Astrozytäre Hirntumoren stellen eine bedeutende Herausforderung in der Neuroonkologie dar. Jährlich wird bei etwa sechs von 100.000 Menschen ein astrozytärer Hirntumor diagnostiziert. In Deutschland entfallen etwa zwei Drittel dieser Diagnosen auf das Glioblastom, während Astrozytome der WHO-Grade 2 und 3 wesentlich seltener sind (8 % bzw. 9 %). Die Diagnose und Klassifikation von Astrozytomen hat sich in den letzten Jahren durch die Integration molekularbiologischer Erkenntnisse erheblich weiterentwickelt. Dieser Artikel beleuchtet die molekularbiologischen Aspekte der Astrozytom-Klassifikation und deren Bedeutung für die Diagnostik und Therapie.
Klinische Präsentation und Diagnostik
Erste klinische Anzeichen für ein Astrozytom können neu auftretende fokale neurologische Ausfälle sein, deren Art von der Lage des Tumors abhängt. Diese Ausfälle können sich als Aphasie, Hemiparese, Wesensveränderungen, kognitive Defizite oder andere neurokognitive Veränderungen äußern. Neu auftretende epileptische Anfälle bei Erwachsenen sind oft das erste Symptom eines Hirntumors.
Der Goldstandard bei der diagnostischen Abklärung eines Astrozytoms ist die kontrastmittelverstärkte Kernspintomographie (MRT) mit T2-, FLAIR- und T1-gewichteten Sequenzen. Niedriggradige Astrozytome (WHO-Grad 2) reichern meist kein Kontrastmittel an, es gibt aber Ausnahmen, sodass die histologische und molekularpathologische Diagnosesicherung obligat erscheint, wann immer Material dafür gewonnen werden kann.
Die Nuklearmedizin kann bei unklaren Raumforderungen mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) helfen - mit radioaktiv markierten Aminosäuren, meist O-(2-[18F]-Fluoroethyl)-L-Tyrosin (FET). Die PET kann auch die Durchführung von Biopsien und die Verlaufsbeurteilung unterstützen (zum Beispiel zur Differenzierung von Progression vs. Pseudoprogression). Die MR-Spektroskopie schließlich kann quantitativ Metaboliten wie Cholin, Kreatinin und N-Acetyl-Aspartat darstellen, während mithilfe der MR-Perfusion hämodynamische Parameter und damit Angiogenese und Gefäßpermeabilität beurteilt werden können.
Integration molekulargenetischer Kriterien
Neben histopathologischen Eigenschaften werden bei der Diagnose von Astrozytomen bereits seit der WHO-Klassifikation von 2016 auch molekulargenetische Kriterien herangezogen. Deren Anwendung hat sich in der neuen Klassifikation von 2021 noch erheblich verbreitert und schließt auch die Empfehlungen zur Neuklassifikation der Gliome anhand des Mutationsstatus der Gene für die Isocitrat-Dehydrogenasen 1 und 2 (IDH1/2) ein, wie sie in der cIMPACT-NOW-Klassifikation vorgelegt wurden (Version 6).
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Die mikroarraybasierte DNA-Methylierungsanalyse wird zunehmend als Instrument zur Verbesserung der Klassifikation von Hirntumoren und zur Unterstützung der Differenzialdiagnose bei Tumoren verwendet, bei denen die Diagnose allein aufgrund der Histologie schwierig ist. Ein größerer Anteil der histologisch klassifizierten Glioblastome des Kleinhirns wurde beispielsweise durch DNA-Methylierungs-Analysen verschiedenen anderen Tumorentitäten zugeordnet, einschließlich der neu identifizierten hochgradigen Astrozytome mit piloiden Merkmalen, deren eindeutige Klassifikation ohne den Nachweis ihres spezifischen DNA-Methylierungs-Profils nicht möglich ist. Aufgrund der zunehmenden diagnostischen Bedeutung der DNA-Methylierungs-basierten Hirntumordiagnostik wurde dieses histologieunabhängige Diagnoseverfahren in der WHO-Klassifikation 2021 erstmalig berücksichtigt. Zusätzlich wurden zahlreiche neue molekulare Biomarker eingeführt, die für die Diagnosestellung bei bestimmten Hirntumoren entweder obligat sind oder diese zumindest wesentlich untermauern können.
