袁媛 徐玉喬 張志文 張麗英 石劍寬 謝忠林 王超 葉菁

(第四軍醫(yī)大學(xué):1病理學(xué)與病理生理學(xué)教研室; 2唐都醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科; 3西京醫(yī)院心血管內(nèi)科，陜西 西安 710032)

·綜述·

低級(jí)別膠質(zhì)瘤的分子遺傳學(xué)研究進(jìn)展

袁媛1徐玉喬1張志文1張麗英1石劍寬2謝忠林3王超1葉菁1*

(第四軍醫(yī)大學(xué):1病理學(xué)與病理生理學(xué)教研室;2唐都醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科;3西京醫(yī)院心血管內(nèi)科，陜西 西安 710032)

低級(jí)別膠質(zhì)瘤; 分子病理; 表觀遺傳學(xué)

腦膠質(zhì)瘤是起源于腦部神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，是最常見(jiàn)的顱內(nèi)腫瘤之一。近30年來(lái)，原發(fā)性惡性腦腫瘤發(fā)生率逐年遞增，年增長(zhǎng)率約為1.2%，中老年人群尤為明顯。根據(jù)美國(guó)腦腫瘤注冊(cè)中心統(tǒng)計(jì)，惡性膠質(zhì)瘤約占原發(fā)性惡性腦腫瘤的70%，年發(fā)病率約為5/100 000，每年新發(fā)病率超過(guò)14 000例，65歲以上人群發(fā)病率明顯升高[1]。盡管神經(jīng)影像學(xué)及膠質(zhì)瘤的治療均取得了一定的進(jìn)展，但膠質(zhì)瘤的預(yù)后遠(yuǎn)不能使人滿(mǎn)意。低級(jí)別膠質(zhì)瘤主要包括WHO I-II級(jí)的星形細(xì)胞腫瘤和WHO II級(jí)的少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤。近年來(lái)隨著腫瘤遺傳學(xué)研究的進(jìn)展，對(duì)低級(jí)別腦膠質(zhì)瘤的遺傳學(xué)認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，也為膠質(zhì)瘤的治療帶來(lái)了希望。

一、異檸檬酸脫氫酶突變

異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)1、2和3均能夠催化異檸檬酸的氧化脫羧作用，將異檸檬酸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮戊二酸(α-ketoglutarate,α-kG)。IDH1和IDH2在結(jié)構(gòu)上有70%的同源性，IDH2位于線粒體，主要完成三羧酸循環(huán)；而IDH1位于細(xì)胞質(zhì)和過(guò)氧化物酶體，主要影響細(xì)胞脂肪和糖的代謝[2,3]。

由于在IDH1/2突變的腫瘤，只有一個(gè)拷貝的IDH基因發(fā)生突變，因此不可能出現(xiàn)功能缺失。IDH1/2突變后獲得一個(gè)新的功能，即將α-KG轉(zhuǎn)變?yōu)?-羥基戊二酸(2-hydroxylglutarate,2-HG)[4]。目前認(rèn)為IDH1/2突變的膠質(zhì)瘤中2-HG升高的水平高于正常的100～1000倍，并且2HG在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似α-KG，因此能夠抑制α-KG依賴(lài)的酶促反應(yīng)，影響細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)變化，眾多研究認(rèn)為2-HG與腫瘤的惡性過(guò)程相關(guān)，因此將2-HG稱(chēng)為癌代謝物[5]。

