IDH突变胶质母细胞瘤研究进展

李思博 谭 晶 张丽娜

(1. 佳木斯大学附属第一医院，佳木斯 黑龙江 154007； 2. 大庆油田总医院，大庆 黑龙江 163411)

胶质母细胞瘤(GBM)是世界卫生组织分类为Ⅳ级高度恶性的脑肿瘤，中位生存期小于两年[1]。目前标准治疗方法是最大限度肿瘤切除手术、替莫唑胺(TMZ)和放疗(RT)的联合应用，但也只能够短暂增加患者的生存期。在胶质母细胞瘤中，IDH突变作为一个独立分类的标准，具有独特的CpG岛高甲基化特征(G-CIMP)[2]，与患者更好的预后相关[3]，中位生存期为3.6年[4]。尽管IDH野生型和IDH突变胶质母细胞瘤具有相似的组织学特征，但在生物学特性上被视为两个不同的实体[5]。

异柠檬酸脱氢酶(IDH)在三羧酸循环中将异柠檬酸转化为α-酮戊二酸，在胶质瘤母细胞瘤的发生中，编码IDH1/2的基因突变导致酶活性的改变，将α-酮戊二酸转化为D-α-羟基戊二酸，通过竞争性抑制减少α-酮戊二酸的生成[6]。TET蛋白家族是一种依赖于α-酮戊二酸的双加氧酶，催化表观遗传甲基化修饰5-甲基胞嘧啶的去甲基化反应，生成5-羟甲基胞嘧啶[7]。研究表明，在多种癌症中DNA去甲基化的中间产物5-羟甲基胞嘧啶发生减少，并且与癌症发生关系密切[8，9]。

对胶质母细胞瘤表观遗传修饰和生物化学特性的深入了解，将有助于我们发现潜在的治疗弱点，制定特异性治疗策略，从而改善患者的预后。

1 TET蛋白

肿瘤干细胞具有自我更新能力，维持肿瘤细胞的增殖和细胞异质性，通过对肿瘤干细胞的深入研究，可以追溯到肿瘤的起源。Zhou D等[10]通过对人胶质母细胞瘤来源异种移植进行表观基因组分析发现，TET2蛋白在胶质瘤干细胞中表达上调，并且与细胞增殖和DNA损伤反应相关，通过敲除TET2，发现胶质瘤干细胞对博莱霉素的敏感性上调。在胶质瘤母细胞瘤细胞中TET2蛋白表达降低，却在肿瘤干细胞中表达增加，暗示TET2蛋白可能在参与维持肿瘤低分化表型和肿瘤异质性过程中起到重要作用。靶向TET2蛋白调控肿瘤细胞的化疗敏感性可能成为胶质母细胞瘤一个潜在的治疗靶点。

先前的研究表明敲除TET3使神经元分化的过程受到抑制[11]，暗示TET3水平的破坏可能增加神经祖细胞的自我更新，增加了肿瘤发生的潜能。Carella A等[12]在免疫缺陷小鼠模型中增强了TET3的表达，部分逆转了胶质母细胞瘤中的DNA羟甲基化的缺失，降低了异种移植小鼠脑肿瘤的形成。并且在胶质母细胞瘤模型中，恢复TET3的表达增强了细胞的分化能力[12]。

上述研究结果表明TET蛋白家族在胶质母细胞瘤存在不同的作用。通过靶向调控TET蛋白家族成员，以不同的机制影响胶质母细胞瘤的发展，可能会成为一个潜在的治疗弱点。

2 5-羟甲基胞嘧啶

脑组织中5-羟甲基胞嘧啶的水平远高于其他组织，提示DNA羟甲基化修饰在神经系统中的潜在作用[13]。近期一项研究，Kraus T F等[14]对胶质母细胞瘤中5-甲基胞嘧啶和5-羟甲基胞嘧啶全基因组水平进行分析，发现一种发生于增强子和转录区域的非典型异常高甲基化模式，这些位点通常由5-羟甲基胞嘧啶修饰；这种非典型异常高甲基化模式表现为5-羟甲基胞嘧啶缺失、CpG岛富集基因启动子相关，标记H3K4me2。表明了胶质瘤依赖于5-羟甲基胞嘧啶的异常甲基化模式，可能通过表观遗传修饰变化参与调控相关基因的表达。DNA的甲基化/羟甲基化修饰通常与转录抑制相关[15]，IDH1/2突变导致胶质母细胞瘤基因组DNA的整体高甲基化模式和DNA羟甲基化的缺失[16]。