Zentrale molekulare Marker
Zentral für die Neuklassifikation der WHO ist die Unterteilung der Astrozytome nach dem IDH-Mutationsstatus: IDH-mutierte Astrozytome (WHO-Grad 1-4) stehen den Astrozytomen mit IDH-Wildtyp gegenüber, die entweder vom WHO-Grad 2 oder 3 sind. Astrozytome mit IDH-Wildtyp vom Grad 4 gelten als Glioblastom sensu stricto, eine Diagnose, die also künftig nur mehr in Abwesenheit einer IDH-Mutation gestellt werden kann. Ein IDH-mutiertes Astrozytom, das histopathologische Zeichen eines Glioblastoms (Nekrose oder pathologische Gefäßproliferation) oder eine homozygote CDKN2A/B-Deletion aufweist, gilt nun als Astrozytom des WHO-Grads 4.
Umgekehrt kann ein nach der WHO-Klassifikation 2016 als Astrozytom mit IDH-Wildtyp vom WHO-Grad 2 oder 3 diagnostizierter Tumor bei Nachweis histopathologischer Glioblastom-Merkmale oder wenn mindestens einer von drei molekularen Markern (TERT-Promotor-Mutation, EGFR-Amplifikation, Amplifikation von Chromosom 7 und Verlust von Chromosom 10 (7+/10-)) vorliegt, neuerdings als Glioblastom klassifiziert werden; konsequenterweise müsste er dann auch so behandelt werden.
IDH-Mutationsstatus
Vier von fünf diffusen Astrozytomen weisen eine Basenpaarmutation im IDH1- oder IDH2-Gen auf. Isocitrat-Dehydrogenasen im Zytoplasma (IDH1) und in den Mitochondrien (IDH2) sind wichtige Regulatoren des zellulären Stoffwechsels wie z. B. des Citratzyklus, die unter anderem die Umwandlung von Isocitrat zu α-Ketoglutarat (α-KG) katalysieren, das wiederum epigenetisch aktive, v. a. demethylierende Enzyme aktiviert. Punktmutationen des Arginin-Rests 132 (Arg132) im IDH1- oder des Arg172 im IDH2-Enzym bewirken, dass anstelle von α-KG der Onkometabolit 2-Hydroxyglutarat (2-HG) gebildet wird, der die epigenetisch aktiven Enzyme nicht aktiviert, sondern hemmt.
Insgesamt kommt es dadurch zu einer aberranten Hypermethylierung und damit zur epigenetischen Stilllegung von DNA, mit der Folge einer Differenzierungsblockade und letztlich der Transformation zur Tumorzelle. Darüber hinaus beeinflusst 2-HG weitere Prozesse wie die Angiogenese oder die Dynamik der extrazellulären Matrix und begünstigt dadurch Proliferation, Nährstoffversorgung und invasive Eigenschaften der betreffenden Tumoren.
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Mehr als 90 % der IDH-mutierten Gliome tragen eine IDH1-R132H-Mutation vor, die mit einem mutationsspezifischen immunhistochemischen Test oder per DNA-Sequenzierung des Gens nachgewiesen werden kann. Fällt der immunhistochemische Nachweis der IDH1-R132H-Mutation bei jüngeren Patienten (< 55 Jahre) negativ aus, ist eine DNA-Analyse mit dem Ziel des Nachweises einer der selteneren IDH1- und IDH2-Mutationen geraten, weil alle diese Mutationen mit einem längeren Gesamtüberleben assoziiert sind.