腦膠質(zhì)瘤IDH1/2突變是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的最重要的遺傳學(xué)改變。IDH1/2突變?cè)赪HO II-III級(jí)膠質(zhì)瘤和繼發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(WHO IV級(jí))中發(fā)生率非常高(gt;80%)，但在原發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(WHO IV級(jí))中突變率較低(約5%)。更多的研究顯示，具有IDH1/2突變的膠質(zhì)瘤患者較為年輕，且預(yù)后明顯較野生型患者較好。在膠質(zhì)瘤中，IDH1/2突變只是發(fā)生于一個(gè)等位基因上，即所有IDH1/2突變均是雜合狀態(tài)，而且在膠質(zhì)瘤中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)IDH1和IDH2同時(shí)突變。其中IDH1的突變主要發(fā)生在編碼132位的第一和第二位堿基，IDH2突變主要位于第172位。目前，IDH1/2突變率已經(jīng)成為膠質(zhì)瘤患者診斷及預(yù)后判斷的重要指標(biāo)。因此，研究IDH1/2突變?cè)谀z質(zhì)瘤發(fā)生過(guò)程的作用與發(fā)生機(jī)制具有重要的理論和臨床意義。

二、ATRX

X染色體連鎖的α地中海貧血/精神發(fā)育遲滯綜合征(α-thalassemia/mental retardation syndrome X-lined,ATRX)的致病基因，該基因定位于X染色體長(zhǎng)臂Xq21.1，由35個(gè)外顯子和34個(gè)內(nèi)含子組成，全長(zhǎng)281kb，編碼2492個(gè)氨基酸[6]。ATRX蛋白既是一種ATP依賴(lài)的解旋酶，也是重要的表觀遺傳調(diào)控因子之一，具有參與DNA的修復(fù)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和染色質(zhì)重組等廣泛的生物學(xué)功能[7]。ATRX失活可激活端粒延伸替代途徑[8]，引起端粒延長(zhǎng)，與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。ATRX能通過(guò)與組蛋白變異體H3.3結(jié)合，并整合到端粒，從而在染色體重塑中發(fā)揮了重要作用[9]。

ATRX的表達(dá)水平與神經(jīng)元的分化程度正相關(guān)，表明其在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育中可能起重要作用[10]。近年來(lái)通過(guò)基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)，約7%的成人膠質(zhì)細(xì)胞腫瘤發(fā)現(xiàn)存在ATRX基因的突變，而ATRX基因突變往往導(dǎo)致ATRX蛋白失活[11]。在363例腦腫瘤的分析結(jié)果顯示，ATRX突變常發(fā)生于Ⅱ級(jí)彌漫型星形細(xì)胞瘤(67%,n=15)、Ⅲ級(jí)間變型星形細(xì)胞瘤(73%,n=40)、繼發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(57%,n=14)和少突星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤(68%,n=40)。但在Ⅰ級(jí)的毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)ATRX 突變，而原發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(4%,n=94)和單純少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤(14%,n=50)的發(fā)生率也明顯降低。

三、腫瘤抑癌基因TP53突變

人類(lèi)TP53基因位于染色體17p13.1，全長(zhǎng)共有16～20 kb，由10個(gè)內(nèi)含子和11個(gè)外顯子組成。野生型TP53是由393個(gè)氨基酸組成的與細(xì)胞分裂周期相關(guān)的核磷酸蛋白。當(dāng)細(xì)胞DNA發(fā)生損傷時(shí)，野生型TP53可使細(xì)胞停留在細(xì)胞分裂G1期，使細(xì)胞有足夠的時(shí)間修復(fù)受損的DNA以恢復(fù)正常；當(dāng)DNA損傷嚴(yán)重?zé)o法修復(fù)時(shí)，TP53能夠啟動(dòng)凋亡過(guò)程使受損細(xì)胞發(fā)生死亡，因此TP53在預(yù)防細(xì)胞基因突變、防止腫瘤發(fā)生過(guò)程中起重要作用[12]。突變型TP53出現(xiàn)功能缺陷，不但喪失抑癌活性，甚至可促進(jìn)細(xì)胞向惡性細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)變。眾多研究已表明TP53突變是人類(lèi)腫瘤最常見(jiàn)的遺傳學(xué)改變之一，許多惡性腫瘤中可以發(fā)現(xiàn)TP53的缺失或突變。

