金樹梅，王新允

(1天津市環(huán)湖醫(yī)院，天津300060;2天津醫(yī)科大學(xué))

膠質(zhì)瘤是人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最常見的腫瘤，是多因素、多階段、多步驟參與的復(fù)雜過程，是多種基因改變累積的結(jié)果。膠質(zhì)瘤生長部位特殊、多數(shù)呈浸潤性生長，手術(shù)不易全切除，目前采用的手術(shù)切除輔以放化療的綜合治療方法療效仍不理想，預(yù)后普遍較差。隨現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展及綜合治療技術(shù)的進(jìn)步，惡性膠質(zhì)瘤的診斷與治療有了很大提高，但其最佳的分子標(biāo)志物仍存在爭議，且臨床療效、預(yù)后并無明顯改善。因此，積極探索膠質(zhì)瘤發(fā)生、發(fā)展的分子機制并在腫瘤防治上尋找新的突破仍是當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究熱點。2008年，Parsons等［1］首先發(fā)現(xiàn)異檸檬酸脫氫酶1(Isocitrate dehydmgenase 1，IDH1)基因突變在膠質(zhì)瘤發(fā)生中具有重要意義，但其作用機制目前尚不清楚?，F(xiàn)將異擰檬酸脫氫酶(Isocitrate dehydmgenase，IDHs)基因突變及與膠質(zhì)瘤關(guān)系的進(jìn)展綜述如下。

1 IDHs的結(jié)構(gòu)、功能

真核生物中的IDHs尼克酰腺嘌呤二核苷酸(NAD)為電子受體的NAD-依賴型異檸檬酸脫氫酶(NAD-IDH)和以尼克酰腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)為電子受體的NADP-依賴型異檸檬酸脫氫酶(NADP-IDH)。IDHs主要參與三羧酸循環(huán)，被認(rèn)為是三羧酸循環(huán)的限速酶，負(fù)責(zé)催化異檸檬酸氧化脫羧產(chǎn)生 α-酮戊二酸(α-ketoglutarate，α-KG)，并將氧化型NAD/NADP還原成 NADH/NADPH。盡管真核生物NAD/NADP IDH是一個線粒體酶，但其基因卻存在于細(xì)胞核染色體上，故其為一個核編碼的線粒體酶［2］。人類基因組具有五種此類基因編碼三種不同的 IDH，其功能分別依賴于 NADP(NADP+-dependent IDH1and IDH2)和NAD(NAD+-dependent IDH3);IDH2及IDH3位于線粒體中，參與檸檬酸循環(huán)以產(chǎn)生細(xì)胞代謝的能量，而IDH1位于細(xì)胞質(zhì)和過氧化物酶體中［3］。

根據(jù)空間結(jié)構(gòu)特點，NADP-依賴性IDH可分為同源二聚體IDH和單體IDH，兩者對生物體的能量代謝、生物合成及抗氧化脅迫起重要作用，其中二聚體是其酶的活性形式。真核IDH1具有抗氧化作用，如哺乳動物細(xì)胞可合成大量的NADPH來維持抗氧化系統(tǒng)，以抵御因活性氧和活性氮積累造成的氧化脅迫［4］。R132殘基位于所有 NADP+-依賴型IDHs，其在膠質(zhì)瘤中主要為 R132(IDH1)和 R172(IDH2)位點的突變;大部分為IDH1基因突變，而IDH2的R172突變在膠質(zhì)瘤中僅有較低頻率發(fā)生;NAD+-依賴的IDHs突變在膠質(zhì)瘤和其他腫瘤中均未發(fā)現(xiàn)［5］。

