분자 검사가 뇌종양 진단과 치료를 어떻게 변화시키고 있는가

목차

• 서론: 뇌종양에서 분자 검사의 중요성
• 뇌종양 진단 및 치료를 위한 주요 분자 검사
• DNA 메틸화 프로파일링: 혁신적인 진단 도구
• DNA 및 RNA 시퀀싱: 주요 돌연변이 검출
• 추가 진단 도구 및 기법
• 뇌종양 진단에 분자 검사 적용하기
• 성인 미만성 교종: 분자 검사가 진단을 어떻게 안내하는가
• 환자에게 의미하는 것: 임상적 함의
• 분자 검사의 한계 이해하기
• 뇌종양 진단을 앞둔 환자를 위한 권고사항
• 출처 정보

서론: 뇌종양에서 분자 검사의 중요성

최근 몇 년간 분자 프로파일링은 중추신경계(CNS) 종양의 진단과 분류 방식을 완전히 바꾸었습니다. 2021년 세계보건기구(WHO)의 최신 CNS 종양 분류는 정확하고 재현 가능한 진단을 위해 전통적인 현미경 검사와 분자 검사의 결합을 요구하며, 이는 환자 치료에 직접적인 영향을 미칩니다.

이 통합적 접근은 병리학자들이 DNA 메틸화 프로파일링과 DNA/RNA 차세대 염기서열 분석(NGS)을 포함한 여러 분자 검사와 함께 작업해야 함을 의미합니다. 이러한 고급 기법은 종양을 더 정밀하게 분류하고, 특정 유전자 돌연변이를 식별하며, 기존 방법으로는 발견되지 않았던 치료 표적을 밝히는 데 도움을 줍니다.

분자 프로파일링의 중요성은 급격히 커져, 이제 모든 주요 CNS 종양 유형은 적절한 진단을 위해 특정 분자 표지자 평가가 필요합니다. 특히 DNA 메틸화 분석을 통해 많은 새로운 종양 유형이 발견되었으며, 이는 현대 신경병리학에서 그 필수성을 잘 보여줍니다.

뇌종양 진단 및 치료를 위한 주요 분자 검사

분자 신경병리학은 이제 다양한 목적, 복잡성, 가용성 및 비용을 가진 광범위한 검사를 포함합니다. 이러한 차이를 이해하는 것은 각 진단 상황에 가장 적합한 검사를 선택하고 결과를 올바르게 해석하는 데 중요합니다.

현재의 분자 도구 상자에는 뇌종양에 대한 보완적 정보를 제공하는 몇 가지 필수 기술이 포함되어 있습니다. 각 검사는 특정 진단 상황이나 종양 유형에 특히 유용한 고유한 강점과 적용 분야를 가지고 있습니다.

DNA 메틸화 프로파일링: 혁신적인 진단 도구

DNA 메틸화 프로파일링은 최근 몇 년간 뇌종양 진단에 가장 영향력 있는 분자 도구였습니다. 이 접근법은 종양 세포의 고유한 후생유전학적 프로필을 이용하며, 이는 원래 조직의 특성과 암 발생 과정에서 획득된 변화를 모두 반영하여 각 종양 유형에 대한 특정 서명을 생성합니다.

실제로 DNA 메틸화 프로필은 MethylationEPIC array beadchip(850K)을 사용하여 평가되며, 전체 게놈에 걸쳐 수십만 개의 CpG 섬의 메틸화 상태를 조사합니다. 원시 데이터는 전용 플랫폼에 업로드되어 CNS 종양 및 기타 선택된 개체들의 포괄적인 저장소와 비교됩니다.

0.9 이상의 일치 점수는 진단 분류를 강력히 지지하지만, 전문가들은 항상 이러한 결과를 임상, 영상 및 조직병리학적 소견과 함께 검토합니다. 이 플랫폼을 사용한 DNA 메틸화 프로파일링은 인증된 검사법이 아니므로, 국가별로 진단 사용에 대한 규정이 다를 수 있음에 유의해야 합니다.

이 기술은 연구와 일상 진단 목적 모두에서 매우 가치 있음이 입증되었습니다. 연구를 통해 대규모 뇌종양 데이터 세트의 비지도 분석으로 많은 새로운 종양 유형과 아형이 발견되었습니다. 새로 확인된 많은 종양들은 형태학적 특징에서 다른 개체들과 상당히 유사하거나 발생률이 매우 낮아 이전에 별개의 신생물로 인식되지 못했습니다.