MGMT-Promotor-Methylierung
Die O(6)-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) ist ein DNA-Reparaturprotein, dessen Expression und damit Aktivität vom Methylierungsstatus seines Gen-Promotors abhängen. Eine Methylierung des MGMT-Promotors, die durch eine methylierungsspezifische Polymerase-Kettenreaktion (PCR) oder durch DNA-Sequenzierung überprüft werden kann, ist beim Glioblastom prognostisch und prädiktiv für die Wirksamkeit einer alkylierenden Chemotherapie und wird dort auch bereits in der Therapieplanung eingesetzt.
Bei Astrozytomen vom WHO-Grad 2 und 3 konnte vor allem der prädiktive Wert der MGMT-Promotor-Methylierung noch nicht so deutlich herausgearbeitet werden; für IDH-mutierte Grad-2-Astrozytome - die zu etwa 90 % methyliert sind - werden prognostischer und prädiktiver Wert durchaus kritisch diskutiert. Für IDH-mutierte Grad-3-Astrozytome hatte die MGMT-Promotor-Methylierung in der NOA-04-Studie einen prognostischen, aber keinen prädiktiven Nutzen. Für Astrozytome mit IDH-Wildtyp vom Grad 3 fanden sich in dieser Studie auch Hinweise auf eine prädiktive Rolle dieses Markers im Sinne einer Verlängerung des progressionsfreien Überlebens bei Anwendung einer alkylierenden Chemotherapie.
Die zweite Interimsanalyse der CATNON-Studie stellt diese Befunde für Astrozytome vom WHO-Grad 3 infrage, weil bei IDH-Wildtyp hier kein signifikanter Überlebensvorteil durch die Zugabe von Temozolomid zur Strahlentherapie resultierte. Ganz ähnlich sind die Ergebnisse zu Gliomen vom WHO-Grad 2 in der RTOG-8902-Studie, wo auch bei IDH-Wildtyp kein Vorteil durch die Zugabe von PCV (Procarbazin, CCNU (Lomustin), Vincristin) nachweisbar war. Diese Diskrepanz zu den Befunden bei Glioblastom-Patienten lässt sich bislang noch nicht erklären; als endgültig können die Ergebnisse schon deshalb nicht angesehen werden, weil jeweils nur sehr kleine Subgruppen betrachtet wurden.
1p/19q-Ko-Deletion
Ein weiterer wichtiger Marker bei Gliomen ist der kombinierte Verlust des kurzen Arms von Chromosom 1 (1p) und des langen Arms von Chromosom 19 (19q), der sich mithilfe einer PCR in Tumor und Serum oder mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) am Gewebeschnitt nachweisen lässt. Bei Nachweis einer solchen Ko-Deletion lässt sich die Diagnose Oligodendrogliom (vom WHO-Grad 2-3) stellen.
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ATRX-Verlust
Geht das Alpha thalassemia/mental retardation syndrome X (ATRX)-Protein im Zellkern verloren, ist das mit einer Stabilisierung und Verlängerung der Telomere der Chromosomen assoziiert. Der ATRX-Verlust lässt sich immunhistochemisch oder mittels DNA-Sequenzierung nachweisen, wobei eine Mutation des ATRX-Proteins für astrozytäre Gliome kennzeichnend ist. Findet man eine IDH-Mutation und einen Verlust des ATRX-Proteins, so ist das gleichbedeutend mit der Diagnose eines IDH-mutierten Astrozytoms vom Grad 2 oder 3. Bei Vorliegen einer IDH-Mutation und eines intakten ATRX-Proteins ist hingegen ein Test auf Vorliegen einer 1p/19q-Ko-Deletion und damit eines Oligodendroglioms angezeigt.
Therapie von Gliomen
Die Ausführungen zur Therapie folgen weitgehend den erst vor Kurzem erschienenen Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Hämatologie und Onkologie (DGHO) und der S2k-Leitlinie der Deutschen Gesellschaft für Neurologie (DGN).