2 IDH1基因突變的致瘤機制

Zhaos等［6］報道IDH1基因突變可通過形成無催化活性的異二聚體抑制野生型-IDH1活性，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)α-KG水平明顯下降，而α-KG下降則進(jìn)一步導(dǎo)致脯氨酸羥基化酶(Prolythdroxylase)活力降低，增加缺氧誘導(dǎo)因子亞單位α(Oxia-indueiblefactor-l alpha，HIF-lα)的水平。HIF-lα 是一種轉(zhuǎn)錄蛋白，能在低氧環(huán)境中促使腫瘤生長。缺氧是膠質(zhì)瘤等實體腫瘤的主要微環(huán)境特征，快速生長的腫瘤細(xì)胞超過腫瘤血管生成速度即可出現(xiàn)瘤細(xì)胞死亡，而HIF-lα則可通過各種方式的調(diào)節(jié)促進(jìn)腫瘤對缺氧的耐受。細(xì)胞對氧和營養(yǎng)物質(zhì)的消耗增加、實體腫瘤氧分壓均值水平低于其正常起源組織時，HIF-lα能介導(dǎo)機體的整體和局部缺氧反應(yīng)，促使腫瘤對低氧的耐受;缺氧時HIF-lα可通過增強其下游靶基因血管內(nèi)皮生長因子 (Vascularendothelialgrowth factor，VEGF)的表達(dá)，刺激血管形成，為腫瘤生長、浸潤及轉(zhuǎn)移提供物質(zhì)基礎(chǔ);腫瘤細(xì)胞過度增生、血管生長不足引起的新生瘤細(xì)胞局部低氧可反刺激HIF-lα表達(dá)，促使血管增生，為腫瘤進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造條件［7，8］。

一系列生化研究證實，突變的IDH1可使野生型IDH1的代謝產(chǎn)物α-KG轉(zhuǎn)變成2-羥戊二酸(2-hydroxyglutarate，2-HG)，此揭開了上述新變酶體的神秘功能，同時提示呼吸代謝在發(fā)生IDH1突變體的腫瘤細(xì)胞中發(fā)生了改變［9，10］。IDH1突變的腫瘤細(xì)胞可產(chǎn)生過多的代謝產(chǎn)物2-HG，此不僅是功能的缺失，2-HG在腫瘤細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的表型中亦發(fā)揮特殊功能。大量對人膠質(zhì)瘤全基因組DNA甲基化的分析發(fā)現(xiàn)，不同的甲基化方式與基因表達(dá)亞型有關(guān)［11］，且?guī)缀跛械?IDH1突變都與高特異性的DNA甲基化—膠質(zhì)瘤CpG島甲基化表型(G-CIMP)有關(guān)，這種亞型相應(yīng)地表現(xiàn)為少突膠質(zhì)細(xì)胞樣的表達(dá)亞型。但上述現(xiàn)象的作用機制目前尚不很清楚，在人類急性白血病的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象［12］，有待進(jìn)一步研究。

3 IDH1突變在膠質(zhì)瘤中的發(fā)生頻率及意義

IDH1在膠質(zhì)瘤中的突變于2008年由Parsons等［1］首先報道，其通過對22例樣本20 661個蛋白編碼基因進(jìn)行全測序以鑒定與腫瘤發(fā)生相關(guān)的基因突變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5例多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)患者在IDH1的活性位點即132位精氨酸(R132)處發(fā)生頻繁突變，膠質(zhì)瘤中IDH1突變?nèi)繛?號外顯子R132h雜合性、錯義、點突變;進(jìn)一步對149例GBM進(jìn)行的檢測發(fā)現(xiàn)，12%(18/149)存在IDH1的R132h突變，且IDH1突變多發(fā)生于年輕患者和繼發(fā)性GBM中。

