MMP9、VIM和NES，从治疗第72日起呈现稳定下降的趋势；有趣的是，蛋白酶抑制剂蛋白PZP在治疗第26天后，其表达量显著升高，而PSMA3，PSMB3和PSMB8等蛋白酶体亚基蛋白在治疗第72天后表达量显著下降，这提示该疗法同时对蛋白酶具有一定的抑制作用。此外，M2样肿瘤相关巨噬细胞标志物MRC1，细胞毒性T细胞活化负调控蛋白VISG4，胶质瘤中免疫抑制标志物PLAUR蛋白的表达量均在治疗第26日后呈现出显著降低；免疫细胞迁移和激活相关蛋白ICAM1和ICAM2在治疗第72日后呈显著上调；SELL，LYZ和ATRN等免疫激活和免疫强化相关蛋白的表达量也在治疗第169日后呈显著升高，并一直持续到末次采样时间点（图2b）。

图2. 1号患者的治疗反应。

a. T1加权增强成像提示肿瘤体积随治疗显著缩小；b. 蛋白组学分析脑脊液中的差异性表达蛋白

非突变表观遗传重编程，近期被认定为癌症十四大特征中的一个全新特征维度。但表观遗传学药物的单独使用尚未在胶质瘤患者中取得预期疗效：组蛋白去乙酰化酶抑制剂帕比司他的获批适应症为多发性骨髓瘤，研究表明帕比司他可穿透血脑屏障，是一种有望治疗弥漫性中线胶质瘤的药物，但在复发胶质母细胞瘤和间变型胶质瘤中，帕比司他联合贝伐珠单抗并未能显著改善患者的6个月无进展生存率，临床试验因未达到主要终点而止步于II期（参见原文附件文献6）；接受帕比司他治疗的一位脊髓原发伴有软膜播散转移的弥漫中线胶质瘤患者，其总体生存期仅为6个月（参见原文文献3）。在本研究中，研究者也观察到帕比司他联合贝伐珠单抗在脊髓复发弥漫性中线胶质瘤晚期患者中具有一定的抗肿瘤疗效，但未能阻止肿瘤颅内转移的恶性进展（原文附图15）。组蛋白甲基转移酶抑制剂他泽司他最初获批用于治疗上皮样肉瘤，目前尚未在胶质瘤患者中开展任何实验性研究。本研究是首次报道将他泽司他作为表观遗传学药物的一种，应用于弥漫性中线胶质瘤患者的临床治疗。与此同时，术后给予免疫检测点PD-1抑制剂治疗，未能给胶质母细胞瘤和具有高突变负荷的胶质瘤患者带来显著的临床获益；此外，用PD-1抑制剂治疗伴有软膜播散转移的恶性肿瘤患者，其中位生存期仅为3.6个月（参见原文文献5）。目前研究认为，免疫治疗在胶质瘤患者中的疗效不如预期，可能与中枢神经系统肿瘤内高度抑制的免疫微环境、肿瘤浸润性淋巴细胞缺乏等因素密切相关。本研究不仅首次报道了免疫检测点PD-1和CTLA-4抑制剂在弥漫性中线胶质瘤患者中的联合应用，更为表观遗传学药物联合免疫疗法为胶质瘤患者带来临床获益的可能性与可行性，提供了初步探索的数据与经验。

综上所述，清华大学章薇团队通过以弥漫性中线胶质瘤伴H3K27改变的表观遗传学特征为治疗切入点，靶向H3K27位点的三甲基化全局下调和乙酰化上调，通过“欲将取之，必先与之”的治疗策略，运用表观遗传学药物组蛋白去乙酰化酶抑制剂和组蛋白甲基转移酶抑制剂，联合免疫检测点PD-1和CTLA-4抑制剂，在治疗伴有广泛软膜播散转移和/或复发弥漫性中线胶质瘤伴H3K27改变患者中，取得了显著的临床疗效。该治疗策略不仅为此类患者的临床治疗提供了新思路与新范式，更有望拓展应用至更多以表观遗传学异常驱动的恶性肿瘤之中。

本论文的通讯作者为清华大学章薇，现任清华-IDG/麦戈文脑科学研究院研究员、清华大学临床医学院助理教授、北京清华长庚医院神经外科副主任医师。本研究得到清华大学医学院李海涛教授课题组和西湖大学郭天南教授课题组的大力支持，复旦大学吴劲松教授为本研究提供了重要帮助。北京清华长庚医院神经外科主治医师荆林凯，清华大学医学实验班2015级钱智泓同学，清华大学临床医学院2021级博士生高强为本文的共同第一作者。