神经胶质瘤分子亚型发病机理和诊断方案的研究

Gliomas are the most common primary brain tumors in human central nervous system (CNS) with no effective therapy so far. Morphological diagnosis and previous molecular diagnosis schemes have not been able to assign gliomas into subtypes with distinct pathogenesis process. We have hypothesized that gene co-expression modules around key signaling pathways conserved between neural development and glioma genesis may enable molecular classification of gliomas. We have identified gene co-expression modules around EGFR (EGFR module, EM) or PDGFRA (PDGFRA module, PM) in gliomas.Based on the expression pattern of EM and PM, we have developed a new classification scheme that robustly assigns both low-grade and high-grade adult gliomas into three major subtypes: EM glioma (with high EM but low PM expression), PM gliomas (with high PM but low EM expression) and EMlowPMlow gliomas. These glioma subtypes are distinct in patient survival, and in transcriptomic and genomic characteristics. Here, we aim to investigate which signaling pathways regulating normal neural development are perturbed in each glioma subtype; and to identify the hub genes within the EM or PM that drive the pathogenesis of respective glioma subtypes. Further, we plan to establish a gene chip or a cell surface marker based flow cytometry diagnostic protocol that can be routinely used to diagnose glioma subtypes.

神经胶质瘤是成人中枢神经系统中最常见的原发性肿瘤，至今没有找到有效的治疗方案。形态学诊断以及以往的分子诊断未能将胶质瘤分为在遗传学和细胞学起源上均一的分子亚型。我们提出：在神经发育和胶质瘤起源过程之间保守的关键信号通路所涉及的基因网络能对胶质瘤进行分子分型。我们在胶质瘤转录组中确定了EGFR的基因共表达模块（EM）以及PDGFRA的基因共表达模块（PM）。我们建立了基于EM 和PM 表达谱的胶质瘤分子分类方案，将胶质瘤分为EM亚型（高表达EM）、PM亚型（高表达PM）和EMlowPMlow亚型。不同亚型在患者生存时间、转录组以及基因组特征上存在特异性差异。在本申请中我们致力于探究哪些调控神经发育的信号通路在不同亚型胶质瘤中是紊乱的，以及确定EM和PM中驱动相应胶质瘤表现型产生的关键基因。另外，我们计划建立基于基因芯片或流式细胞仪的诊断方案来对胶质瘤亚型进行常规诊断。

神经胶质瘤是成人中枢神经系统中最常见的原发性肿瘤，现行的诊断方案未能与脑发育机制和胶质瘤发病机制紧密结合，阻碍了治疗方案的发现。我们提出：在脑发育和胶质瘤起源过程间保守的关键信号通路所涉及的基因网络能指导胶质瘤分子分型。我们在胶质瘤转录组中确定了EGFR的基因共表达模块（EM）以及PDGFRA的基因共表达模块（PM），建立了EM/PM分子分型方案，将胶质瘤分为呈现特异的预后、发病年龄、转录组及基因组特征二个主要分子亚型: EM亚型（高表达EM）、PM亚型（高表达PM）(Sun et al., PNAS 111:3538-3543, 2014.)。 为阐明EM/PM分子亚型的发病机制、及将EM/PM分子分型理念转化为临床诊断工具，本课题研究了以下问题: ..(1).在EM/PM分子亚型中，确定与脑发育相关的基因共表达网络并初步确定EM亚型的驱动基因.胶质瘤的形态学诊断未能准确地结合脑发育机制，带来了人为的复杂性。EM/PM分子分型在理念克服了形态学诊断的局限性，发现EM分子亚型与神经干细胞相似， PM亚型与少突胶质祖细胞相似。我们选择REMBRANDT数据库， 在EM/PM分子分型理念的指导下，利用weight gene co-expression network analysis (WGCNA),在全转录组范围内发现EM、PM及正常脑组织中富集的共表达基因网络。 在此基础上，鉴定潜在的胶质瘤驱动基因。.(2).建立基于TaqMan RT-PCR的胶质瘤EM/PM分子亚型诊断芯片和分子分型计算模型.为将来源于数据库、依赖上百个样本间聚类分析的EM/PM分子分型结果转化为个体化诊断的工具，我们选择了EM、PM分子亚型和正常脑组织中特异性强、表达量高的分类基因，设计了TaqMan RT-PCR检测芯片， 开发了support vector machine (SVM) 算法，在来自北京和瑞典的近200例胶质瘤样本中开展了验证。.(3).将胶质瘤EM/PM分子分型理念应用于浆细胞瘤的分子分型. 课题组探索了EM/PM分子分型理念应用于其他肿瘤的分子分型的可能性。浆细胞瘤为血液科第二常见肿瘤，现行的诊断和分子分型方案未能与发病机制相集合。以淋巴结生发中心发育机制为指导， 我们发现了基于MCL1-M的分子分型方案，能将浆细胞瘤区分为发病机制、预后及治疗反应迥异的分子亚型。