임상 실무에서 여러 그룹들이 소아 및 성인 환경에서 이 기술을 사용한 경험을 발표했습니다. 전체적으로 약 50-65%의 샘플에서 일치 점수(≥0.9)가 달성되며, 약 10-20%의 사례에서 진단에 상당한 영향이 있어 잠재적 임상적 결과를 가져옵니다. 이 놀라운 발견은 이 도구가 불과 몇 년 만에 빠르게 채택된 이유를 설명합니다.

더 높은 중앙 분류 점수는 일반적으로 진단을 확인하거나 특정 종양 아형을 평가하기 위해 분석된 사례에서 관찰됩니다. 더 넓은 범위의 점수는 도전적인 샘플이나 더 작은 표본들 사이에서 나타납니다. 복잡한 사례에서의 낮은 점수는 작거나 품질이 낮거나 대표성이 없는 생검으로 인해 발생할 수 있으며, 이는 전통적 병리학과 메틸화 프로파일링 모두로 분류하기 어려울 수 있습니다.

이상적으로는 200ng의 DNA와 60% 이상의 종양 세포 농도가 바람직하지만, 상당히 낮은 양으로도 진단 분류가 가능합니다. 포르말린 고정 파라핀 포매(FFPE) 조직 블록은 일반적으로 신선 냉동 샘플과 유사한 결과를 제공하며, 오래된 표본의 분석도 올바른 분류를 도출할 수 있습니다.

DNA 메틸화 프로파일링은 비특이적 조직병리학적 특성을 가진 희귀 종양 유형을 재분류하는 데 특히 유용함을 보여주었습니다. 현재 CNS 종양 진단의 핵심 도구이지만, 이 접근법은 필요한 기술 시설, 비용, 소요 시간(수일), 실행 및 해석에 필요한 전문성 측면에서 상당한 도전을 제기합니다.

DNA 및 RNA 시퀀싱: 주요 돌연변이 검출

많은 CNS 종양들은 DNA 시퀀싱으로 검출 가능한 특정 점 돌연변이 또는 주로 RNA 시퀀싱을 통해 확인되는 유전자 융합을 특징으로 합니다. 예를 들어, IDH1/IDH2 및 H3-coding 유전자의 돌연변이는 각각 성인 및 소아 교종의 특정 하위 집단을 정의합니다. BRAF V600E와 같은 다른 돌연변이들은 다양한 빈도로 여러 종양 유형에 나타나며 진단 평가에 기여하고 표적 치료를 가능하게 합니다.

DNA 시퀀싱에는 단일 유전자 직접 시퀀싱(Sanger sequencing) 및 표적 패널 시퀀싱, 전체 엑솜/게놈 시퀀싱(WES/WGS)과 같은 차세대 염기서열 분석(NGS) 기반 접근법을 포함한 여러 검사 유형이 사용될 수 있습니다. 이러한 분석은 단일 염기 변이(SNV), 작은 삽입/결실(InDel) 및 복제수 변이(CNV)를 검출합니다.

NGS 검사 내에서 표적 유전자 패널 시퀀싱은 현재 CNS 종양의 일상 분자 진단 작업에 가장 관련 있는 도구입니다. 이는 허용 가능한 비용, 소요 시간 및 해석 가능성으로 상대적으로 큰 관련 유전자 세트의 분석을 허용합니다. 뇌종양 진단에 가장 관련 있는 많은 유전자들은 이러한 신생물에 상대적으로 특이적이어서 맞춤형 또는 더 큰 패널이 필요합니다.

중간 크기 유전자 패널의 진단 효능은 제한된 입력 물질로도 돌연변이와 CNV를 검출함으로써 입증되었습니다. 더 큰 유전자 패널(IDH1/IDH2, TERT, TP53, ATRX, BRAF, H3F3A, H3F3B 포함)을 사용한 최근 연구들은 이러한 결과를 확인했습니다. 이러한 검사들은 분석된 CNS 종양의 절반 이상에서 진단적으로 관련 있는 변이를 검출하며, NGS 결과가 기여하지 않았을 때도 57%의 사례에서 정보성 있는 CNV가 검출되었습니다.

실험실 프로토콜은 시퀀싱 성공에 중요합니다. DNA 품질과 종양 세포 비율을 극대화해야 하며, 검사 유형과 샘플 특성에 따라 적절한 커버리지/읽기 깊이를 달성해야 합니다. 데이터 분석 파이프라인과 보고 분자 병리학자의 전문성은 올바른 변이 호출 및 해석에 동등히 중요합니다.

