IDH1基因突變和免疫炎癥反應(yīng)與膠質(zhì)瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

周慧東，陳勝利

(1.山西醫(yī)科大學(xué)，太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院神經(jīng)外科，太原 030001)

腫瘤已成為目前社會(huì)普遍關(guān)注的公共衛(wèi)生問(wèn)題，嚴(yán)重威脅人類的生命健康。近年來(lái)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病率逐年上升，尤其是神經(jīng)膠質(zhì)瘤[1]。約75%的神經(jīng)膠質(zhì)瘤起源于神經(jīng)上皮組織，病理上以星形細(xì)胞瘤最為常見(jiàn)，膠質(zhì)瘤占中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的40%～50%[2]。流行病學(xué)調(diào)查顯示，我國(guó)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的年發(fā)病率為(5～8)/10萬(wàn)，5年病死率僅次于肺癌[3]。目前神經(jīng)膠質(zhì)瘤的發(fā)病機(jī)制尚不完全明確，多數(shù)研究認(rèn)為可能與患者長(zhǎng)期暴露于電離輻射或基因突變遺傳有關(guān)[4-7]。2008年，Parsons等[8]在腦膠質(zhì)瘤患者中首次發(fā)現(xiàn)了異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase，IDH)1基因突變。此后許多學(xué)者對(duì)IDH1基因突變與膠質(zhì)瘤的關(guān)系進(jìn)行了更深入的研究，發(fā)現(xiàn)IDH1基因突變與腫瘤患者的預(yù)后存在一定關(guān)系[9-12]。除基因遺傳因素外，炎癥微環(huán)境作為腫瘤環(huán)境的一部分也與腫瘤的發(fā)生存在密切關(guān)系，其中腫瘤局部和血液循環(huán)中的炎癥細(xì)胞因子在腫瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移等過(guò)程中可能發(fā)揮重要作用[13]。有研究表明，免疫炎癥反應(yīng)參與了神經(jīng)膠質(zhì)瘤的形成過(guò)程[14]。因此，研究膠質(zhì)瘤發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制對(duì)于臨床研發(fā)新的治療手段具有重要意義?，F(xiàn)就IDH1基因突變和免疫炎癥反應(yīng)與膠質(zhì)瘤關(guān)系的研究進(jìn)展予以綜述。

1 IDH1基因突變與膠質(zhì)瘤

IDH作為人體一大類酶家族之一，對(duì)人體物質(zhì)代謝、維生素及氨基酸的合成均具有重要作用。其中IDH普遍存在于生物體內(nèi)能量代謝途徑的三羧酸循環(huán)中，可促進(jìn)α酮戊二酸和二氧化碳的生成，是細(xì)胞新陳代謝的材料和能量來(lái)源，同時(shí)IDH亦在腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖中發(fā)揮重要作用[15]。

1.1IDH的功能 IDH有3種同工異構(gòu)酶，即IDH1、IDH2和IDH3，其中IDH1和IDH2為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide pho-sophate，NADP)依賴型二聚體酶，分別催化異檸檬酸還原型NADP(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate hydrogen，NADPH)生成α酮戊二酸和二氧化碳，這種催化反應(yīng)具有可逆性；IDH3為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴型四聚體酶，其所催化的生物反應(yīng)與IDH1具有一定的相似性，但I(xiàn)DH3作為三羧酸循環(huán)中的限速酶所催化的氧化脫羧反應(yīng)具有不可逆性[16]。IDH1、IDH2和IDH3在生物催化過(guò)程中所催化的反應(yīng)雖然有一部分重疊，但各自發(fā)揮著不同的生理功能。且三者在細(xì)胞內(nèi)的分布也有差異，IDH1一般存在于細(xì)胞質(zhì)及過(guò)氧化物酶體，其所催化生成的α酮戊二酸和NADPH是維持細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核雙加氧酶活性以及脂質(zhì)物質(zhì)合成的物質(zhì)基礎(chǔ)，并在保護(hù)細(xì)胞免受免疫應(yīng)激和放射性損害中發(fā)揮重要作用[17]；IDH2和IDH3主要存在于細(xì)胞內(nèi)的線粒體基質(zhì)，IDH2的功能主要是保障在細(xì)胞缺氧條件下維持細(xì)胞能量物質(zhì)的生成和細(xì)胞增殖，IDH3則作為線粒體三羧酸循環(huán)中的關(guān)鍵酶參與細(xì)胞能量代謝[18-19]。

