异柠檬酸脱氢酶-1基因突变与脑胶质瘤关系的研究进展

李敏龙，姜 萍，罗 敏

胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发肿瘤，具有较高的异质性，其发病率约占中枢神经系统肿瘤的27%左右[1]。在脑胶质瘤中，恶性脑胶质瘤在临床上更为常见，有研究数据表明，约占恶性肿瘤的80%[2]。目前，临床上主要通过WHO分级对脑胶质瘤患者的病情严重程度及预后情况进行评估，分级越高表明患者病情越严重，预后越差，故早期诊断并及时对病情变化进行准确判断是改善患者预后的重要手段，故明确脑胶质瘤的发病机理为首要关注内容[3]。目前，临床上对于脑胶质瘤的发病机理仍在探讨之中，被大家所熟知的是基因的突变和外在大量的电离辐射刺激，而近年来，随着功能影像学研究的不断深入，对脑胶质瘤的研究已经深入到影像基因组学和遗传学方面，尤其是影像基因组方面的研究，可通过影像特征反映脑胶质瘤基因表型的具体情况[4]。通过大量的研究发现，异柠檬酸脱氢酶-1(isocitrate dehydrogenase-1, IDH-1)、06-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶及表皮生长因子受体等一系列基因与胶质瘤的发生和进展有着密切联系[5]。此外也有大量研究证实，通过功能影像学检查表现来探讨脑胶质瘤相关基因突变情况也是可行的，尤其以IDH-1较为显著[6]。本文就通过查阅、分析文献的方式，对近年来脑胶质瘤中IDH-1基因突变与MRI影像关系的研究进展作一综述。

1 IDH-1与脑胶质瘤

1.1IDH-1的概述 三羧酸循环是人体重要的产能过程，由一系列酶促反应构成的循环反应系统，而IDH为三羧酸循环的关键限速酶。该酶主要由普遍存在于人和真核生物中IDH基因编码的蛋白酶，主要借助氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷或氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸作为辅助因子，催化异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸(α-ketoglutarate, α-KG)及CO2，同时分别生成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸或还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。IDH同工酶有3种形式，包括依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的胞质IDH-1、线粒体IDH-2和依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的线粒体IDH-3。IDH-1基因位于染色体2q33.3，定位于细胞质和过氧化物酶体，其突变在胶质瘤中最为常见；IDH-2基因位于染色体15q26.1，定位于细胞线粒体，在胶质瘤中的突变较为少见。而关于IDH-3在目前尚未发现突变，主要以四聚体形式存在，以烟酞胺腺嚷吟二核昔酸为辅酶，所催化的反应是不可逆的，但具有变构调节的特性，是三羧酸循环中的一个关键酶。IDH基因突变是胶质瘤发生过程中的早期事件，由Parsons等[7]于2008年首先报道，主要发生在低级别胶质瘤和继发性胶质母细胞瘤中，且绝大部分为IDH-1或IDH-2基因突变。

1.2IDH-1基因突变与脑胶质瘤发生的关系 IDH-1家族基因突变首次于2006年在转移性结肠癌中被发现[8]。Parsons等[7]利用全组基因测序，在12%的胶质母细胞瘤患者中检出IDH-1精氨酸132(R132)突变；且进一步研究表明，部分胶质瘤可发生IDH基因突变，且与野生型IDH胶质瘤相比，IDH突变的恶性胶质瘤具有较好的预后，故IDH突变与胶质瘤的预后有着密切的关系[9]。有相关研究证实，IDH-1基因突变是恶性脑胶质瘤中最原始的基因突变，即IDH-1基因突变存在于绝大部分的恶变癌性细胞组织中[10]。而对于IDH-1基因的突变与脑胶质瘤的产生原理认为是：IDH-1基因的突变导致IDH与其底物结合的能力显著降低，减弱了其亲和力；另一方面，IDH-1突变后的基因型可与野生型IDH-1进行底物争夺，一旦IDH-1与底物相结合，将会促使IDH-1的活性显著下降，最终在各类生化作用下降低了α-KG的释放，上述生化反应可导致细胞缺氧诱导因子(hypoxiainducible factor, HIF)的稳定活性显著升高，HIF通路是肿瘤细胞生长的关键，故HIF通路的激活大大增加了肿瘤发生的概率，最终导致了脑胶质瘤的产生。且在IDH-1突变后，一系列的生化反应导致α-KG转化为2-羟基戊二酸(2-hydroxyglutamte, 2-HG)，而2-HG在正常体内含量并不高，一旦其含量急剧上升，会将人体正常细胞转化为恶性癌性细胞，从而导致癌症的发生。曾有相关研究证实，IDH基因的突变对染色体拓扑结构存在一定的干扰作用，进而对癌性基因的额外表达起到了促进作用[11]。

