異檸檬酸脫氫酶基因突變及其與膠質瘤關系的研究進展

金樹梅，王新允

(1天津市環湖醫院，天津300060;2天津醫科大學)

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

1 IDHs的結構、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，被認為是三羧酸循環的限速酶，負責催化異檸檬酸氧化脫羧產生 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，參與檸檬酸循環以產生細胞代謝的能量，而IDH1位于細胞質和過氧化物酶體中［3］。

根據空間結構特點，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，如哺乳動物細胞可合成大量的NADPH來維持抗氧化系統，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突變在膠質瘤中僅有較低頻率發生;NAD+-依賴的IDHs突變在膠質瘤和其他腫瘤中均未發現［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，進而導致細胞內α-KG水平明顯下降，而α-KG下降則進一步導致脯氨酸羥基化酶(Prolythdroxylase)活力降低，增加缺氧誘導因子亞單位α(Oxia-indueiblefactor-l alpha，HIF-lα)的水平。HIF-lα 是一種轉錄蛋白，能在低氧環境中促使腫瘤生長。缺氧是膠質瘤等實體腫瘤的主要微環境特征，快速生長的腫瘤細胞超過腫瘤血管生成速度即可出現瘤細胞死亡，而HIF-lα則可通過各種方式的調節促進腫瘤對缺氧的耐受。細胞對氧和營養物質的消耗增加、實體腫瘤氧分壓均值水平低于其正常起源組織時，HIF-lα能介導機體的整體和局部缺氧反應，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皮生長因子 (Vascularendothelialgrowth factor，VEGF)的表達，刺激血管形成，為腫瘤生長、浸潤及轉移提供物質基礎;腫瘤細胞過度增生、血管生長不足引起的新生瘤細胞局部低氧可反刺激HIF-lα表達，促使血管增生，為腫瘤進一步發展創造條件［7，8］。

一系列生化研究證實，突變的IDH1可使野生型IDH1的代謝產物α-KG轉變成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生IDH1突變體的腫瘤細胞中發生了改變［9，10］。IDH1突變的腫瘤細胞可產生過多的代謝產物2-HG，此不僅是功能的缺失，2-HG在腫瘤細胞惡性轉化的表型中亦發揮特殊功能。大量對人膠質瘤全基因組DNA甲基化的分析發現，不同的甲基化方式與基因表達亞型有關［11］，且幾乎所有的 IDH1突變都與高特異性的DNA甲基化—膠質瘤CpG島甲基化表型(G-CIMP)有關，這種亞型相應地表現為少突膠質細胞樣的表達亞型。但上述現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現了類似現象［12］，有待進一步研究。

3 IDH1突變在膠質瘤中的發生頻率及意義

IDH1在膠質瘤中的突變于2008年由Parsons等［1］首先報道，其通過對22例樣本20 661個蛋白編碼基因進行全測序以鑒定與腫瘤發生相關的基因突變，結果發現5例多形性膠質母細胞瘤(GBM)患者在IDH1的活性位點即132位精氨酸(R132)處發生頻繁突變，膠質瘤中IDH1突變全部為4號外顯子R132h雜合性、錯義、點突變;進一步對149例GBM進行的檢測發現，12%(18/149)存在IDH1的R132h突變，且IDH1突變多發生于年輕患者和繼發性GBM中。

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

4 IDH突變與膠質瘤預后的關系

以往研究顯示，HIF-lα途徑激活與包括膠質瘤在內的多種腫瘤的惡性進展和不良預后有關［19，20］。Parsons等［1］發現，伴IDH1突變的膠質瘤較野生型IDH1腫瘤具有較好的預后。隨后研究證實，伴IDH1(R132)突變的繼發性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］;在少突膠質細胞瘤和少突星形細胞瘤中，IDH1突變與1p和19q染色體缺失有關［21］，而此染色體缺失與膠質瘤對化療敏感和較好預后有關［22］，推測IDH1突變可能影響膠質瘤的化療效果，其具體機制尚需進一步研究。

最近，Hartmann等［23］分析了147例間變性星形細胞瘤和237例GBM，結果發現具有野生型IDH1的間變性星形細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后指標最有意義和最重要的指標，但具體機制尚不很清楚。亦有研究發現，盡管在不同組織學類型膠質瘤中IDH1突變與DNA甲基化及代謝形式改變有關，且有IDH1突變患者生存期明顯提高。目前大多數對膠質瘤治療方法的改進可針對靶DNA甲基化來實現，主要是通過MGMT甲基化預測對治療的敏感性，因此基于IDH1突變與MGMT甲基化關系的研究將有助于提高臨床預測、指導治療及對膠質瘤治療途徑的改進［24］。

5 展望

對IDH1突變與膠質瘤發生及其意義的研究，將有助于膠質瘤進一步分類及其發生機制的認識，有利于對膠質瘤形成和演進過程中分子病理學機制的不斷闡明，進而為膠質瘤的診斷、治療、預后判定及靶向性治療提供可靠的證據。

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