TP53信號(hào)通路在神經(jīng)膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展中也發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。已有研究表明，在 87%的膠質(zhì)瘤中存在TP53信號(hào)通路的改變，在35%的神經(jīng)膠質(zhì)瘤中存在TP53自身突變和缺失。由于TP53失活直接使細(xì)胞基因組處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而容易獲得更多的基因改變，伴隨著基因受累增多，星形細(xì)胞瘤發(fā)生惡性轉(zhuǎn)變，由低級(jí)別膠質(zhì)瘤轉(zhuǎn)變?yōu)楦呒?jí)別膠質(zhì)瘤[13]。有研究分析指出伴有IDH1突變的低級(jí)別膠質(zhì)瘤往往獲得CpG島的甲基化表型，繼而伴隨發(fā)生TP53基因突變，最終則可能發(fā)展成為高級(jí)別膠質(zhì)瘤[14]。

四、人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶啟動(dòng)子突變

人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase,hTERT)是人類(lèi)細(xì)胞端粒酶調(diào)控的限制成分。人端粒酶由作為合成端粒末端序列模板的RNA及具有逆轉(zhuǎn)錄酶催化活性的蛋白亞基所構(gòu)成，TERT基因在大多數(shù)正常人體細(xì)胞中不表達(dá)。因此正常人體細(xì)胞缺乏端粒酶活性，端粒DNA長(zhǎng)度隨細(xì)胞分裂次數(shù)增多逐漸縮短，最終引起細(xì)胞衰老[15]。在正常細(xì)胞中表達(dá)hTERT能夠重建端粒酶活性，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)，延長(zhǎng)細(xì)胞壽命，這些現(xiàn)象表明端粒酶在阻止細(xì)胞衰老的過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。癌變過(guò)程可能造成 TERT重新表達(dá)，激活端粒酶穩(wěn)定端粒長(zhǎng)度，從而賦予腫瘤細(xì)胞永生化生長(zhǎng)能力[16]。近年越來(lái)越多研究揭示TERT在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中起重要作用，而其中，端粒酶的異常活化被認(rèn)為是人類(lèi)腫瘤形成的關(guān)鍵步驟，已被公認(rèn)為是治療腫瘤的重要靶標(biāo)之一。

近年來(lái)， TERT啟動(dòng)子突變被認(rèn)為是IDH突變之后又一個(gè)與膠質(zhì)瘤密切相關(guān)的遺傳學(xué)改變。美國(guó)杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心Killela的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)473例成人膠質(zhì)瘤患者IDH和TERT啟動(dòng)子突變與總生存率的關(guān)系進(jìn)行分析，認(rèn)為檢測(cè)此類(lèi)基因突變可以作為膠質(zhì)瘤組織病理學(xué)的輔助診斷。研究發(fā)現(xiàn)，74.2%的膠母細(xì)胞瘤中存在TERT啟動(dòng)子突變，而僅18.2%的Ⅱ～Ⅲ級(jí)星形細(xì)胞瘤中有TERT啟動(dòng)子突變。相反，在78.4%的Ⅱ～Ⅲ級(jí)星形細(xì)胞瘤中存在IDH突變。然而在79%的少突膠質(zhì)瘤中，同時(shí)存在TERT啟動(dòng)子的突變和IDH突變[17]。此外，另有研究指出TERT啟動(dòng)子突變幾乎不會(huì)見(jiàn)于兒童或青少年膠質(zhì)瘤患者中，具體的原因及機(jī)制仍需進(jìn)一步探索[18]。

五、1p/19q聯(lián)合缺失

少突膠質(zhì)細(xì)胞腫瘤占腦膠質(zhì)瘤的15%～20%[19,20]，少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤在不同觀察者之間的具有一定的差異。1998年，1p/19q缺失的發(fā)現(xiàn)為少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的最重要的遺傳學(xué)改變[21]，其見(jiàn)于50%～90%的少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤，尤其是一些具有典型少突膠質(zhì)瘤形態(tài)的。在低級(jí)別膠質(zhì)瘤中，1p/19q缺失和TP53突變是相互排斥的，而TP53突變主要發(fā)生在星形細(xì)胞瘤中。但是，1p/19q聯(lián)合缺失預(yù)示著患者具有良好的預(yù)后，同時(shí)對(duì)一些治療更為敏感，如PCV方案(甲基芐肼，環(huán)己亞硝脲和長(zhǎng)春新堿)，替莫唑胺化療，以及放療敏感[22]。