1.2IDH1基因突變后功能改變 IDH1基因發(fā)生變異的位置主要為第132位精氨酸殘基，突變類型包括R132H、R132C、R132L、R132S和R1321G，其中以R132H突變最為常見(jiàn)，約占88%[20]。目前在IDH亞型中尚未發(fā)現(xiàn)IDH3基因突變，而IDH1和IDH2基因突變報(bào)道較多，但兩者很少同時(shí)發(fā)生，因此有學(xué)者認(rèn)為IDH1和IDH2基因突變可能存在相互排斥現(xiàn)象[21]。隨著對(duì)IDH1基因突變研究的深入，近年來(lái)其成為腫瘤發(fā)生機(jī)制的研究熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，IDH1基因突變通過(guò)抑制正常的IDH1將異檸檬酸轉(zhuǎn)化為α酮戊二酸而起到負(fù)性調(diào)節(jié)作用，其抑制IDH1活性的機(jī)制可能與形成無(wú)催化活性的二聚體、降低酶對(duì)底物的親和力有關(guān)[22-23]。此外，Sulkowski等[24]研究發(fā)現(xiàn)，IDH1 R132H基因突變導(dǎo)致NADPH被氧化為NADP+，從而產(chǎn)生大量的2-羥基戊酸，而2-羥基戊酸與膠質(zhì)瘤的發(fā)病存在密切關(guān)系。Gross等[25]研究發(fā)現(xiàn)，與IDH1基因野生型患者相比，發(fā)生IDH1基因突變的膠質(zhì)瘤患者體內(nèi)2-羥基戊酸水平升高。

1.3IDH1基因突變?cè)诓煌?jí)別膠質(zhì)瘤中的分布特點(diǎn) 世界衛(wèi)生組織于2016年對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的組織病理學(xué)和臨床標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了重新定義，將其分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)：Ⅰ級(jí)為神經(jīng)膠質(zhì)瘤；Ⅱ級(jí)為彌漫性星形細(xì)胞瘤、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤和少突-星形細(xì)胞瘤；Ⅲ級(jí)為漸變性星形細(xì)胞瘤、漸變性少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤和漸變性星形-少突細(xì)胞瘤；Ⅳ級(jí)為原發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和繼發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤[26]。

Balss等[27]對(duì)IDH1基因突變?cè)诓煌?jí)別膠質(zhì)瘤中的分布特點(diǎn)進(jìn)行了研究，該研究納入包含不同神經(jīng)膠質(zhì)瘤病理分級(jí)的685例患者，結(jié)果顯示，IDH1基因突變患者共221例，其中以繼發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤發(fā)生率最高(88%)，其次為少突-星形細(xì)胞瘤(78%)、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤(69%)和彌漫性星形細(xì)胞瘤(68%)，而原發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤發(fā)生率極低，且在毛細(xì)胞性星形細(xì)胞瘤中未檢測(cè)到IDH1或IDH2基因突變。與上述研究類似，De Carli等[28]對(duì)445例中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤和494例非中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，IDH1基因突變主要分布于世界衛(wèi)生組織分級(jí)Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)星形細(xì)胞瘤、少突神經(jīng)膠質(zhì)瘤以及繼發(fā)性角質(zhì)母細(xì)胞瘤中，而在毛細(xì)胞性星形細(xì)胞瘤中幾乎未發(fā)現(xiàn)IDH1基因突變。

在不同級(jí)別的膠質(zhì)瘤中，IDH1基因突變主要有以下特點(diǎn)：①超過(guò)60%的IDH1基因突變主要發(fā)生于低級(jí)別的膠質(zhì)瘤或繼發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，在原發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中發(fā)生率極低，在毛細(xì)胞性星形細(xì)胞瘤中未發(fā)現(xiàn)IDH1基因突變[29]，說(shuō)明原發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的發(fā)生機(jī)制可能與低級(jí)別膠質(zhì)瘤不同，因此當(dāng)?shù)图?jí)別星形細(xì)胞瘤的組織病理學(xué)診斷不明確時(shí)，可通過(guò)IDH1基因突變情況對(duì)彌漫性星形細(xì)胞瘤和毛細(xì)胞瘤進(jìn)行鑒別診斷；②目前尚未發(fā)現(xiàn)IDH3基因突變，而IDH1基因突變頻率顯著高于IDH2，且IDH1和IDH2多以雜合性突變?yōu)橹鱗30]；③IDH1/IDH2基因突變均為氨基酸的突變類型，且均為錯(cuò)義突變[31]；④伴IDH1/IDH2基因突變的腦膠質(zhì)瘤患者預(yù)后顯著優(yōu)于不伴IDH1/IDH2基因突變的患者[32]。

