IDH突變膠質(zhì)母細(xì)胞瘤研究進(jìn)展

李思博 譚 晶 張麗娜

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

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)是世界衛(wèi)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(biāo)準(zhǔn)治療方法是最大限度腫瘤切除手術(shù)、替莫唑胺(TMZ)和放療(RT)的聯(lián)合應(yīng)用，但也只能夠短暫增加患者的生存期。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，IDH突變作為一個獨(dú)立分類的標(biāo)準(zhǔn)，具有獨(dú)特的CpG島高甲基化特征(G-CIMP)[2]，與患者更好的預(yù)后相關(guān)[3]，中位生存期為3.6年[4]。盡管IDH野生型和IDH突變膠質(zhì)母細(xì)胞瘤具有相似的組織學(xué)特征，但在生物學(xué)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(huán)中將異檸檬酸轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸，在膠質(zhì)瘤母細(xì)胞瘤的發(fā)生中，編碼IDH1/2的基因突變導(dǎo)致酶活性的改變，將α-酮戊二酸轉(zhuǎn)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(yīng)，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(chǎn)物5-羥甲基胞嘧啶發(fā)生減少，并且與癌癥發(fā)生關(guān)系密切[8，9]。

對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤表觀遺傳修飾和生物化學(xué)特性的深入了解，將有助于我們發(fā)現(xiàn)潛在的治療弱點(diǎn)，制定特異性治療策略，從而改善患者的預(yù)后。

1 TET蛋白

腫瘤干細(xì)胞具有自我更新能力，維持腫瘤細(xì)胞的增殖和細(xì)胞異質(zhì)性，通過對腫瘤干細(xì)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(zhì)母細(xì)胞瘤來源異種移植進(jìn)行表觀基因組分析發(fā)現(xiàn)，TET2蛋白在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，并且與細(xì)胞增殖和DNA損傷反應(yīng)相關(guān)，通過敲除TET2，發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞對博萊霉素的敏感性上調(diào)。在膠質(zhì)瘤母細(xì)胞瘤細(xì)胞中TET2蛋白表達(dá)降低，卻在腫瘤干細(xì)胞中表達(dá)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(zhì)性過程中起到重要作用。靶向TET2蛋白調(diào)控腫瘤細(xì)胞的化療敏感性可能成為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤一個潛在的治療靶點(diǎn)。

先前的研究表明敲除TET3使神經(jīng)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(jīng)祖細(xì)胞的自我更新，增加了腫瘤發(fā)生的潛能。Carella A等[12]在免疫缺陷小鼠模型中增強(qiáng)了TET3的表達(dá)，部分逆轉(zhuǎn)了膠質(zhì)母細(xì)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(zhì)母細(xì)胞瘤模型中，恢復(fù)TET3的表達(dá)增強(qiáng)了細(xì)胞的分化能力[12]。

上述研究結(jié)果表明TET蛋白家族在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤存在不同的作用。通過靶向調(diào)控TET蛋白家族成員，以不同的機(jī)制影響膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的發(fā)展，可能會成為一個潛在的治療弱點(diǎn)。

2 5-羥甲基胞嘧啶

腦組織中5-羥甲基胞嘧啶的水平遠(yuǎn)高于其他組織，提示DNA羥甲基化修飾在神經(jīng)系統(tǒng)中的潛在作用[13]。近期一項研究，Kraus T F等[14]對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中5-甲基胞嘧啶和5-羥甲基胞嘧啶全基因組水平進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)一種發(fā)生于增強(qiáng)子和轉(zhuǎn)錄區(qū)域的非典型異常高甲基化模式，這些位點(diǎn)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(xiàn)為5-羥甲基胞嘧啶缺失、CpG島富集基因啟動子相關(guān)，標(biāo)記H3K4me2。表明了膠質(zhì)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(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)。DNA的甲基化/羥甲基化修飾通常與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)[15]，IDH1/2突變導(dǎo)致膠質(zhì)母細(xì)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(dá)介導(dǎo)了5-羥甲基胞嘧啶生成減少，然而近期一項實驗發(fā)現(xiàn)IDH突變型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤較IDH野生型表現(xiàn)出更高水平的5-羥甲基胞嘧啶[17]。關(guān)于IDH突變與5-羥甲基胞嘧啶之間的相關(guān)性并沒有達(dá)成一致的見解[18，14]。Glowacka W. K等17使用定量位點(diǎn)特異性方法分析IDH1突變膠質(zhì)母細(xì)胞瘤5-羥甲基胞嘧啶水平，發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤發(fā)病機(jī)制相關(guān)的增強(qiáng)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(zhì)瘤CpG島高甲基化特征的形成。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中5-甲基胞嘧和5-羥甲基胞嘧啶水平以及膠質(zhì)瘤CpG島高甲基化特征與患者更好的預(yù)后相關(guān)[3]。盡管5-羥甲基胞嘧啶參與基因組轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制并不完全清楚，但上述研究表明膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中5-羥甲基胞嘧啶是一個有潛力的調(diào)控靶點(diǎn)，相信對于5-羥甲基胞嘧啶的進(jìn)一步研究，可以更加深入的了解膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的分子生物學(xué)特性，從而開發(fā)潛在的治療弱點(diǎn)，制定具有特異性的靶向治療策略。