1.3IDH-1基因突变与MRI影像特征的关系 目前，临床上认为基因发生突变的中间产物，其表达的升高是IDH-1基因发生突变的结果[12]。而2-HG含量在人体的检测可通过非侵袭性操作进行，也由此说明了，在临床上这类方法可被称为对IDH-1基因突变的非侵袭性研究。人体2-HG含量的检测主要可通过二维关联能谱法(2D correlation spectroscopy, COSY)直接测出，同时COSY利用二次正交化学位移维度解决了在波谱中重叠的各种代谢产物信号，避免了常规波谱中拟合算法所导致的假阳性结果，从而更有利于通过检测2-HG来判断IDH-1基因突变与否，且具有一定的准确性。

神经系统肿瘤首选的影像学检查方法是MRI，其结构研究表明，一些形态学特征，如边界不清、周围浸润、弥散受限和增强显著强化与高级别胶质瘤相关，也间接显示了与患者预后相关[13]。曾有研究报道，在MRI检查中解剖成像对不同IDH基因型胶质瘤的生长特点进行了分析[14]。且有研究者发现，肿瘤病灶的生长位置以及MRI检查特征所对应的低侵袭性生物行为与IDH-1基因突变恶性脑胶质瘤预后生存的延长有着密切联系，故脑胶质瘤的位置和MRI特点是影响恶性脑胶质瘤患者预后生存的重要预测因素，并且肿瘤的位置决定了肿瘤的可切除性[15]。如在常规MRI检查中，肿瘤病变主要位于一侧的为IDH-1基因突变型肿瘤，经常发生位置如额叶、小脑或颞叶，而在间脑或脑干上并不多见，甚至极为少见；且对于IDH-1基因突变的恶性胶质瘤病灶单侧生长为其好发倾向，病灶边缘通常清晰锐利，表现为均匀密度，增强MRI中不会出现明显强化。而且关于IDH-1基因突变表型在MRI检查中的表现也有研究报道，额叶、颞叶、岛叶区域为IDH野生型Ⅱ级胶质瘤的好发部位，且肿块体积较大，肿瘤在MRI上显示为浸润生长方式，故手术切除时要严格把控其切除范围；而IDH-1突变型的病灶好发于额叶或邻近脑室下区[16-17]。由此可见，通过MRI检查可预测IDH-1基因突变的表达状态，由此起到一定的预后预测效果。而且MRI检查中多平面操作所提供的影像学大数据，可以获得精准反映组织和病变代谢以及微结构改变的影像学生物标记[18]。如在IDH-1基因突变的恶性脑胶质瘤中，2-HG的含量较IDH-1野生型显著升高；且突变型肿瘤的血管生产少，增殖速度慢，侵袭程度低；IDH-1基因突变型肿瘤主要通过促使HIF-1α降低，使线粒体对氧的消耗下降和活性氧簇聚集等来改变肿瘤细胞的代谢途径。经MRI常规及弥散加权成像、灌注加权成像等多平面联合血氧水平依赖成像能够获得反映肿瘤2-HG含量、细胞密集度、微血管密度、血管通透性和氧代谢的影像学生物标记，对评估IDH-1的表型具有重要的临床意义。

