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胶质瘤IDH突变意味着什么?其对诊断、预后、治疗上的意义研究进展

近年来随着分子生物学的发展,与胶质瘤相关的基因异常被人们揭示,基于分子水平的靶向治疗、免疫治疗等成为胶质瘤治疗新的思路和方向。异柠檬酸脱氢酶-1(isocitratedehydrogenase,IDH1)在胶质瘤的发生发展中扮演者举足轻重的
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  近年来随着分子生物学的发展,与胶质瘤相关的基因异常被人们揭示,基于分子水平的靶向治疗、免疫治疗等成为胶质瘤治疗新的思路和方向。异柠檬酸脱氢酶-1(isocitratedehydrogenase,IDH1)在胶质瘤的发生发展中扮演者举足轻重的角色。IDH已经被列入NCCN指南以及中国脑胶质瘤指南中,指南明确指出,IDH1/2是脑胶质瘤分子分型的重要分子指标,对脑胶质瘤的个体化治疗及临床预后判断具有重要意义。

  总结精华版:IDH突变在患者预后诊断治疗上的意义

  1.IDH1/IDH2突变发生在质瘤形成的早期,随后根据星形细胞或少突胶质细胞的谱系分化不同可以分别伴随TP53基因突变或1p/19q杂合性缺失。

  2.在继发性GBM和低级别弥漫性胶质瘤中,IDH1/IDH2基因突变与TP53突变、染色体1p19q杂合性缺失以及O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酸(MGMT)启动子区甲基化状态呈正相关。

  3.在原发性CBM中,IDH1基因的突变与10号染色体缺失和EGFR扩增呈负相关

  4.IDH1/IDH2突变独立于常规预后指标包括染色体1p/19q状态及MGMT基因启动子甲基化,与较长的无进展生存期有关。

  5.IDH突变阳性提示胶质瘤至少是WHOⅡ级,IDH突变在组织学诊断模棱两可时,可作为支持弥漫浸润性胶质瘤存在的证据。

  6.IDH突变通常伴随MGMT甲基化;IDH突变的胶质瘤患者预后相对较好,是临床试验进行分层的重要指标;

  7.在WHOⅡ/Ⅲ级的浸润性胶质瘤中,IDH野生会增加肿瘤进展的风险;IDH突变与接受放疗或者烷化剂治疗患者的生存获益相关。

  8.IDH1/IDH2基因的突变通常发生在年轻成年人和青少年弥漫性胶质瘤患者中。

  9.超过90%的IDH基因突变为IDH1突变(以R132类型最为常见),其余的为IDH2突变。含有IDH基因突变的高级别胶质瘤有显著较好的预后。

  10.IDH1/IDH2突变的间变性星形细胞瘤和GBM的生存期分别为65与20个月,而IDH1/IDH2野生型的间变性星形细胞瘤和GBM的生存期仅为31与15个月。

  11.治疗上,目前有针对IDH的免疫及靶向疗法临床试验,显示有较好的临床效果,但仍在早期临床实验中,需要后续进一步研究。

  2021年6月,第五版世界卫生组织(WHO)中枢神经系统(CNS)肿瘤分类(WHO CNS5)发布。既往胶质母细胞瘤是根据微血管增殖和/或坏死的组织学发现来诊断的,包括IDH突变(10%)和IDH野生型(90%)肿瘤,最新版2021WHO诊断分型,关于基因IDH突变和胶质瘤的诊断,有如下重大更新:

  1.2021 WHO分级中明确,胶质母细胞瘤将仅包含IDH野生型肿瘤。

  2.成人中的IDH野生型弥漫性星形细胞肿瘤没有胶质母细胞瘤的组织学特征,但具有3个遗传参数中的一个或多个(TERT启动子突变、EGFR基因扩增或整个7号染色体的联合获得和整个10号染色体的丢失[+7/−10])也将被归类为胶质母细胞瘤。

  3.在新的分类中,所有IDH突变的弥漫性星形细胞肿瘤都被认为是单一类型(星形细胞瘤,IDH突变),

  4.即使没有微血管增殖或坏死,具有这些分子改变的IDH突变型星形细胞瘤的WHO CNS等级为4级。

  5.仅允许在临床试验中研究更同质的人群将胶质母细胞瘤的诊断定为IDH野生型胶质母细胞瘤。

胶质瘤IDH突变

图示:2021版中枢神经系统肿瘤分类重大更新部分截图

  2008年,PARSONS等在胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)的基因组测序研究中首次发现IDH1突变。随后进一步研究显示,80%~90%的Ⅱ级、Ⅲ级胶质瘤中存在IDH1突变,而原发胶质母细胞瘤中这一突变则少见。此外,IDH有IDH1、IDH2和IDH3三种同工酶,在神经胶质瘤中IDH1突变最为常见,其突变频率远高于其他两种同工酶。这些发现对胶质瘤治疗意义深远!