3 膠質(zhì)瘤代謝

癌癥基因突變改變了膠質(zhì)瘤的代謝環(huán)境，使得腫瘤細(xì)胞得以生長和增殖[19]，通過對這種癌癥生物學(xué)特性的深入研究和代謝途徑的開發(fā)為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤治療提供了全新的觀點(diǎn)。McBrayer S. K等[20]發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤中IDH1 R132H突變抑制了支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶BCAT的活性，減少了谷氨酸的生成，使得膠質(zhì)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(qiáng)IDH1 R132H突變膠質(zhì)瘤的氧化應(yīng)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(qiáng)DNA損傷反應(yīng)[21]，降低了放療的敏感性。IDH突變膠質(zhì)母細(xì)胞瘤遺傳背景和基因之間的相互作用是十分復(fù)雜的。

關(guān)于異檸檬酸脫氫酶的致癌突變研究主要集中在IDH1/2，關(guān)于IDH3的報導(dǎo)并不多。May J.L等[22]發(fā)現(xiàn)IDH3亞基IDH3α在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中高表達(dá)，并且促進(jìn)異種移植小鼠膠質(zhì)母細(xì)胞瘤發(fā)育，并且觀察到IDH3α與胞質(zhì)絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶的結(jié)合，增強(qiáng)了核苷酸的利用率。與IDH1/2不同，IDH3α促進(jìn)了病程進(jìn)展，增強(qiáng)了膠質(zhì)母細(xì)胞瘤代謝的效率，昭示著不良的預(yù)后。敲除IDH3α發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤三羧酸循環(huán)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(qiáng)蛋氨酸循環(huán)誘導(dǎo)DNA高甲基化，使相關(guān)癌基因轉(zhuǎn)錄受到抑制，減少了腫瘤細(xì)胞的增殖[22]。

IDH基因致癌突變的分子機(jī)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(huán)境和基因協(xié)同效應(yīng)之間的相互作用十分復(fù)雜，具有非常高的研究價值和治療潛能。

4 挑戰(zhàn)與展望

在IDH突變膠質(zhì)母細(xì)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(dá)，進(jìn)一步的降低DNA羥甲基化的水平[12]。這種DNA的異常模式被認(rèn)為是由于IDH1/2突變抑制了TET蛋白導(dǎo)致的[16]。但在TET蛋白正常表達(dá)的腫瘤中也表現(xiàn)為DNA羥甲基化的缺失[23]，提示可能存在其他調(diào)控機(jī)制。TET3的缺失可能在腫瘤發(fā)生之前就已經(jīng)出現(xiàn)了，低水平的TET3使細(xì)胞分化受到阻滯，增加了細(xì)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(jìn)一步研究，可能有助于了解膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中復(fù)雜的分子機(jī)制。

膠質(zhì)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(dǎo)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(zhì)瘤中5-羥甲基胞嘧啶的缺失呈現(xiàn)了一種獨(dú)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(dá)增強(qiáng)具有很強(qiáng)的相關(guān)性[17]，讓人聯(lián)想到這種獨(dú)特的甲基化模式對于基因過表達(dá)的影響。IDH突變與5-羥甲基胞嘧啶的關(guān)聯(lián)還存在爭議，但是在IDH突變膠質(zhì)母細(xì)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(diào)控機(jī)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(zhì)瘤母細(xì)胞表觀基因組和生物學(xué)特性的影響是極為廣泛的，盡管膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是無法治愈的惡性腫瘤，但在膠質(zhì)瘤中IDH突變相較于IDH野生型表現(xiàn)出較好的預(yù)后[4]，仍然需要更多的研究來探索其中潛在的機(jī)制，通過靶向放大這種良性影響，有望改善患者的預(yù)后。