Veränderungen durch die WHO-Klassifikation 2021
Die WHO-Klassifikation 2021 trägt der Tatsache Rechnung, dass es fundamentale Unterschiede zwischen den häufigen diffusen Gliomen im Erwachsenenalter und den histologisch ähnlichen, aber deutlich selteneren diffusen Gliomen im Kindesalter hinsichtlich Tumorbiologie und klinischem Verhalten gibt. Daher werden jetzt diffuse Gliome des Erwachsenenalters („adult-type diffuse gliomas“) von niedrig- oder hochgradigen diffusen Gliomen des Kindesalters („pediatric-type diffuse gliomas“) unterschieden. Unter den diffusen Gliomen vom adulten Typ gibt es nur noch drei wesentliche Tumortypen: das Astrozytom, IDH-mutiert, das Oligodendrogliom, IDH-mutiert und 1p/19q-kodeletiert sowie das Glioblastom, IDH-Wildtyp. Deutlich komplexer ist die Unterteilung der pädiatrischen diffusen Gliome. Da diese nicht ausschließlich bei Kindern, sondern durchaus auch bei zumeist noch jüngeren Erwachsenen auftreten können, ist gerade in der letztgenannten Altersgruppe eine differenzialdiagnostische Abgrenzung sehr wichtig. Insbesondere bei histologisch niedriggradigen Tumoren ohne IDH-Mutation ist es essenziell, durch entsprechende molekulare Diagnostik aggressive Gliome mit molekularen Merkmalen eines Glioblastoms von klinisch indolenten niedriggradigen diffusen Gliomen vom pädiatrischen Typ abzugrenzen. Auch innerhalb der hochgradigen diffusen Gliome gilt es, das klassische Glioblastom, IDH-Wildtyp gegenüber den hochgradigen diffusen Gliomen vom pädiatrischen Typ, wie z. B. dem diffusen hemisphärischen Gliom mit Histon-H3-G34-Mutation oder dem diffusen Mittelliniengliom mit H3-K27-Alteration, zu differenzieren.
Zur Angleichung an die histologische Gradierung der Tumoren in anderen Organsystemen wurde in der WHO-Klassifikation der Tumoren des ZNS 2021 die traditionelle Verwendung von römischen Zahlen (WHO-Grade I bis IV) zugunsten von arabischen Zahlen verlassen (ZNS-WHO-Grad 1 bis 4). Um die Besonderheit der ZNS-Tumor-Gradierung nicht nur als Merkmal histologischer Anaplasie, sondern auch als Indikator des natürlichen Krankheitsverlaufs herauszustellen, wird die Anwendung von „ZNS-WHO-Grad“ statt „WHO-Grad“ empfohlen. Zugleich wurde das Prinzip ausgeweitet, innerhalb eines bestimmten Tumortyps zu gradieren.
Der Zusatz „NOS“ („not otherwise specified“) wird der Empfehlung des cIMPACT-NOW-Konsortiums folgend in der WHO-Klassifikation 2021 solchen Diagnosen zugeordnet, bei denen die für eine integrierte histomolekulare Klassifikation erforderlichen molekularpathologischen Analysen gar nicht, nur unvollständig oder ohne definitives Ergebnis durchgeführt werden konnten. Das kann u. a. der Fall sein, wenn nicht genügend Gewebe zur molekularen Abklärung vorhanden ist, die benötigten molekularpathologischen Testverfahren nicht verfügbar sind oder z. B. aufgrund qualitativ unzureichender (degradierter) DNA kein aussagekräftiges Ergebnis erzielt werden konnte. Der Zusatz „NOS“ zeigt in solchen Fällen an, dass es sich nicht um eine vollständige, d. h. integrierte Diagnose nach WHO-Kriterien handelt, sondern lediglich eine histologische Einordnung erfolgte.
