本文原標題：IDH1突變在膠質瘤中的研究進展 本文作者：劉凱飛，大連醫科大學；張燁，陳一，樸浩哲，中國醫科大學附屬腫瘤醫院；本文發表在[J].現代腫瘤醫學,2019,27(08):1454-1457.本文轉載自醫脈通網站，神外前沿轉載已獲授權。
膠質瘤是一種來源於神經膠質細胞的中樞神經系統腫瘤，是目前已知發病率最高的原發性顱內腫瘤。根據美國腦腫瘤註冊中心（Central Brain Tumor Registry of the United States，CBTRUS）統計，膠質瘤約佔所有中樞神經系統腫瘤的27%，佔顱腦惡性腫瘤的80%。由於膠質瘤呈現侵襲性生長，單純手術難以根治。目前臨床上主要的治療方法是手術治療聯合放射治療及替莫唑胺為主的化學藥物治療，但效果並不十分理想。
2008年，Parsons DW等在膠質母細胞瘤（glioblastoma，GBM）的外顯子組測序研究中首次發現了異檸檬酸脫氫酶－1（isocitrate dehydrogenase，IDH1）突變。這一發現對膠質瘤治療意義深遠。近年來，神經腫瘤分子取得了重大進展，目前已發現一系列有助於腦膠質瘤臨床診斷和預後判斷的分子標誌物。這些新的生物學分子標誌物的發現為膠質瘤患者的治療和預後提供重要參考指標，並可能成為未來治療的新靶點。其中IDH1基因的突變為近年發現的重要的此類分子標誌物之一，且與腦膠質瘤的發生發展密切相關。本文就膠質瘤IDH1基因突變的研究進展簡要概述。
1.IDH的正常生理功能
在對人GBM的基因組分析中，發現12%的GBM有IDH突變，並且大多數腫瘤是從低級別的神經膠質瘤發展而來（即繼發性GBM）。隨後發現超過70%的WHOⅡ/Ⅲ級膠質瘤有IDH突變。正常IDH通過煙醯胺腺嘌呤雙核苷酸磷酸（beta－nicotinamide adenine dinucleotide phosphoric acid，NADP+）依賴性氧化脫羧過程催化異檸檬酸形成α－酮戊二酸（α－Ketoglutarate，α－KG）、CO2和NADPH。因此，IDH在三羧酸（TCA）循環中的中心代謝物的生物合成以及細胞NADPH的產生中起重要作用。
IDH家族中有三種同工酶:IDH1位於胞質和過氧化物酶體中，IDH2和IDH3位於線粒體中。IDH1和IDH2是同源二聚體，利用煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）作為輔助因子進行催化反應。IDH1在大腦中尤為重要，因為它是NADPH的主要來源。煙醯胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依賴性IDH3同工酶作為四聚體存在，由兩個α、一個β和一個γ亞基組成，並在TCA循環中發揮核心作用。只有IDH3參與TCA循環。
2.突變的IDH的功能
IDH1基因突變主要發生在第132位精氨酸殘基，包括R132H（最常見，88%）、R132C、R132L、R132S和R132G。IDH2突變通常發生在R140或R172。在IDH2突變中，R172K是最常見的。然而，IDH1和IDH2突變是相互排斥的，很少同時發生。目前，尚未發現IDH3突變。
3.IDH1突變介導腫瘤形成機制
目前多數人認為IDH1突變誘導膠質瘤發生和發展的可能機制包括DNA高甲基化、組蛋白高甲基化、缺氧誘導因子－1α（hypoxia－inducible factor－1α，HIF－1α）水平的改變和氧化應激機制。IDH1突變導致2－HG異常增高表明，2－HG是一種腫瘤細胞代謝產物，可能在惡性腦腫瘤的發生中起著重要作用。
目前大多數研究認為，2－HG是含有Jumonji結構域的組蛋白去甲基化酶家族成員的有效抑制劑。2－HG與α－KG有類似的結構，能夠競爭性抑制許多α－KG依賴性酶，包括DNA去甲基化酶TET2蛋白家族及組蛋白去甲基化酶等。因此，IDH1突變導致DNA和組蛋白高甲基化，後者誘導基因表達，最終導致膠質瘤形成。缺氧誘導因子（hypoxia－inducible factor，HIF）是細胞應對缺氧反應的一系列重要基因的轉錄因子，誘導的下遊效應包括血管生成、葡萄糖代謝和細胞增殖。