혈액 및/또는 뇌척수액에서 순환 종양 DNA(ctDNA) 분석은 최소 침습적 액체 생검을 통한 종양 분자 프로파일링의 또 다른 접근법을 나타냅니다. 기술적 도전으로 인해 일상 실무에서의 구현은 지금까지 제한되었지만, 최근 데이터는 포괄적인 NGS 패널이 ctDNA에서도 CNV를 검출하고 종양 내 이질성에 대처할 수 있음을 보여줍니다.

RNA 시퀀싱의 경우 주요 진단 목적은 많은 CNS 종양을 특징짓는 유전자 융합 검출입니다. 예를 들어, 모세포성 성상세포종은 흔히 KIAA1549::BRAF 융합을 가지며, 특정 분자 천막상 실질내 상의세포종 아형들은 ZFTA 또는 YAP1 융합으로 정의됩니다. 유전자 융합은 이용 가능한 효과적 억제제가 있는 NTRK1/NTRK2/NTRK3, ROS1, ALK 또는 MET 유전자 융합으로 빈번히 특징지어지는 영아형 반구 교종에서 보듯이, 활용 가능한 치료 표적을 나타낼 수 있습니다.

CNS 종양에서 RNA NGS의 중요성에 초점을 맞춘 연구들은 이 도구가 이러한 사건들을 더 빈번히 특징으로 하는 소아 신생물에 특히 가치 있음을 보여줍니다. 성인 뇌 신생물에서 유전자 융합은 상대적으로 드물고 일반적으로 치료 표적을 나타내지 않습니다.

추가 진단 도구 및 기법

전체 게놈 복제수 변이(CNV)의 마이크로어레이 기반 평가는 DNA 메틸화 프로파일링이 이용 가능해지기 전에 특히 빈번히 사용된 또 다른 관련 진단 도구입니다. 이러한 검사들은 특정 종양 유형의 진단 및/또는 예후 표지로 작용하는 많은 염색체 변이(결실, 증폭, 이형접합성 소실, 복제수 중립 이형접합성 소실, 염색체 파괴)를 검출합니다.

분자 프로파일링은 반드시 여러 변이의 동시 분석을 의미하지는 않습니다. 형광 제자리 혼성화(FISH)는 조직 슬라이드에서 특정 DNA 위치를 직접 평가할 수 있으며, 검증 목적으로 또는 특정 변이가 종양 특성에 기반하여 강력히 의심되거나 다른 분석을 위한 물질이 불충분할 때 유용합니다.

핵산 대신 단백질은 널리 이용 가능하고 빠르며 저렴한 면역조직화학 염색을 사용하여 평가될 수 있습니다. 면역조직화학은 돌연변이 단백질(IDH1 R132H, p53, H3 K27M, H3 G34R/V, BRAF V600E)의 존재, 정상/기능적 단백질의 소실(ATRX, H3 K27me3, INI1, BRG1) 또는 이상 경로의 과활성화(EZHIP)를 확인할 수 있습니다.

MGMT 프로모터 메틸화 평가는 예후 및 예측 관련성으로 인해 IDH-야생형 교아세포종 분자 특성화에 여전히 중요합니다. 여러 검사법이 이 표지자를 조사할 수 있으며, 임상 상관관계에서 명확한 우월성은 없습니다. 다른 검사법들 사이에 동등성 기준이 존재하지 않으므로, 지역적으로 이용 가능한 검사법의 특성을 이해하는 것이 중요합니다. MGMT 면역조직화학은 이러한 검사법들의 신뢰할 수 있는 대체 수단이 아닙니다.

뇌종양 진단에 분자 검사 적용하기

분자 분석은 2021년 WHO 분류에서 인정된 많은 종양 유형의 진단에 기여하거나 필요로 합니다. 가장 관련 있는 분자 도구들은 특정 신생물에 따라 다양하며, 선택된 예시들은 현재 신경병리학 실무에서 이러한 도구들의 중요성을 보여줍니다.

성인 미만성 교종: 분자 검사가 진단을 어떻게 안내하는가

2021년 WHO 분류에 따르면 성인 확산성 교종은 주로 IDH1/IDH2 상태에 따라 분류됩니다. 이 분류는 이 분자 표지자와 관련된 다른 종양 생물학, 발암 기전 및 임상적 함의에 근거하여 충분히 타당합니다.