1.4IDH1基因突變介導(dǎo)膠質(zhì)瘤形成的機(jī)制 IDH1基因突變?cè)谀[瘤晚期發(fā)揮重要作用，同時(shí)也是膠質(zhì)瘤不斷惡化進(jìn)展中的重要突變事件[33]。然而有研究表明，IDH基因突變可能在疾病早期即已存在，因?yàn)樵诓糠帜z質(zhì)母細(xì)胞瘤患者中觀察到IDH1基因突變常由低級(jí)別膠質(zhì)瘤發(fā)展而來(lái)[34]。IDH1基因突變與膠質(zhì)瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系非常密切，但具體機(jī)制目前尚不明確。

1.4.1缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia induced factor，HIF)信號(hào)通路學(xué)說(shuō) IDH1/α酮戊二酸/HIF-1α信號(hào)通路與腫瘤形成密切相關(guān)，已得到普遍認(rèn)可[35]。早期研究認(rèn)為，R132單一位點(diǎn)突變是IDH1唯一的突變類型，其突變可導(dǎo)致IDH活性降低[36]。隨著對(duì)IDH研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)α酮戊二酸除了參與三羧酸循環(huán)物質(zhì)代謝外，還參與調(diào)控脯氨酰羥化酶活性，從而影響HIF-1α的降解，而HIF-1α在低氧環(huán)境下腫瘤的基因表達(dá)調(diào)控(如癌細(xì)胞能量代謝、腫瘤血管生成以及侵襲性)中發(fā)揮重要作用，因此α酮戊二酸水平下降誘發(fā)的脯氨酰羥化酶活性降低和HIF-1α暴露水平增加均可誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生[37-39]。也有部分學(xué)者采用基因陣列技術(shù)、免疫組織化學(xué)法以及正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對(duì)膠質(zhì)瘤患者的HIF-1α進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)HIF-1α水平顯著升高，因此認(rèn)為膠質(zhì)瘤的形成不能完全用IDH1基因突變這一機(jī)制解釋[40-42]。

1.4.2IDH1基因突變后通過(guò)產(chǎn)生2-羥基戊二酸介導(dǎo)的致癌機(jī)制 IDH1基因突變后α酮戊二酸水平顯著降低，其中大部分轉(zhuǎn)化為2-羥基戊二酸，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能與突變引起的自身酶活性的改變有關(guān)，主要為α酮戊二酸被NADPH催化生成2-羥基戊二酸和NADP+[43]。Li等[44]研究發(fā)現(xiàn)，與野生型IDH基因相比，存在IDH1基因突變的腦膠質(zhì)瘤患者體內(nèi)有2-羥基戊二酸蓄積，說(shuō)明2-羥基戊二酸可能是腫瘤基因的代謝產(chǎn)物[45]。高水平2-羥基戊二酸介導(dǎo)的致癌機(jī)制目前尚不完全明確，可能與組蛋白去甲基化酶、TATA結(jié)合蛋白相關(guān)因子等酶活性被2-羥基戊二酸抑制導(dǎo)致細(xì)胞表觀遺傳學(xué)改變有關(guān)[46]。

在臨床實(shí)踐中，已發(fā)現(xiàn)多種腦膠質(zhì)瘤的分子生物學(xué)標(biāo)志物可用于指導(dǎo)臨床治療和預(yù)后的判斷。有研究證實(shí)，與IDH1基因野生型患者相比，伴IDH1基因突變膠質(zhì)瘤患者的生存期顯著延長(zhǎng)[47]，但能否將IDH1基因突變作為預(yù)測(cè)患者治療反應(yīng)的獨(dú)立生物學(xué)指標(biāo)目前尚不清楚，仍需進(jìn)一步大規(guī)模的臨床研究加以證實(shí)。