脯氨醯羥化酶（prolyhydroxylase，PHD）能調節HIF－1α的穩定性。PHD是α－KG依賴性酶之一，2－HG能夠抑制其活性。在正常氧分壓條件下，HIF－1α亞基上的脯氨酸殘基被PHD羥基化，進而發生泛素化和蛋白酶體降解。而在缺氧條件下，並不會發生依賴於氧的羥基化，導致HIF－1α累積，隨後HIF－1α進入細胞核，從而誘導HIF－1α下遊的目標基因表達。因此，突變型IDH1抑制PHD的活性，提高HIF－1α的表達，導致HIF－1α靶基因如VEGF、GLUT1和PGK1的表達增加，從而可能促進腫瘤細胞生長、侵襲、血管生成、轉移。
但KoivunenP等人研究表明，在IDH1突變的星形細胞瘤中，2－HG的累積增強了脯氨酸羥化酶EGLN活性，並導致HIF－1α的表達降低。此外，在IDH1突變的神經膠質瘤中，NADPH的水平降低。據報導，NADPH維持細胞氧化還原反應的平衡並調節活性氧（reactive oxygen species，ROS）的水平。NADPH將穀胱甘肽二硫化物轉化為穀胱甘肽（glutathione，GSH），而GSH是ROS抗氧化應激的主要抗氧化劑。因此，IDH1突變的神經膠質瘤中NADPH減少導致GSH水平降低，誘導ROS增加，ROS誘導DNA損傷，這可能促進惡性腫瘤的發生。
4.靶向治療
目前已開發出多種IDH抑制劑，其中一些正處於臨床試驗階段。ML309作為IDH1突變的競爭性抑制劑，與α－KG依賴性酶競爭活性位點，減少膠質母細胞瘤中2－HG的水平。AG－221是IDH2的選擇性小分子抑制劑，在2013年底首次進入臨床試驗。而AG－881是突變型IDH1和IDH2的抑制劑，AG－881能夠完全穿透血腦屏障，因此，該藥物在膠質瘤患者中的臨床療效令人期待。
但總體上來說，IDH抑制劑已經表現出良好的臨床應用前景，這將會給膠質瘤的臨床治療帶來巨大的收益。DNA甲基轉移酶（DNMT）是催化DNA添加甲基的一類酶。對IDH1突變的膠質瘤來說，DNMT抑制劑可以抑制DNA甲基化。目前已經在IDH1突變的膠質瘤細胞模型研究了DNMT抑制劑地西他濱和5－氮雜胞苷。有研究表明地西他濱可有效逆轉由IDH1突變導致的DNA高甲基化，並在膠質瘤細胞中誘導細胞分化。
另一項研究表明，長期使用低劑量氮雜胞苷可導致IDH1突變的間變性星形細胞瘤模型中啟動子位點的DNA甲基化減少，誘導神經膠質細胞分化，腫瘤細胞增殖的減少。即使在停止治療後，地西他濱和氮雜胞苷仍有療效。在初始治療後用DNMT抑制劑進行的長期低劑量治療，可以誘導剩餘的IDH1突變的膠質瘤細胞分化，從而延緩甚至預防復發。DNMT抑制劑不僅可用於延緩復發，而且可作為IDH1突變的膠質瘤患者手術切除後的維持治療。
5.免疫療法
6.臨床預後
有研究發現，與單純放療相比，Ⅱ級和Ⅲ級膠質瘤放療聯合化療的方案療效更好。與野生型IDH膠質瘤患者相比，IDH1突變的Ⅲ級腫瘤患者化療療效更好。臨床數據資料分析顯示，IDH突變的間變性星形細胞瘤患者的中位總生存期為65個月，野生型IDH患者的中位總生存期為20個月；IDH1/2突變的膠質母細胞瘤患者的中位總生存期為31個月，野生型IDH患者的中位總生存期為15個月。因此，IDH突變的低級別膠質瘤患者的生存期更長，而IDH1/2突變型膠質瘤患者的預後明顯好於野生型IDH患者。
7.小結
綜上所述，IDH基因突變是膠質瘤發生一種早期事件，產生了大量的代謝物2－HG，導致DNA和組蛋白高甲基化，誘導基因表達，最終形成膠質瘤。另外，在膠質瘤的形成中，HIF－1α也可能發揮一定作用，目前尚缺乏有力的證據。因此，IDH基因突變的膠質瘤致病機制仍需進一步探索。針對白血病中IDH突變的靶向治療已顯示出希望，但對於IDH突變膠質瘤來說，靶向治療和免疫治療的療效尚不明確。然而，IDH突變對表觀遺傳學和細胞代謝產生了深遠的影響，引起了相應的分子改變，進一步導致神經膠質瘤發生和發展。這些分子改變可以作為未來神經膠質瘤治療的替代靶點，對未來腫瘤靶向藥物的研發有深遠的影響。