IDH1/2突变抑制TET蛋白表达介导了5-羟甲基胞嘧啶生成减少，然而近期一项实验发现IDH突变型胶质母细胞瘤较IDH野生型表现出更高水平的5-羟甲基胞嘧啶[17]。关于IDH突变与5-羟甲基胞嘧啶之间的相关性并没有达成一致的见解[18，14]。Glowacka W. K等17使用定量位点特异性方法分析IDH1突变胶质母细胞瘤5-羟甲基胞嘧啶水平，发现胶质瘤发病机制相关的增强子处具有更高水平的5-羟甲基胞嘧啶，并且5-羟甲基胞嘧啶参与了胶质瘤CpG岛高甲基化特征的形成。在胶质母细胞瘤中5-甲基胞嘧和5-羟甲基胞嘧啶水平以及胶质瘤CpG岛高甲基化特征与患者更好的预后相关[3]。尽管5-羟甲基胞嘧啶参与基因组转录的分子机制并不完全清楚，但上述研究表明胶质母细胞瘤中5-羟甲基胞嘧啶是一个有潜力的调控靶点，相信对于5-羟甲基胞嘧啶的进一步研究，可以更加深入的了解胶质母细胞瘤的分子生物学特性，从而开发潜在的治疗弱点，制定具有特异性的靶向治疗策略。

3 胶质瘤代谢

癌症基因突变改变了胶质瘤的代谢环境，使得肿瘤细胞得以生长和增殖[19]，通过对这种癌症生物学特性的深入研究和代谢途径的开发为胶质母细胞瘤治疗提供了全新的观点。McBrayer S. K等[20]发现胶质瘤中IDH1 R132H突变抑制了支链氨基酸转氨酶BCAT的活性，减少了谷氨酸的生成，使得胶质瘤谷氨酸代谢更依赖谷氨酰胺酶；靶向拟制谷氨酰胺酶可以抑制增强IDH1 R132H突变胶质瘤的氧化应激，从而提升放疗的敏感性。然而在TP53和ATRX基因突变的情况下，IDH1 R132H突变可以通过ATM通路增强DNA损伤反应[21]，降低了放疗的敏感性。IDH突变胶质母细胞瘤遗传背景和基因之间的相互作用是十分复杂的。

关于异柠檬酸脱氢酶的致癌突变研究主要集中在IDH1/2，关于IDH3的报导并不多。May J.L等[22]发现IDH3亚基IDH3α在胶质母细胞瘤中高表达，并且促进异种移植小鼠胶质母细胞瘤发育，并且观察到IDH3α与胞质丝氨酸羟甲基转移酶的结合，增强了核苷酸的利用率。与IDH1/2不同，IDH3α促进了病程进展，增强了胶质母细胞瘤代谢的效率，昭示着不良的预后。敲除IDH3α发现胶质母细胞瘤三羧酸循环和氧化磷酸化受到抑制，降低了肿瘤代谢的效率；并且通过增强蛋氨酸循环诱导DNA高甲基化，使相关癌基因转录受到抑制，减少了肿瘤细胞的增殖[22]。

IDH基因致癌突变的分子机制并不是完全清楚，其家族成员的功能和定位存在一定的差异，IDH家族对于肿瘤微环境和基因协同效应之间的相互作用十分复杂，具有非常高的研究价值和治疗潜能。

4 挑战与展望

在IDH突变胶质母细胞瘤中，DNA的高甲基化模式和DNA羟甲基化的缺失会降低TET3蛋白的表达，进一步的降低DNA羟甲基化的水平[12]。这种DNA的异常模式被认为是由于IDH1/2突变抑制了TET蛋白导致的[16]。但在TET蛋白正常表达的肿瘤中也表现为DNA羟甲基化的缺失[23]，提示可能存在其他调控机制。TET3的缺失可能在肿瘤发生之前就已经出现了，低水平的TET3使细胞分化受到阻滞，增加了细胞永生化的潜能。TET蛋白家族在肿瘤中遗传背景并不是很明确，通过对TET家族蛋白的进一步研究，可能有助于了解胶质母细胞瘤中复杂的分子机制。

胶质瘤中异常甲基化模式被归因于5-甲基胞嘧啶的分布异常所导致的，随着5-羟甲基胞嘧啶研究的开展，5-羟甲基胞嘧啶水平对于表观基因组的影响逐渐被揭开。在胶质瘤中5-羟甲基胞嘧啶的缺失呈现了一种独特的甲基化模式[14]，并且5-羟甲基胞嘧啶的水平与基因表达增强具有很强的相关性[17]，让人联想到这种独特的甲基化模式对于基因过表达的影响。IDH突变与5-羟甲基胞嘧啶的关联还存在争议，但是在IDH突变胶质母细胞瘤中观察到有悖于IDH功能的高5-羟甲基胞嘧啶水平，这其中潜在的调控机制可能超过TET蛋白对于5-羟甲基胞嘧啶的影响。

IDH突变对于胶质瘤母细胞表观基因组和生物学特性的影响是极为广泛的，尽管胶质母细胞瘤是无法治愈的恶性肿瘤，但在胶质瘤中IDH突变相较于IDH野生型表现出较好的预后[4]，仍然需要更多的研究来探索其中潜在的机制，通过靶向放大这种良性影响，有望改善患者的预后。