1.5IDH1基因突變與膠質(zhì)瘤預(yù)后的關(guān)系 臨床中，由于IDH1在不同腦膠質(zhì)瘤病理類型中的分布存在顯著差異，當(dāng)病理學(xué)形態(tài)診斷困難時(shí)，可以將IDH1基因突變類型用于腦膠質(zhì)瘤患者的輔助診斷。一般情況下，IDH1基因突變的患者在行放化療后可獲得較滿意的療效，而IDH1基因野生型患者可能對(duì)替莫唑胺耐藥，通過(guò)放化療獲益較少。有研究證實(shí)，與IDH1基因野生型相比，存在IDH1基因突變的患者總體生存期及無(wú)進(jìn)展生存期均顯著延長(zhǎng)[48-49]。IDH1基因突變多發(fā)生于年輕患者，且無(wú)論病理類型及惡性程度如何，預(yù)后均較好，主要機(jī)制可能為：①IDH1基因突變導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖能力降低，使腫瘤細(xì)胞阻滯于G1期，阻滯細(xì)胞周期的進(jìn)展，這可能與IDH1基因突變阻礙有絲分裂紡錘體的形成有關(guān)；②IDH1基因突變可誘導(dǎo)多個(gè)信號(hào)通路激活，導(dǎo)致糖酵解關(guān)鍵酶——乳酸脫氫酶A表達(dá)下調(diào)，抑制腫瘤細(xì)胞糖酵解，減弱其能量代謝過(guò)程；③IDH1基因突變可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧類產(chǎn)生更多，繼發(fā)性引起腫瘤細(xì)胞發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化，導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷[50]。

可見(jiàn)，IDH1基因突變與患者預(yù)后關(guān)系密切。隨著分子生物學(xué)的不斷發(fā)展，IDH1基因突變很有可能成為臨床評(píng)估膠質(zhì)瘤患者預(yù)后的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。但目前適用于臨床快速、大樣本量的IDH1基因突變檢測(cè)手段相對(duì)有限。雖然目前已在臨床推廣使用針對(duì)IDH1 R123H的單克隆抗體，但靈敏度更高、特異性更強(qiáng)、操作相對(duì)簡(jiǎn)便且價(jià)格低廉的檢測(cè)方法仍有待研究。

2 免疫炎癥反應(yīng)與膠質(zhì)瘤

免疫炎癥反應(yīng)在腫瘤細(xì)胞的發(fā)生、增殖以及腫瘤組織內(nèi)血管生成、癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移等過(guò)程中均發(fā)揮重要作用。其中，先天性免疫細(xì)胞浸潤(rùn)以及炎癥趨化因子的產(chǎn)生和聚集是腫瘤相關(guān)免疫炎癥反應(yīng)的典型表現(xiàn)；由于免疫炎癥反應(yīng)可激活一系列與腫瘤細(xì)胞生成、增殖及轉(zhuǎn)移相關(guān)的分子生物學(xué)信號(hào)通路，腫瘤環(huán)境與免疫炎癥的相互作用關(guān)系已成為目前腫瘤發(fā)生機(jī)制研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)[51-54]。

惡性程度較高的星形膠質(zhì)瘤細(xì)胞常伴有腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages，TAMs)和小膠質(zhì)細(xì)胞浸潤(rùn)。TAMs主要來(lái)源于循環(huán)系統(tǒng)中的單核細(xì)胞，在腫瘤的炎癥微環(huán)境下趨化聚集于腦組織中，而腦部腫瘤特別是膠質(zhì)瘤患者TAMs的趨化作用可直接導(dǎo)致血腦屏障破壞[55-56]。腦小膠質(zhì)細(xì)胞起源于胚胎卵黃囊祖細(xì)胞，與其他組織中的吞噬細(xì)胞不同，腦小膠質(zhì)細(xì)胞具有很強(qiáng)的自我更新能力；此外，腦小膠質(zhì)細(xì)胞還具有延長(zhǎng)腫瘤細(xì)胞壽命并促進(jìn)其在腦內(nèi)增殖的作用[48]。TAMs在腦組織中趨化后，機(jī)體可通過(guò)T細(xì)胞損傷活化增殖以及產(chǎn)生低水平炎癥刺激因子(如白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-1α和腫瘤壞死因子-α)等建立免疫抑制微環(huán)境[57-58]，而TAMs表面的Fas配體和程序性細(xì)胞死亡受體1等免疫抑制介質(zhì)的過(guò)表達(dá)可導(dǎo)致T細(xì)胞凋亡和免疫缺陷[59]。在低水平γ干擾素和高水平白細(xì)胞介素-10環(huán)境中，小膠質(zhì)細(xì)胞可作為調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的強(qiáng)力誘導(dǎo)劑，進(jìn)一步加強(qiáng)膠質(zhì)瘤患者中的免疫抑制作用[60]。

