IDH突變膠質母細胞瘤研究進展

李思博 譚 晶 張麗娜

(1. 佳木斯大學附屬第一醫院，佳木斯 黑龍江 154007； 2. 大慶油田總醫院，大慶 黑龍江 163411)

膠質母細胞瘤(GBM)是世界衛生組織分類為Ⅳ級高度惡性的腦腫瘤，中位生存期小于兩年[1]。目前標準治療方法是最大限度腫瘤切除手術、替莫唑胺(TMZ)和放療(RT)的聯合應用，但也只能夠短暫增加患者的生存期。在膠質母細胞瘤中，IDH突變作為一個獨立分類的標準，具有獨特的CpG島高甲基化特征(G-CIMP)[2]，與患者更好的預后相關[3]，中位生存期為3.6年[4]。盡管IDH野生型和IDH突變膠質母細胞瘤具有相似的組織學特征，但在生物學特性上被視為兩個不同的實體[5]。

異檸檬酸脫氫酶(IDH)在三羧酸循環中將異檸檬酸轉化為α-酮戊二酸，在膠質瘤母細胞瘤的發生中，編碼IDH1/2的基因突變導致酶活性的改變，將α-酮戊二酸轉化為D-α-羥基戊二酸，通過競爭性抑制減少α-酮戊二酸的生成[6]。TET蛋白家族是一種依賴于α-酮戊二酸的雙加氧酶，催化表觀遺傳甲基化修飾5-甲基胞嘧啶的去甲基化反應，生成5-羥甲基胞嘧啶[7]。研究表明，在多種癌癥中DNA去甲基化的中間產物5-羥甲基胞嘧啶發生減少，并且與癌癥發生關系密切[8，9]。

對膠質母細胞瘤表觀遺傳修飾和生物化學特性的深入了解，將有助于我們發現潛在的治療弱點，制定特異性治療策略，從而改善患者的預后。

1 TET蛋白

腫瘤干細胞具有自我更新能力，維持腫瘤細胞的增殖和細胞異質性，通過對腫瘤干細胞的深入研究，可以追溯到腫瘤的起源。Zhou D等[10]通過對人膠質母細胞瘤來源異種移植進行表觀基因組分析發現，TET2蛋白在膠質瘤干細胞中表達上調，并且與細胞增殖和DNA損傷反應相關，通過敲除TET2，發現膠質瘤干細胞對博萊霉素的敏感性上調。在膠質瘤母細胞瘤細胞中TET2蛋白表達降低，卻在腫瘤干細胞中表達增加，暗示TET2蛋白可能在參與維持腫瘤低分化表型和腫瘤異質性過程中起到重要作用。靶向TET2蛋白調控腫瘤細胞的化療敏感性可能成為膠質母細胞瘤一個潛在的治療靶點。

先前的研究表明敲除TET3使神經元分化的過程受到抑制[11]，暗示TET3水平的破壞可能增加神經祖細胞的自我更新，增加了腫瘤發生的潛能。Carella A等[12]在免疫缺陷小鼠模型中增強了TET3的表達，部分逆轉了膠質母細胞瘤中的DNA羥甲基化的缺失，降低了異種移植小鼠腦腫瘤的形成。并且在膠質母細胞瘤模型中，恢復TET3的表達增強了細胞的分化能力[12]。

上述研究結果表明TET蛋白家族在膠質母細胞瘤存在不同的作用。通過靶向調控TET蛋白家族成員，以不同的機制影響膠質母細胞瘤的發展，可能會成為一個潛在的治療弱點。

2 5-羥甲基胞嘧啶

腦組織中5-羥甲基胞嘧啶的水平遠高于其他組織，提示DNA羥甲基化修飾在神經系統中的潛在作用[13]。近期一項研究，Kraus T F等[14]對膠質母細胞瘤中5-甲基胞嘧啶和5-羥甲基胞嘧啶全基因組水平進行分析，發現一種發生于增強子和轉錄區域的非典型異常高甲基化模式，這些位點通常由5-羥甲基胞嘧啶修飾；這種非典型異常高甲基化模式表現為5-羥甲基胞嘧啶缺失、CpG島富集基因啟動子相關，標記H3K4me2。表明了膠質瘤依賴于5-羥甲基胞嘧啶的異常甲基化模式，可能通過表觀遺傳修飾變化參與調控相關基因的表達。DNA的甲基化/羥甲基化修飾通常與轉錄抑制相關[15]，IDH1/2突變導致膠質母細胞瘤基因組DNA的整體高甲基化模式和DNA羥甲基化的缺失[16]。