2 IDH-1靶向治疗及预后

根据以往的研究资料可知，IDH-1基因的突变通过激活HIF-1α途径以及CpG岛甲基化表型而导致恶性胶质瘤的发生和进展[19]。而关于恶性胶质瘤预后的相关研究发现，产生IDH-1基因突变的恶性胶质瘤预后生存时间较未突变者长[20]。另有研究也证实了上述结论，发生IDH-1基因突变的恶性胶质瘤生存时间可达31个月，而未突变者仅为15个月，因此可将IDH-1基因突变作为评估恶性脑胶质瘤患者预后生存的一项有效指标[21]。目前，临床上关于IDH-1基因突变延长恶性胶质瘤患者生存时间的具体机制尚未明确，仍旧在探讨之中，但分析既往大量的研究报告可知，IDH-1基因突变时常伴随1p19q染色体缺失，而此染色体的存在与胶质瘤患者的治疗密切相关，一旦发生基因突变，恶性胶质瘤患者对化疗极其敏感，从而认为可能是IDH-1基因的突变增强了恶性胶质瘤患者对化疗的敏感性和效果，由此延长了预后生存时间[22]。但是随着研究的深入有学者提出，除了增强其化疗敏感性外，IDH-1基因的突变能否通过抑制肿瘤细胞的增殖来延缓患者病情进展，进而起到改善预后的效果[23]？Ki-67是目前临床上被大量研究证实为检测肿瘤细胞增殖的指标[24]，故如果详细探讨IDH-1基因突变与Ki-67的关系，可能寻到上述问题的答案。

既往的研究也证实，IDH-1在恶性胶质瘤中是广泛存在的，故IDH-1基因突变在脑胶质瘤的治疗中可作为潜在的有效治疗靶点[25]。也有相关研究发现，使用小干扰RNA基因沉默可以提高脑胶质瘤的治疗效果[26]。其主要作用机制是通过使用siRNA和小分子抑制剂，抑制α-KG的生成，使得IDH-1基因突变胶质瘤细胞的生长率下降[27]。还有研究发现，IDH-1基因突变使得α-KG水平降低，进而使HIF信号通路被激活，最终阻碍了肿瘤细胞的生长[28]。所以α-KG衍生物将可以促进治疗IDH-1基因突变型胶质瘤药物的研究。由此可见在胶质瘤的治疗方面，IDH-1基因突变能够提供潜在的治疗靶点。还有相关研究证实，IDH-1基因突变与胶质瘤生存期的延长有一定的联系，是评估胶质瘤预后的重要指标之一，且已经被国内外研究证实并被Cochrance数据库引用[29]。

最近有文献研究表明，IDH-1基因突变在鉴别脑胶质瘤的术后复发和假性进展方面有重要的临床意义[30]。假性进展不是肿瘤进一步发展，主要表现为一系列治疗后出现的神经组织反应，尤其是在进行放疗、化疗后，肿瘤组织出现坏死和血脑屏障被破坏，此时在影像上会表现为不真实的现象[31-32]。具体可表现为下列特征：①假性进展属于影像学诊断中的一种；②假性进展与肿瘤生长的进展和速度无关，主要与脑胶质瘤的治疗反应相关；③假性进展没有特殊的临床症状体征，基本表现在影像学检查方面。且有数据发现，假性进展脑胶质瘤中出现IDH-1基因突变率显著大于脑胶质瘤复发者，由此提示，IDH-1基因突变在判断脑胶质瘤是否出现假性进展方面也较为可靠[33-34]。与此同时，脑胶质瘤的治疗还需依靠放疗、神经外科、肿瘤科等多种学科的综合治疗，采取个体化综合治疗，优化和规范治疗方案，为患者提供精准医疗，使患者总生存期和无进展生存期得到延长，起到提高患者生存质量的效果。

3 结语

综上所述，IDH-1基因突变与脑胶质瘤的发生和进展有着密切联系，其中IDH-1基因的表型与脑胶质瘤的预后有着密不可分的关系，IDH-1基因突变型患者的预后更好，故明确IDH-1基因突变对胶质瘤患者预后评估更有意义。而2-HG含量和MRI检查为目前评估IDH-1基因突变的2种非侵袭性方法，尤其是MRI检查，通过其呈现的图像和数据分析技术来判断影像特征与不同分子表型之间的关系，可对胶质瘤特异性分子变异及生物学行为进行更为深入的分析[35]。总而言之，MRI检查提供的图像与数据为脑胶质瘤的影像学研究做出了巨大的贡献，可为评价IDH-1基因表型提供分子病理学基础。除此之外，MRI检查还可通过生物学标记来评价脑胶质瘤中的IDH-1基因表型，从而指导临床治疗方案的制定，对患者的治疗及预后均具有良好的指导和评估价值。