在不同腫瘤患者的病灶區(qū)域內(nèi)均發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，且功能過(guò)度活躍的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞被認(rèn)為與腫瘤逃逸相關(guān)[61]。Ahmadzadeh等[62]研究并發(fā)現(xiàn)了與腫瘤相關(guān)的特異性T細(xì)胞；且這種CD4+T細(xì)胞在Toll樣受體8-髓樣細(xì)胞分化因子88-白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶2信號(hào)通路活化下可被Toll樣受體8信號(hào)通路所逆轉(zhuǎn)[63]。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞在腦膠質(zhì)瘤的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮重要作用，這主要體現(xiàn)在膠質(zhì)瘤患者表現(xiàn)出與世界衛(wèi)生組織分級(jí)相關(guān)的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞浸潤(rùn)。有研究發(fā)現(xiàn)，在惡性膠質(zhì)瘤的病灶中存在大量的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，而腫瘤的惡性程度與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞浸潤(rùn)的程度呈正相關(guān)[64]。

自然殺傷細(xì)胞是淋巴細(xì)胞的一種，可對(duì)病毒或腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生迅速地免疫反應(yīng)，直接裂解主要組織相容性復(fù)合體Ⅰ缺陷的腫瘤細(xì)胞或其他病原體[65]。一般情況下，自然殺傷細(xì)胞在人類白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)Ⅰ的保護(hù)下處于未激活狀態(tài)，以保證免疫環(huán)境的平衡。然而，一旦出現(xiàn)外來(lái)抗原物質(zhì)破壞這種免疫環(huán)境穩(wěn)態(tài)，減少HLA-Ⅰ的表達(dá)即可激活自然殺傷細(xì)胞。有研究發(fā)現(xiàn)，在惡性膠質(zhì)瘤患者中，HLA-I呈高表達(dá)狀態(tài)，自然殺傷細(xì)胞的活性受到抑制，結(jié)合其他腫瘤依賴機(jī)制可進(jìn)一步使機(jī)體的免疫功能受到抑制[66]。也有研究發(fā)現(xiàn)，HLA-G作為惡性膠質(zhì)瘤的一種抑制性配體可與自然殺傷細(xì)胞表面的免疫球蛋白樣轉(zhuǎn)錄子2受體結(jié)合，觸發(fā)腫瘤免疫逃逸機(jī)制[67-68]。

IDH1基因突變和免疫炎癥反應(yīng)作為腫瘤細(xì)胞增殖、遷移的重要因素，在神經(jīng)膠質(zhì)瘤的發(fā)生及疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，IDH1基因突變與免疫炎癥反應(yīng)之間也存在密切關(guān)系，一般情況下，全身免疫炎癥反應(yīng)越激烈的患者，其伴隨的IDH1突變率會(huì)越低，反之則越高。張立志等[69]通過(guò)綜合外周血中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞絕對(duì)值的情況，對(duì)不同炎癥反應(yīng)條件下患者IDH1基因突變情況進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低免疫炎癥反應(yīng)患者的IDH1基因突變率顯著高于高免疫炎癥反應(yīng)患者。

3 小 結(jié)

充分了解膠質(zhì)瘤患者IDH1基因突變和免疫炎癥反應(yīng)機(jī)制對(duì)進(jìn)一步探索神經(jīng)膠質(zhì)瘤的發(fā)生極為重要。提前預(yù)知腦腫瘤發(fā)生的早期事件(如免疫炎癥反應(yīng)和IDH1基因突變)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)判，可以為臨床選擇恰當(dāng)?shù)脑\療措施提供依據(jù)。近年來(lái)，針對(duì)免疫炎癥反應(yīng)和IDH1基因突變?cè)谀z質(zhì)瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用已進(jìn)行深入研究，免疫炎癥反應(yīng)和IDH1基因突變?cè)谀[瘤細(xì)胞起源、增殖、侵襲及轉(zhuǎn)歸中的作用也逐步顯現(xiàn)。采用分子生物學(xué)手段，進(jìn)一步研究IDH1基因突變和免疫炎癥反應(yīng)在不同級(jí)別、不同病理類型膠質(zhì)瘤中的特點(diǎn)，并將其作為分子生物標(biāo)志物應(yīng)用于臨床，可以為臨床治療提供新策略。