体细胞变异是存在于身体某些细胞中但不存在于其他细胞中的基因组改变。与遗传性生殖系变异不同，体细胞变异通常是在后合子细胞分裂期间或从环境因素中获得的。给定组织中的体细胞变异也可以非常动态，例如在大脑中，克隆变异的数量可以在衰老和疾病期间发生变化（1）。神经肿瘤学从手术切除或切除的组织中的体细胞突变分析中受益匪浅。对脑肿瘤体细胞突变的日益增加的理解为预后和个体化治疗带来了革命。现在，越来越多的证据表明，除了癌症之外，体细胞突变还与神经系统疾病有关，尤其是在患有先天性脑和脑血管疾病的儿童中。神经外科医生和科学家团队正在对这些患者的手术脑样本进行基因测序——为通过研究体细胞突变来扩大对非肿瘤性脑疾病的了解铺平了道路。

迄今为止，大多数关于非肿瘤性神经系统疾病的体细胞突变的研究依赖于死后脑样本或其他组织（如血液）的样本。这部分是由于在患者活着时获得脑部组织的指示性医学方法有限，以及当前的临床实践经常在手术过程中丢弃组织，因为认为其诊断价值有限。缺乏新鲜脑组织限制了体细胞突变检测的敏感性和特异性，因为DNA和RNA质量可能在死后降解，并且特定于脑细胞的变体可能不存在于非脑组织中。此外，血液是最容易获取的采样组织，可以积累诸如通过克隆造血获得的变体等组织特异性体细胞突变，这使神经系统中存在的体细胞变异的检测变得复杂。

最近有几项研究表明，直接从手术室收集的组织中探索体细胞突变以深入了解神经系统疾病的力量。这些疾病包括局部皮质发育不良综合征，如局灶性皮质发育不良（FCD）和半球性脑膜瘤（HMG）（2-4）。临床上，这些病症的患者表现为对药物治疗无效的癫痫发作，并通过使用脑部成像检查来检测破坏大脑皮层的病变而被诊断出来。病变的大小可以从FCD的亚厘米到HMG的整个大脑半球不等。目前的治疗方法是对病变进行根治性手术切除，这使患者处于很高的患病风险中，特别是在治疗HMG的情况下进行半球切除术。

由于这些条件仅影响一部分细胞，因此最初很难确定这些条件的遗传原因。从患有FCD和HMG的患者获得的血液样本在用传统测序方法进行分析时基本正常，该方法捕获生殖系变异。然而，下一代测序技术和生物信息学管道的发展使得有可能从神经外科切除的样本中鉴定出体细胞变异。通过这种方法，确定了增加mTOR通路活性的机制靶点雷帕霉素（MTOR）基因中的体细胞突变是导致这些疾病的原因。mTOR通路有助于确定细胞大小并已与癌症相关联。较大的病变具有更大比例的受突变影响的细胞（4,5）。这些遗传见解是通过神经外科医生和科学家之间的合作产生的，并导致了FCD的新临床分类系统（6）。

mTOR通路的抑制剂现在代表了患有FCD和HMG的患者有希望的治疗途径。用于治疗癌症的小分子抑制剂理论上可以作为单一疗法或手术切除的辅助治疗用于治疗FCD或HMG。这些抑制剂包括直接靶向mTOR的西罗莫司和依维莫司，或者靶向与mTOR相互作用的蛋白质的杜韦利塞布和miransertib（ARQ-092）。令人鼓舞的是，用依维莫司治疗结节性硬化症和磷酸酶和张力同源物缺失症肿瘤综合症（两种神经发育障碍）的患者，在随机临床试验中取得了改善的临床结果（7,8）。在美国（NCT02451696）和韩国（NCT03198949）正在进行第二阶段临床试验评估依维莫司对FCD的影响。然而，关于这些研究的最优入选标准或治疗组合的问题仍然存在。

最近，人们发现体细胞突变与颞叶癫痫有关，这是最常见的癫痫类型之一，通常对抗癫痫药物治疗抵抗。对接受手术治疗的这种类型的癫痫患者进行的105个海马样本全外显子测序揭示了蛋白酪氨酸非受体型11（PTPN11）、sevenless同源物1（SOS1）、KRAS、BRAF和神经纤维瘤病1（NF1）中的致病性体细胞变异。所有这些已知或预测会激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导途径的基因都与癌症有关（9）。因此，可以想象针对MAPK途径的现有抗癌药物可以作为这种疾病的神经外科辅助甚至主要治疗方案。

最近对散发性动静脉畸形（AVMs）中的体细胞突变的研究揭示了可以进行治疗性靶向的KRAS激活突变（10）。AVMs是存在于大脑中的血管病变，通过在动脉和静脉之间形成异常连接而引起出血性卒中，形成脆弱血管的结（缠结）。目前，手术是治疗这种情况的唯一方法，但手术极具挑战性，并且并发症如大量出血经常发生。因此，干预措施给患者带来很高的患病风险，需要专门的神经外科护理，这在全球范围内并不普遍可用。在一项研究中，从26名AVM患者获得了治疗性切除的样本，并使用全外显子测序来确定至少存在于1%细胞中的体细胞突变。通过使用基于细胞分选和数字微滴式聚合酶链反应的测序技术，该研究表明KRAS中的致病性体细胞突变富集在脑内皮细胞中。此外，将MEK和PI3K抑制剂应用于培养的内皮细胞下调KRAS信号传导途径，证明了AVM的潜在治疗效果。