Der Zusatz „NEC“ („not elsewhere classified“) zur Diagnose wird verwendet, wenn alle erforderlichen molekularen Tests erfolgreich durchgeführt wurden, aber trotzdem keine eindeutige Zuordnung zu einem der in der WHO-Klassifikation etablierten Tumortypen möglich ist.
Entsprechend den Empfehlungen von cIMPACT-NOW wurden die Bezeichnung der IDH-mutierten Astrozytome und deren Gradierung aktualisiert. Statt der bisherigen Unterteilung in drei unterschiedliche Tumorentitäten („diffuses Astrozytom“, „anaplastisches Astrozytom“, „Glioblastom“) werden diese Tumoren als ein einziger Tumortyp mit der Bezeichnung „Astrozytom, IDH-mutiert“ zusammengefasst. Das spiegelt einerseits die gemeinsame Biologie dieser Tumoren wider und macht in der Namensgebung klar, dass sich diese Tumoren pathogenetisch und klinisch vom „Glioblastom, IDH-Wildtyp“ klar abgrenzen, auch wenn die Histologie bei ZNS-WHO-Grad-4-Tumoren ähnlich ist. Die Unterscheidung zwischen ZNS-WHO-Grad 2 und 3 beruht auf der mitotischen Aktivität, wobei ein klarer Grenzwert aufgrund fehlender klinisch-prognostischer Korrelate nicht definiert werden konnte. Dies kann im Einzelfall zu unterschiedlichen Beurteilungen führen. Zudem wurde die prognostische Bedeutung der WHO-Gradierung bei Patienten mit IDH-mutierten Astrozytomen anhand von retrospektiven Fallkohorten hinterfragt. Angesichts dieser Problematik schließen aktuelle klinische Studien, wie beispielsweise die EORTC-1635-(IWOT)(NCT03763422)-Studie, Tumoren beider ZNS-WHO-Grade ein.
Darüber hinaus hängt die Diagnose eines IDH-mutierten Astrozytoms, ZNS-WHO-Grad 4, nicht mehr nur von histologischen Kriterien ab, d. h. vom Vorliegen von pathologischen Gefäßproliferaten und/oder Nekrosen, sondern kann durch den molekularen Nachweis einer homozygoten Deletion im Genlocus für die zyklinabhängigen Kinaseinhibitoren 2A und 2B (CDKN2A/B) begründet werden. Im diagnostischen Alltag reicht bei IDH-mutierten Gliomen der immunhistochemische Nachweis eines Verlusts der nukleären Expression von ATRX („alpha thalassemia/mental retardation syndrome, nondeletion type, X‑linked“) in den Tumorzellen aus, um die Diagnose eines IDH-mutierten Astrozytoms zu stellen. Der molekularpathologische Ausschluss einer 1p/19q-Kodeletion ist dann zur Differenzialdiagnose gegenüber einem „Oligodendrogliom, IDH-mutiert und 1p/19q-kodeletiert“ nicht notwendig. Diagnostisch essenziell ist für diese Tumoren der gemeinsame Nachweis einer IDH-Mutation und eines kombinierten vollständigen Verlusts der Chromosomenarme 1p und 19q. Auch diese Tumoren wurden unabhängig vom Malignitätsgrad in einem Tumortyp zusammengefasst. Die Unterscheidung zwischen ZNS-WHO-Grad 2 und 3 erfolgt weiterhin nach histologischen Kriterien, insbesondere sprechen eine erhöhte mitotische Aktivität, pathologische Gefäßproliferate und Nekrosen für eine Einordnung als „Oligodendrogliom, IDH-mutiert und 1p/19q-kodeletiert, ZNS-WHO-Grad 3“. Der Terminus „anaplastisches Oligodendrogliom“ wird nicht mehr empfohlen. Die klinische Bedeutung dieser histologiebasierten Gradierung bleibt jedoch umstritten und aktuelle klinische Studien wie CODEL (NCT00887146) umfassen Patienten mit oligodendroglialen Tumoren beider ZNS-WHO-Grade.