IDH1/2突變抑制TET蛋白表達介導了5-羥甲基胞嘧啶生成減少，然而近期一項實驗發現IDH突變型膠質母細胞瘤較IDH野生型表現出更高水平的5-羥甲基胞嘧啶[17]。關于IDH突變與5-羥甲基胞嘧啶之間的相關性并沒有達成一致的見解[18，14]。Glowacka W. K等17使用定量位點特異性方法分析IDH1突變膠質母細胞瘤5-羥甲基胞嘧啶水平，發現膠質瘤發病機制相關的增強子處具有更高水平的5-羥甲基胞嘧啶，并且5-羥甲基胞嘧啶參與了膠質瘤CpG島高甲基化特征的形成。在膠質母細胞瘤中5-甲基胞嘧和5-羥甲基胞嘧啶水平以及膠質瘤CpG島高甲基化特征與患者更好的預后相關[3]。盡管5-羥甲基胞嘧啶參與基因組轉錄的分子機制并不完全清楚，但上述研究表明膠質母細胞瘤中5-羥甲基胞嘧啶是一個有潛力的調控靶點，相信對于5-羥甲基胞嘧啶的進一步研究，可以更加深入的了解膠質母細胞瘤的分子生物學特性，從而開發潛在的治療弱點，制定具有特異性的靶向治療策略。

3 膠質瘤代謝

癌癥基因突變改變了膠質瘤的代謝環境，使得腫瘤細胞得以生長和增殖[19]，通過對這種癌癥生物學特性的深入研究和代謝途徑的開發為膠質母細胞瘤治療提供了全新的觀點。McBrayer S. K等[20]發現膠質瘤中IDH1 R132H突變抑制了支鏈氨基酸轉氨酶BCAT的活性，減少了谷氨酸的生成，使得膠質瘤谷氨酸代謝更依賴谷氨酰胺酶；靶向擬制谷氨酰胺酶可以抑制增強IDH1 R132H突變膠質瘤的氧化應激，從而提升放療的敏感性。然而在TP53和ATRX基因突變的情況下，IDH1 R132H突變可以通過ATM通路增強DNA損傷反應[21]，降低了放療的敏感性。IDH突變膠質母細胞瘤遺傳背景和基因之間的相互作用是十分復雜的。

關于異檸檬酸脫氫酶的致癌突變研究主要集中在IDH1/2，關于IDH3的報導并不多。May J.L等[22]發現IDH3亞基IDH3α在膠質母細胞瘤中高表達，并且促進異種移植小鼠膠質母細胞瘤發育，并且觀察到IDH3α與胞質絲氨酸羥甲基轉移酶的結合，增強了核苷酸的利用率。與IDH1/2不同，IDH3α促進了病程進展，增強了膠質母細胞瘤代謝的效率，昭示著不良的預后。敲除IDH3α發現膠質母細胞瘤三羧酸循環和氧化磷酸化受到抑制，降低了腫瘤代謝的效率；并且通過增強蛋氨酸循環誘導DNA高甲基化，使相關癌基因轉錄受到抑制，減少了腫瘤細胞的增殖[22]。

IDH基因致癌突變的分子機制并不是完全清楚，其家族成員的功能和定位存在一定的差異，IDH家族對于腫瘤微環境和基因協同效應之間的相互作用十分復雜，具有非常高的研究價值和治療潛能。

4 挑戰與展望

在IDH突變膠質母細胞瘤中，DNA的高甲基化模式和DNA羥甲基化的缺失會降低TET3蛋白的表達，進一步的降低DNA羥甲基化的水平[12]。這種DNA的異常模式被認為是由于IDH1/2突變抑制了TET蛋白導致的[16]。但在TET蛋白正常表達的腫瘤中也表現為DNA羥甲基化的缺失[23]，提示可能存在其他調控機制。TET3的缺失可能在腫瘤發生之前就已經出現了，低水平的TET3使細胞分化受到阻滯，增加了細胞永生化的潛能。TET蛋白家族在腫瘤中遺傳背景并不是很明確，通過對TET家族蛋白的進一步研究，可能有助于了解膠質母細胞瘤中復雜的分子機制。

膠質瘤中異常甲基化模式被歸因于5-甲基胞嘧啶的分布異常所導致的，隨著5-羥甲基胞嘧啶研究的開展，5-羥甲基胞嘧啶水平對于表觀基因組的影響逐漸被揭開。在膠質瘤中5-羥甲基胞嘧啶的缺失呈現了一種獨特的甲基化模式[14]，并且5-羥甲基胞嘧啶的水平與基因表達增強具有很強的相關性[17]，讓人聯想到這種獨特的甲基化模式對于基因過表達的影響。IDH突變與5-羥甲基胞嘧啶的關聯還存在爭議，但是在IDH突變膠質母細胞瘤中觀察到有悖于IDH功能的高5-羥甲基胞嘧啶水平，這其中潛在的調控機制可能超過TET蛋白對于5-羥甲基胞嘧啶的影響。

IDH突變對于膠質瘤母細胞表觀基因組和生物學特性的影響是極為廣泛的，盡管膠質母細胞瘤是無法治愈的惡性腫瘤，但在膠質瘤中IDH突變相較于IDH野生型表現出較好的預后[4]，仍然需要更多的研究來探索其中潛在的機制，通過靶向放大這種良性影響，有望改善患者的預后。