在神经疾病中，完全切除病理组织可能是困难或不安全的，特别是在非肿瘤性疾病如多灶性癫痫和神经血管疾病中。因此，为了扩展对神经疾病体细胞变异的研究，需要创新的组织采样方法。为了克服这个挑战，神经外科医生已经开始创建允许在常规手术过程中进行组织采样的方法。然后，这些采样方法也可以用于在尝试完全切除之前，了解用于治疗疾病的药物治疗和手术方法。

治疗耐药性癫痫的标准诊断涉及植入立体电生理图电极，以记录颅内电活动并确定脑内癫痫源的活动。在一项研究中，从大脑中移除电极后获得了DNA。对这些DNA的分析确定了与FCD相关的基因AKT3和DEP域包含5、GATOR1亚复合物亚基（DEPDC5）中的致病性体细胞变异。在这些基因中携带最高比例细胞突变的脑区域与个体中最大的癫痫源活动区域相对应（11）。这项研究突出了使用电极识别体细胞基因组改变与功能脑破坏之间相关性的巨大临床潜力。该方法可以扩展到研究体细胞变异和癫痫发作如何破坏转录：高度致癫痫区域可以与具有正常神经元活动的区域进行比较。更具体的检测体细胞变异的分析或优化组织采样设计的电极设计可能会提供更高分辨率的大脑基因组图谱。

另一种有前景的方法是血管腔内采样（12），尽管其在体细胞变异检测中的应用尚未探索。这种方法利用诊断性脑血管造影，将导管插入患者的血管系统中并注射染料以可视化血管形态。这种方法常用于诊断和分期从中风到血管畸形的血管病变。引导线可以精确地针对腔内的特定区域进行采样。在AVM患者的研究中，管腔样本的基因表达谱不仅捕获了预期的MAPK通路的失调，还与这些患者切除的AVMs的表达谱密切相关（12）。这是一个值得注意的发现，因为这种方法可以根据血管病变的分子特征进行手术规划，并且可以应用于任何使用诊断性脑血管造影的疾病。然而，它是否能够产生足够的DNA用于检测体细胞变异仍然是一个未解决的问题。

除了先天性或神经发育障碍外，体细胞突变还在神经退行性疾病中得到研究。一项关于阿尔茨海默病的研究发现，与对照组相比，个体中患有阿尔茨海默病的神经元中的体细胞突变率增加。这种增加部分是由核苷酸氧化损伤的增加驱动的（13）。一些现有的神经外科方法适合从患有神经退行性疾病的个体中取样组织——例如，在帕金森病患者中使用深部脑刺激电极路径上的组织，或者在正常压力脑积水患者中插入心室分流时进行活检。然而，这些方法尚未用于检测体细胞突变。深部脑刺激开始用于治疗神经精神疾病，并且能够直接从这类患者群体中取样脑组织代表了体细胞突变研究的一个令人兴奋的新领域。

为了更全面地评估神经系统疾病的体细胞突变情况，利用联盟和生物库收集大量手术切除的大脑样本至关重要。美国克利夫兰诊所和欧洲脑库联盟的神经外科医生和科学家最近能够从患有各种形式的耐药性癫痫的患者中收集474个手术切除的大脑样本。他们进行了高深度全外显子测序，以确定与癫痫相关的候选基因，并比较不同疾病间的体细胞突变率（14）。联盟的使用还可以帮助获得通常被丢弃的控制组织——例如，切除的脑叶中的完整血管或广泛切除中的非病变组织。联盟进一步努力将神经外科医生和科学家聚集在一起，有可能增强对这些高度复杂疾病的理解（15）。

神经疾病中的体细胞突变的基础研究和转化研究需要跨学科的紧密合作。从分子生物学家到生物信息学家和临床医生，重要的是要认识到目前对这些疾病的治疗的复杂性。然而，随着从死后组织中学到的知识的限制，神经外科医生领导组织采样和数据分析的创新至关重要，以最大限度地提高从患者中学到的知识量以及如何将这些发现有效地转化为更好的结果（见图）。更重要的是，培训能够熟练运用经典神经外科显微仪器以及新工具（包括“分子手术刀”（药物疗法或基因疗法）和分析这些样本所需的计算算法的专业神经外科科学家将进一步推动体细胞突变研究转化为患者的利益。

图 躯体变异-告知神经外科和医学管理。未来体细胞突变信息可用于指导神经系统疾病的神经外科和医学管理。活检或手术切除样本可以通过下一代测序获得和处理，以识别体细胞变异。这些变异可以与临床数据相关联，如人口统计学、神经生理学、神经影像学和病史，以扩大研究工作，并确定可用作单一治疗或手术辅助治疗的靶向治疗。如有必要，这些信息也可用于手术计划。