Das Glioblastom, IDH-Wildtyp ist in der WHO-Klassifikation 2021 der einzige verbliebene Tumortyp ohne IDH-Mutation unter den diffusen Gliomen vom adulten Typ. Damit folgt die neue Klassifikation der Erkenntnis, dass diffuse astrozytäre Gliome, IDH-Wildtyp, die histologisch den ZNS-WHO-Graden 2 oder 3 entsprechen, eine biologisch und prognostisch uneinheitliche Gruppe von Tumoren umfassen. So ist der Krankheitsverlauf bei älteren Patienten über 50 Jahre in der Regel ungünstig, während solche Tumoren bei jüngeren Patienten, insbesondere wenn histologisch keine Anaplasiemerkmale vorliegen, oftmals einen indolenten Verlauf mit langem Überleben der Patienten zeigen. Insbesondere drei molekulare Veränderungen, d. h. eine Mutation des Telomerase-reverse-Transkriptase(TERT)-Promotors, eine Amplifikation des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptor-Gens (EGFR) und eine +7/−10-Kopienzahl-Veränderung, wurden unabhängig voneinander mit einer schlechten Prognose für Patienten mit diffusen IDH-Wildtyp-Astrozytomen assoziiert, die letztlich der Prognose von Patienten mit IDH-Wildtyp-Glioblastomen gleicht. Daher reicht der Nachweis einer oder mehrerer dieser molekularen Alterationen aus, um ein diffuses astrozytäres Gliom ohne IDH- oder H3-Mutation in den ZNS-WHO-Grad 4 einzuordnen, auch wenn glioblastomtypische histologische Merkmale, d. h. mikrovaskuläre Proliferate und Nekrosen fehlen.
Die Methylierung des O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase(MGMT)-Promotors bleibt der einzige molekulare Biomarker, der mit dem Ansprechen auf eine alkylierende Chemotherapie bei Patienten mit einem Glioblastom, IDH-Wildtyp assoziiert ist. Die Methylierung des MGMT-Promotors wird am häufigsten durch methylierungsspezifische PCR oder durch Pyrosequenzierung bestimmt, und es bestehen weiterhin Herausforderungen bei der Definition der quantitativen und qualitativen Methylierung der MGMT-Promotor-Region zwischen einem unmethylierten und einem methylierten Status. Der MGMT-Promotor-Status ist kein diagnostischer Marker, und seine klinische Bedeutung bezüglich der Prädiktion von Chemosensitivität ist im Wesentlichen auf IDH-Wildtyp-Glioblastome beschränkt. Dies liegt möglicherweise auch daran, dass das MGMT-Gen auf dem langen Arm von Chromosom 10 lokalisiert ist, der in Glioblastomen, IDH-Wildtyp sehr häufig deletiert ist. Der Verlust einer Genkopie in Kombination mit der transkriptionellen Inaktivierung des zweiten Allels durch DNA-Methylierung der Promotorregion führt dazu, dass DNA-Läsionen, die durch eine alkylierende Chemotherapie induziert werden, nicht repariert werden können. Der MGMT-Promotor-Status kann für Behandlungsentscheidungen herangezogen werden, z. B. zwischen Strahlentherapie oder Chemotherapie oder Radiochemotherapie bei älteren Glioblastompatienten bzw.
Auf Basis neuer molekularer Befunde wurde in der WHO-Klassifikation 2021 eine Reihe meist seltener diffuser Gliome neu eingeführt, die präferenziell bei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen vorkommen und deren differenzialdiagnostische Abgrenzung gegenüber den o. g. häufigen diffusen Gliomen vom adulten Typ sehr wichtig ist, da sich nicht nur die zugrunde liegenden molekularen Alterationen, sondern auch das klinische Verhalten.
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