Hartmann等［13］對1 010例腦腫瘤患者的手術(shù)標(biāo)本進(jìn)行測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IDH1(R132)突變率在彌漫性星形細(xì)胞瘤約為68%、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤約為75%、少突星形細(xì)胞瘤約為71%、繼發(fā)性GBM約為88%。隨后，美國、法國、德國、意大利、日本等國家陸續(xù)對GBM基因的突變進(jìn)行了檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在WHOⅡ和Ⅲ級膠質(zhì)瘤中突變率高達(dá)70%以上，在繼發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤高達(dá)85%以上，在原發(fā)性GBM發(fā)生頻率僅為 5%［5，13～15］。Bleeker 等［16］對 672 例腫瘤標(biāo)本(包括高級別膠質(zhì)瘤，胃腸道間質(zhì)瘤，黑色素瘤，膀胱癌，乳腺癌，結(jié)腸癌，肺癌，卵巢癌，胰腺癌，前列腺癌，甲狀腺癌)］進(jìn)行了測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IDH1突變僅發(fā)生在膠質(zhì)瘤中，此發(fā)現(xiàn)對膠質(zhì)瘤的研究具有變革性意義。目前認(rèn)為，IDH1 R132突變是膠質(zhì)瘤發(fā)生的早期事件，較低級別膠質(zhì)瘤表現(xiàn)為更高頻率的突變［1，15，16］。IDH1 R132 位點與膠質(zhì)瘤發(fā)生關(guān)系的具體意義尚不很清楚，目前已經(jīng)研制出突變型IDH1蛋白抗體(IDH1R132H)，其可對腫瘤組織切片進(jìn)行免疫組織化學(xué)檢測，且與非腫瘤組織和反應(yīng)性增生的組織無交叉免疫反應(yīng)，可用于WHOⅡ級星形細(xì)胞瘤的特異性診斷［17，18］。

4 IDH突變與膠質(zhì)瘤預(yù)后的關(guān)系

以往研究顯示，HIF-lα途徑激活與包括膠質(zhì)瘤在內(nèi)的多種腫瘤的惡性進(jìn)展和不良預(yù)后有關(guān)［19，20］。Parsons等［1］發(fā)現(xiàn)，伴IDH1突變的膠質(zhì)瘤較野生型IDH1腫瘤具有較好的預(yù)后。隨后研究證實，伴IDH1(R132)突變的繼發(fā)性GBM中位生存期(31個月)明顯高于野生型IDH1的中位生存期(15個月)，而伴IDH1(R132)突變間變性星形細(xì)胞瘤中位生存期(65個月)明顯高于野生型IDH1的中位生存期(20個月)［5］;在少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤和少突星形細(xì)胞瘤中，IDH1突變與1p和19q染色體缺失有關(guān)［21］，而此染色體缺失與膠質(zhì)瘤對化療敏感和較好預(yù)后有關(guān)［22］，推測IDH1突變可能影響膠質(zhì)瘤的化療效果，其具體機制尚需進(jìn)一步研究。

最近，Hartmann等［23］分析了147例間變性星形細(xì)胞瘤和237例GBM，結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有野生型IDH1的間變性星形細(xì)胞瘤總生存和疾病無惡化生存時間低于IDH1突變者，推測IDH1突變可能是判斷患者生存期等預(yù)后指標(biāo)最有意義和最重要的指標(biāo)，但具體機制尚不很清楚。亦有研究發(fā)現(xiàn)，盡管在不同組織學(xué)類型膠質(zhì)瘤中IDH1突變與DNA甲基化及代謝形式改變有關(guān)，且有IDH1突變患者生存期明顯提高。目前大多數(shù)對膠質(zhì)瘤治療方法的改進(jìn)可針對靶DNA甲基化來實現(xiàn)，主要是通過MGMT甲基化預(yù)測對治療的敏感性，因此基于IDH1突變與MGMT甲基化關(guān)系的研究將有助于提高臨床預(yù)測、指導(dǎo)治療及對膠質(zhì)瘤治療途徑的改進(jìn)［24］。

5 展望

對IDH1突變與膠質(zhì)瘤發(fā)生及其意義的研究，將有助于膠質(zhì)瘤進(jìn)一步分類及其發(fā)生機制的認(rèn)識，有利于對膠質(zhì)瘤形成和演進(jìn)過程中分子病理學(xué)機制的不斷闡明，進(jìn)而為膠質(zhì)瘤的診斷、治療、預(yù)后判定及靶向性治療提供可靠的證據(jù)。

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