異檸檬酸脫氫酶-1基因突變與腦膠質瘤關系的研究進展

李敏龍，姜 萍，羅 敏

膠質瘤是中樞神經系統(tǒng)最常見的原發(fā)腫瘤，具有較高的異質性，其發(fā)病率約占中樞神經系統(tǒng)腫瘤的27%左右[1]。在腦膠質瘤中，惡性腦膠質瘤在臨床上更為常見，有研究數據表明，約占惡性腫瘤的80%[2]。目前，臨床上主要通過WHO分級對腦膠質瘤患者的病情嚴重程度及預后情況進行評估，分級越高表明患者病情越嚴重，預后越差，故早期診斷并及時對病情變化進行準確判斷是改善患者預后的重要手段，故明確腦膠質瘤的發(fā)病機理為首要關注內容[3]。目前，臨床上對于腦膠質瘤的發(fā)病機理仍在探討之中，被大家所熟知的是基因的突變和外在大量的電離輻射刺激，而近年來，隨著功能影像學研究的不斷深入，對腦膠質瘤的研究已經深入到影像基因組學和遺傳學方面，尤其是影像基因組方面的研究，可通過影像特征反映腦膠質瘤基因表型的具體情況[4]。通過大量的研究發(fā)現，異檸檬酸脫氫酶-1(isocitrate dehydrogenase-1, IDH-1)、06-甲基鳥嘌呤-DNA-甲基轉移酶及表皮生長因子受體等一系列基因與膠質瘤的發(fā)生和進展有著密切聯(lián)系[5]。此外也有大量研究證實，通過功能影像學檢查表現來探討腦膠質瘤相關基因突變情況也是可行的，尤其以IDH-1較為顯著[6]。本文就通過查閱、分析文獻的方式，對近年來腦膠質瘤中IDH-1基因突變與MRI影像關系的研究進展作一綜述。

1 IDH-1與腦膠質瘤

1.1IDH-1的概述 三羧酸循環(huán)是人體重要的產能過程，由一系列酶促反應構成的循環(huán)反應系統(tǒng)，而IDH為三羧酸循環(huán)的關鍵限速酶。該酶主要由普遍存在于人和真核生物中IDH基因編碼的蛋白酶，主要借助氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷或氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸作為輔助因子，催化異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸(α-ketoglutarate, α-KG)及CO2，同時分別生成還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸或還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。IDH同工酶有3種形式，包括依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的胞質IDH-1、線粒體IDH-2和依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的線粒體IDH-3。IDH-1基因位于染色體2q33.3，定位于細胞質和過氧化物酶體，其突變在膠質瘤中最為常見；IDH-2基因位于染色體15q26.1，定位于細胞線粒體，在膠質瘤中的突變較為少見。而關于IDH-3在目前尚未發(fā)現突變，主要以四聚體形式存在，以煙酞胺腺嚷吟二核昔酸為輔酶，所催化的反應是不可逆的，但具有變構調節(jié)的特性，是三羧酸循環(huán)中的一個關鍵酶。IDH基因突變是膠質瘤發(fā)生過程中的早期事件，由Parsons等[7]于2008年首先報道，主要發(fā)生在低級別膠質瘤和繼發(fā)性膠質母細胞瘤中，且絕大部分為IDH-1或IDH-2基因突變。

1.2IDH-1基因突變與腦膠質瘤發(fā)生的關系 IDH-1家族基因突變首次于2006年在轉移性結腸癌中被發(fā)現[8]。Parsons等[7]利用全組基因測序，在12%的膠質母細胞瘤患者中檢出IDH-1精氨酸132(R132)突變；且進一步研究表明，部分膠質瘤可發(fā)生IDH基因突變，且與野生型IDH膠質瘤相比，IDH突變的惡性膠質瘤具有較好的預后，故IDH突變與膠質瘤的預后有著密切的關系[9]。有相關研究證實，IDH-1基因突變是惡性腦膠質瘤中最原始的基因突變，即IDH-1基因突變存在于絕大部分的惡變癌性細胞組織中[10]。而對于IDH-1基因的突變與腦膠質瘤的產生原理認為是：IDH-1基因的突變導致IDH與其底物結合的能力顯著降低，減弱了其親和力；另一方面，IDH-1突變后的基因型可與野生型IDH-1進行底物爭奪，一旦IDH-1與底物相結合，將會促使IDH-1的活性顯著下降，最終在各類生化作用下降低了α-KG的釋放，上述生化反應可導致細胞缺氧誘導因子(hypoxiainducible factor, HIF)的穩(wěn)定活性顯著升高，HIF通路是腫瘤細胞生長的關鍵，故HIF通路的激活大大增加了腫瘤發(fā)生的概率，最終導致了腦膠質瘤的產生。且在IDH-1突變后，一系列的生化反應導致α-KG轉化為2-羥基戊二酸(2-hydroxyglutamte, 2-HG)，而2-HG在正常體內含量并不高，一旦其含量急劇上升，會將人體正常細胞轉化為惡性癌性細胞，從而導致癌癥的發(fā)生。曾有相關研究證實，IDH基因的突變對染色體拓撲結構存在一定的干擾作用，進而對癌性基因的額外表達起到了促進作用[11]。