六、主要遺傳學(xué)改變的相關(guān)性研究

由于腫瘤基因組測(cè)序的發(fā)展，腫瘤遺傳學(xué)變化被逐步應(yīng)用到腫瘤的分類(lèi)和預(yù)后分析，其中膠質(zhì)瘤的遺傳學(xué)與其分類(lèi)的研究較為深入。利用TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)，我們分析了形態(tài)學(xué)診斷的78例星形細(xì)胞瘤和95例少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤的主要遺傳學(xué)改變，利用IGV軟件分析1p/19q聯(lián)合缺失和7號(hào)染色體的擴(kuò)增情況。結(jié)果顯示，在形態(tài)學(xué)診斷為星形細(xì)胞瘤的膠質(zhì)瘤中，IDH1/2突變率為68%，其中TP53突變占IDH1突變的星形細(xì)胞瘤的90%以上，而且ATRX的突變與IDH1/2和TP53突變具有明顯的相關(guān)性，但是極少發(fā)生1p/19q聯(lián)合缺失。另外，在沒(méi)有的IDH1/2突變的星形細(xì)胞瘤中更易出現(xiàn)7號(hào)染色體的擴(kuò)增，這些表現(xiàn)更類(lèi)似與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤，可能預(yù)示著其可能發(fā)展為繼發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。

在組織學(xué)為少突膠質(zhì)瘤的腫瘤中，IDH1/2突變占88%，而且1p/19q缺失發(fā)生率為61%，且具有1p/19q缺失的少突膠質(zhì)瘤中，均有IDH1/2突變。在形態(tài)學(xué)診斷的少突膠質(zhì)瘤中，無(wú)1p/19q缺失但具有IDH1/2突變的腫瘤中，大多具有TP53和ATRX突變，這種遺傳學(xué)改變被認(rèn)為主要出現(xiàn)于星形細(xì)胞瘤。

IDH1/2、TP53突變，以及1p/19q缺失是膠質(zhì)瘤最為常見(jiàn)的遺傳學(xué)改變，大于90%的膠質(zhì)瘤至少攜帶上述一種遺傳學(xué)改變。最近對(duì)TCGA數(shù)據(jù)的深入分析結(jié)果也顯示[14]，對(duì)IDH1/2、TP53突變和1p/19q缺失狀態(tài)的分析比組織學(xué)分類(lèi)更有利于患者的預(yù)后判斷。在具有IDH突變和1p/19q缺失的低級(jí)別膠質(zhì)瘤患者臨床預(yù)后最好。在具有IDH突變但沒(méi)有1p/19q缺乏的膠質(zhì)瘤患者中往往具有TP53突變(94%)和ATRX失活(86%)。大部分沒(méi)有IDH突變的低級(jí)別膠質(zhì)瘤往往具有與原發(fā)膠質(zhì)母細(xì)胞類(lèi)似的遺傳學(xué)改變和臨床行為。通過(guò)對(duì)多個(gè)膠質(zhì)瘤基因組數(shù)據(jù)的分析，以IDH突變、1p/19q缺失和TP53突變?yōu)榛A(chǔ)的分子分型，其比傳統(tǒng)組織學(xué)分型更具優(yōu)勢(shì)。

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1671-2897(2016)15-375-03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81572471)；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016JM8100)

袁媛，碩士，E-mail:yy12103034@163.com

*通訊作者：葉菁，副教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:yejing@fmmu.edu.cn

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2015-09-27；

2016-01-20)