교모세포종, IDH-야생형은 가장 흔한 확산성 교종으로 주로 노년층에서 발생하며 예후가 매우 불량합니다. 이는 형태학적 및 분자적으로 이질적인 신생물로 일반적으로 분화도가 낮은 성상세포 특징과 침윤성 성장, 높은 증식성, 미세혈관 증식 및 괴사를 보입니다. 일관된 형태학을 보일 경우 의사는 IDH1/IDH2 돌연변이를 배제하여 IDH-돌연변이 성상세포종이나 IDH-돌연변이, 1p/19q 공결실 희소돌기아교종을 제외해야 합니다.

이 작업에는 여러 방법이 있습니다: IDH1 R132H에 대한 면역조직화학 검사는 가장 흔한 돌연변이(천막상 IDH-돌연변이 교종의 약 90%)를 배제할 수 있습니다. 이 전략은 대체 돌연변이 발견 가능성이 1% 미만인 55세 이상 환자에게 적절히 적용됩니다. 그러나 병력이 이전의 저등급 교종을 시사하는 경우 염기서열 분석이 필요합니다.

교모세포종의 형태학적 특징이 부족하지만 의심되는 경우 WHO 2021 분류는 교모세포종의 분자 진단을 허용합니다. 이는 일관된 DNA 메틸화 프로필 또는 세 가지 표지자 중 적어도 하나(7번 염색체 획득 및 10번 염색체 손실, TERT 프로모터 돌연변이, 또는 EGFR 증폭)가 필요합니다. 이러한 표지자들은 적절한 상황에서 상대적 특이성을 보이며 형태학적 특징으로 진단된 환자들과 유사한 결과를 보입니다.

IDH-돌연변이 확산성 교종의 진단에는 IDH1/IDH2 돌연변이와 ATRX 손실/돌연변이를 가진 침윤성 확산성 교종에 일치하는 조직병리학적 소견 또는 1p/19q 공결실 배제가 필요합니다. IDH-돌연변이 및 1p/19q 공결실 희소돌기아교종은 전체 팔 결합 1p/19q 공결실이 필요합니다. 또는 해당 메틸화 클래스 검출을 기반으로 진단할 수 있습니다.

ATRX 상태는 면역조직화학 검사(괴사 또는 혼합된 양성 비종양성 반응성 성상세포로 인한 인공물 주의) 또는 기능 상실 돌연변이 검출을 위한 염기서열 분석으로 평가할 수 있습니다. IDH-돌연변이 성상세포종에서 빈번하게 존재하므로 TP53/p53 평가도 도움이 됩니다.

IDH-돌연변이, 1p/19q-공결실 종양 진단을 위해 핵심 특징은 전체 팔 1p/19q 공결실이며 FISH를 포함한 여러 검사법으로 조사할 수 있습니다. 그러나 FISH의 제한된 단일 부위 표적화는 복잡한 핵형을 가진 종양에서 특히 위양성 결과를 낼 수 있습니다. 위양성 FISH 평가는 1p/19q 상태 평가가 필요하지 않은 경우에 빈번히 발생하며 적절한 검사 사용의 중요성을 강조합니다.

IDH-돌연변이 확산성 교종의 등급 분류를 위해 형태학적 특징이 여전히 중요하지만 2021 WHO 분류는 IDH-돌연변이 성상세포종의 등급 기준으로 CDKN2A/B 상태 평가를 추가했습니다. 동형접합 CDKN2A/B 결실이 있는 경우 불량한 결과와의 연관성으로 인해 4등급이 부여됩니다. CDKN2A/B 상태는 DNA 메틸화 프로필 CNV 도표, DNA NGS, 또는 FISH를 통해 평가할 수 있지만 결정적인 기준값은 아직 설정되지 않았습니다.

환자에게 의미하는 것: 임상적 함의

분자 검사를 뇌종양 진단에 통합하는 것은 환자 치료에 근본적인 변화를 가져옵니다. 이러한 고급 기술은 더 정확한 진단, 더 나은 예후 정보를 제공하며 이전에는 탐지되지 않았던 잠재적 치료 표적을 식별합니다.

환자에게 이는 그들의 종양의 특정 유전적 특성에 기반한 더 개인화된 치료 접근법을 의미합니다. 분자 프로파일링은 표적 치료법을 식별할 수 있으며 이는 기존 치료보다 더 효과적일 수 있습니다, 특히 BRAF V600E 또는 NTRK, ROS1, ALK, MET 유전자 관련 유전자 융합과 같은 특정 돌연변이를 가진 종양의 경우입니다.