1.3IDH-1基因突變與MRI影像特征的關系 目前，臨床上認為基因發(fā)生突變的中間產物，其表達的升高是IDH-1基因發(fā)生突變的結果[12]。而2-HG含量在人體的檢測可通過非侵襲性操作進行，也由此說明了，在臨床上這類方法可被稱為對IDH-1基因突變的非侵襲性研究。人體2-HG含量的檢測主要可通過二維關聯(lián)能譜法(2D correlation spectroscopy, COSY)直接測出，同時COSY利用二次正交化學位移維度解決了在波譜中重疊的各種代謝產物信號，避免了常規(guī)波譜中擬合算法所導致的假陽性結果，從而更有利于通過檢測2-HG來判斷IDH-1基因突變與否，且具有一定的準確性。

神經系統(tǒng)腫瘤首選的影像學檢查方法是MRI，其結構研究表明，一些形態(tài)學特征，如邊界不清、周圍浸潤、彌散受限和增強顯著強化與高級別膠質瘤相關，也間接顯示了與患者預后相關[13]。曾有研究報道，在MRI檢查中解剖成像對不同IDH基因型膠質瘤的生長特點進行了分析[14]。且有研究者發(fā)現，腫瘤病灶的生長位置以及MRI檢查特征所對應的低侵襲性生物行為與IDH-1基因突變惡性腦膠質瘤預后生存的延長有著密切聯(lián)系，故腦膠質瘤的位置和MRI特點是影響惡性腦膠質瘤患者預后生存的重要預測因素，并且腫瘤的位置決定了腫瘤的可切除性[15]。如在常規(guī)MRI檢查中，腫瘤病變主要位于一側的為IDH-1基因突變型腫瘤，經常發(fā)生位置如額葉、小腦或顳葉，而在間腦或腦干上并不多見，甚至極為少見；且對于IDH-1基因突變的惡性膠質瘤病灶單側生長為其好發(fā)傾向，病灶邊緣通常清晰銳利，表現為均勻密度，增強MRI中不會出現明顯強化。而且關于IDH-1基因突變表型在MRI檢查中的表現也有研究報道，額葉、顳葉、島葉區(qū)域為IDH野生型Ⅱ級膠質瘤的好發(fā)部位，且腫塊體積較大，腫瘤在MRI上顯示為浸潤生長方式，故手術切除時要嚴格把控其切除范圍；而IDH-1突變型的病灶好發(fā)于額葉或鄰近腦室下區(qū)[16-17]。由此可見，通過MRI檢查可預測IDH-1基因突變的表達狀態(tài)，由此起到一定的預后預測效果。而且MRI檢查中多平面操作所提供的影像學大數據，可以獲得精準反映組織和病變代謝以及微結構改變的影像學生物標記[18]。如在IDH-1基因突變的惡性腦膠質瘤中，2-HG的含量較IDH-1野生型顯著升高；且突變型腫瘤的血管生產少，增殖速度慢，侵襲程度低；IDH-1基因突變型腫瘤主要通過促使HIF-1α降低，使線粒體對氧的消耗下降和活性氧簇聚集等來改變腫瘤細胞的代謝途徑。經MRI常規(guī)及彌散加權成像、灌注加權成像等多平面聯(lián)合血氧水平依賴成像能夠獲得反映腫瘤2-HG含量、細胞密集度、微血管密度、血管通透性和氧代謝的影像學生物標記，對評估IDH-1的表型具有重要的臨床意義。

2 IDH-1靶向治療及預后

根據以往的研究資料可知，IDH-1基因的突變通過激活HIF-1α途徑以及CpG島甲基化表型而導致惡性膠質瘤的發(fā)生和進展[19]。而關于惡性膠質瘤預后的相關研究發(fā)現，產生IDH-1基因突變的惡性膠質瘤預后生存時間較未突變者長[20]。另有研究也證實了上述結論，發(fā)生IDH-1基因突變的惡性膠質瘤生存時間可達31個月，而未突變者僅為15個月，因此可將IDH-1基因突變作為評估惡性腦膠質瘤患者預后生存的一項有效指標[21]。目前，臨床上關于IDH-1基因突變延長惡性膠質瘤患者生存時間的具體機制尚未明確，仍舊在探討之中，但分析既往大量的研究報告可知，IDH-1基因突變時常伴隨1p19q染色體缺失，而此染色體的存在與膠質瘤患者的治療密切相關，一旦發(fā)生基因突變，惡性膠質瘤患者對化療極其敏感，從而認為可能是IDH-1基因的突變增強了惡性膠質瘤患者對化療的敏感性和效果，由此延長了預后生存時間[22]。但是隨著研究的深入有學者提出，除了增強其化療敏感性外，IDH-1基因的突變能否通過抑制腫瘤細胞的增殖來延緩患者病情進展，進而起到改善預后的效果[23]？Ki-67是目前臨床上被大量研究證實為檢測腫瘤細胞增殖的指標[24]，故如果詳細探討IDH-1基因突變與Ki-67的關系，可能尋到上述問題的答案。

既往的研究也證實，IDH-1在惡性膠質瘤中是廣泛存在的，故IDH-1基因突變在腦膠質瘤的治療中可作為潛在的有效治療靶點[25]。也有相關研究發(fā)現，使用小干擾RNA基因沉默可以提高腦膠質瘤的治療效果[26]。其主要作用機制是通過使用siRNA和小分子抑制劑，抑制α-KG的生成，使得IDH-1基因突變膠質瘤細胞的生長率下降[27]。還有研究發(fā)現，IDH-1基因突變使得α-KG水平降低，進而使HIF信號通路被激活，最終阻礙了腫瘤細胞的生長[28]。所以α-KG衍生物將可以促進治療IDH-1基因突變型膠質瘤藥物的研究。由此可見在膠質瘤的治療方面，IDH-1基因突變能夠提供潛在的治療靶點。還有相關研究證實，IDH-1基因突變與膠質瘤生存期的延長有一定的聯(lián)系，是評估膠質瘤預后的重要指標之一，且已經被國內外研究證實并被Cochrance數據庫引用[29]。

最近有文獻研究表明，IDH-1基因突變在鑒別腦膠質瘤的術后復發(fā)和假性進展方面有重要的臨床意義[30]。假性進展不是腫瘤進一步發(fā)展，主要表現為一系列治療后出現的神經組織反應，尤其是在進行放療、化療后，腫瘤組織出現壞死和血腦屏障被破壞，此時在影像上會表現為不真實的現象[31-32]。具體可表現為下列特征：①假性進展屬于影像學診斷中的一種；②假性進展與腫瘤生長的進展和速度無關，主要與腦膠質瘤的治療反應相關；③假性進展沒有特殊的臨床癥狀體征，基本表現在影像學檢查方面。且有數據發(fā)現，假性進展腦膠質瘤中出現IDH-1基因突變率顯著大于腦膠質瘤復發(fā)者，由此提示，IDH-1基因突變在判斷腦膠質瘤是否出現假性進展方面也較為可靠[33-34]。與此同時，腦膠質瘤的治療還需依靠放療、神經外科、腫瘤科等多種學科的綜合治療，采取個體化綜合治療，優(yōu)化和規(guī)范治療方案，為患者提供精準醫(yī)療，使患者總生存期和無進展生存期得到延長，起到提高患者生存質量的效果。

3 結語

綜上所述，IDH-1基因突變與腦膠質瘤的發(fā)生和進展有著密切聯(lián)系，其中IDH-1基因的表型與腦膠質瘤的預后有著密不可分的關系，IDH-1基因突變型患者的預后更好，故明確IDH-1基因突變對膠質瘤患者預后評估更有意義。而2-HG含量和MRI檢查為目前評估IDH-1基因突變的2種非侵襲性方法，尤其是MRI檢查，通過其呈現的圖像和數據分析技術來判斷影像特征與不同分子表型之間的關系，可對膠質瘤特異性分子變異及生物學行為進行更為深入的分析[35]。總而言之，MRI檢查提供的圖像與數據為腦膠質瘤的影像學研究做出了巨大的貢獻，可為評價IDH-1基因表型提供分子病理學基礎。除此之外，MRI檢查還可通過生物學標記來評價腦膠質瘤中的IDH-1基因表型，從而指導臨床治療方案的制定，對患者的治療及預后均具有良好的指導和評估價值。