종양을 더 정밀하게 분류하는 능력은 또한 예후 정확도를 향상시켜 환자와 의사가 치료 강도 및 추적 관리에 대해 더 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움을 줍니다. 예를 들어 IDH-돌연변이와 IDH-야생형 교종의 구분은 예상 결과와 치료 접근법에 상당한 영향을 미칩니다.

분자 검사는 또한 새로운 표적 치료법의 임상 시험에 혜택을 볼 수 있는 환자를 식별할 수 있게 하여 표준 접근법을 넘어 치료 옵션을 확장합니다. 이는 기존 치료가 제한된 이점을 제공하는 공격적이거나 희귀한 종양 유형에서 특히 중요합니다.

분자 검사의 한계 이해하기

분자 검사가 뇌종양 진단을 혁신했지만 그 한계를 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 기술들은 올바르게 해석하기 위해 상당한 전문 지식을 요구하며 결과는 항상 임상, 영상 및 전통적 병리학적 소견과 함께 고려되어야 합니다.

기술적 도전에는 충분한 품질의 충분한 종양 물질 필요성이 포함됩니다. 작은 생검, 불량한 보존, 또는 낮은 종양 세포 함량은 분자 검사의 효과를 제한할 수 있습니다. 일부 검사법은 또한 전통적 병리학적 검사에 비해 상대적으로 긴 소요 시간(수일)을 가집니다.

비용과 가용성은 포괄적 분자 프로파일링의 보편적 구현에 대한 상당한 장벽으로 남아 있습니다. 모든 의료 기관이 이러한 고급 기술에 접근할 수 있는 것은 아니며 특히 자원이 제한된 환경에서는 더욱 그렇습니다.

분자 분류가 가치 있는 정보를 제공하지만 항상 치료 결정으로 직접 변환되는 것은 아닙니다. 일부 분자 변화는 아직 해당 표적 치료법이 없으며 새로 발견된 유전적 변화의 임상적 중요성이 완전히 이해되지 않을 수 있습니다.

어떤 검사에서도 위양성 및 위음성 결과가 발생할 수 있으며 이는 전문가 해석 및 다른 진단 정보와의 상관관계의 중요성을 강조합니다. 이는 기술적 한계가 때때로 오해의 소지가 있는 결과를 낼 수 있는 FISH와 같은 검사에 특히 관련이 있습니다.

뇌종양 진단을 마주한 환자를 위한 권고사항

뇌종양으로 진단되거나 의심되는 환자를 위해 몇 가지 권고사항이 진단 과정을 안내하는 데 도움이 될 수 있습니다:

1. 포괄적 분자 검사 추구: 의료 팀에 DNA 메틸화 프로파일링 및 표적 염기서열 분석 패널을 포함한 이용 가능한 분자 프로파일링 옵션에 대해 문의하십시오. 이는 중요한 진단 및 예후 정보를 제공할 수 있습니다.
2. 특정 종양 특성 이해: 모든 분자 발견물과 그것이 진단, 예후 및 치료 옵션에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 명확한 설명을 요청하십시오.
3. 제2의 의견 고려: 분자 검사 해석은 상당한 전문 지식을 요구합니다. 전문 신경종양 센터에서 귀하의 사례 검토를 구하는 것은 가장 정확한 진단을 보장할 수 있습니다.
4. 임상 시험 옵션 논의: 귀하의 종양이 특정 분자 특성을 가진 경우 귀하의 상황에 적합할 수 있는 표적 치료 임상 시험에 대해 문의하십시오.
5. 종양 조직 보존: 수술을 받는 경우 초기 및 필요시 미래 재검사를 위한 잠재적 분자 검사를 위해 충분한 종양 물질 보존의 중요성에 대해 수술 팀과 논의하십시오.
6. 유전 상담 고려: 일부 분자 발견물은 유전된 암 소인을 시사할 수 있습니다. 유전 상담이 적절할지 여부를 의사와 논의하십시오.

분자 검사는 다른 임상 정보와 통합될 때 가장 가치가 있음을 기억하십시오. 의료 팀과 협력하여 이러한 고급 진단법이 전체 치료 계획에 어떻게 맞으며 귀하의 특정 상황에 무엇을 의미하는지 이해하십시오.

출처 정보

원문 제목: Molecular neuropathology: an essential and evolving toolbox for the diagnosis and clinical management of central nervous system tumors

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

게재지: Virchows Archiv (2024) 484:181–194

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

이 환자 친화적 기사는 동료 검토 연구를 기반으로 하며, 원본 연구의 모든 필수 의학 정보를 보존하면서 환자와 보호자에게 복잡한 과학 정보를 접근 가능하게 만들기 위해 노력합니다.