  什么是IDH?医学专业解读

  IDH即异柠檬酸脱氢酶,是三羧酸循环中的一种关键性限速酶,催化异柠檬酸(isocitrate)氧化脱羧生成a-酮戊二酸(a-KG)及CO2、为细胞新陈代谢提供能量和生物合成的前体物质。IDH有三种异构酶形式(IDH1/2/3),IDH1和IDH2形成同二聚体,IDH3形成异四聚体,这些酶在特定的位置发挥作用。突变的IDH蛋白可将α-酮戊二酸(α-KG)还原成2-羟基戊二酸(2-HG),异常产生的2-HG可促进肿瘤发生。IDH1催化反应生成的产物包括c-KG和还原型辅酶Ⅱ(NADPH),NADPH作为体内还原性氢的供体,一方面参与了细胞抵御氧化应激反应;另一方面还参与了不饱和脂肪数的氧化过程。a-酮戊二酸可能与胶质瘤的发生有关。

胶质瘤IDH突变

图.IDH1的二聚作用

胶质瘤IDH突变

  IDH1和IDH2的基因突变拥有四个生化性质:第一,IDH1和IDH2主要是体细胞基因的突变;第二,肿瘤中的IDH突变通常是杂合形式的突变;IDH在肿瘤中的点突变主要是发生在酶活性结构域中;第四,在大多数情况下,IDH突变以互斥的方式发生。

胶质瘤IDH突变

  IDH1和IDH2基因突变有三个临床特性:它们的突变发生在特点的肿瘤中;在脑胶质瘤中,IDH1和IDH2基因突变发生在二级和三级的少突胶质细胞瘤和星型胶质细胞瘤以及继发性的胶质母细胞瘤中,但在原发性的胶质母细胞中不存在IDH的突变。IDH1/2的基因突变发生在肿瘤形成的早期;最有意义的临床特性是在脑胶质瘤中具有IDH1或者IDH2的患者表现出更好的预后。

  在脑胶质瘤中IDH被列入NCCN指南以及中国脑胶质瘤指南中,指南明确指出,IDH1/2是脑胶质瘤分子分型的重要分子指标。IDH1和IDH2基因突变发生在少突胶质细胞瘤和星型胶质细胞瘤以及继发性的胶质母细胞瘤中频率很高,但在原发性的胶质母细胞中几乎不存在。具体的突变情况如下表:

胶质瘤IDH突变

  IDH突变的检测方式:

  IDH突变在胶质瘤中具有普遍性,IDH的检测包括评估DNA序列以及突变蛋白(存在)等各种方法,针对IDH突变蛋白的抗体已经成为检测IDH突变的常规手段。考虑到突变体特异性抗体的可靠性,可以用IHC方法评估IDH(R132H)蛋白表达,若结果显示阳性,可以看作存在突变;若结果显示阴性,可以进一步检测132和172氨基酸的IDH1和IDH2序列来排除突变。IHC检测与焦磷酸测序以及直接测序法结果一致性为90.62%。

  NCCN中胶质瘤分子检测建议

胶质瘤IDH突变

  •建议:神经胶质瘤检查需要IDH突变检测。

  •检测:

  1.最常见的IDH1突变(R132H)通过突变特异性免疫组化可靠筛查,推荐用于所有胶质瘤患者。

  2.如果R132H免疫染色结果为阴性,在适当的临床背景下,强烈建议对IDH1和IDH2进行测序,以检测较不常见的IDH1和IDH2突变。

  3.55岁之前,如果R132H免疫染色阴性,则需要对IDH1和IDH2进行测序。

  4.标准的测序方法包括Sanger测序、焦磷酸测序和下一代测序,应该在福尔马林固定、石蜡包埋的组织上进行。

图示:2020版NCCN中枢神经系统肿瘤指南中IDH相关内容截图

胶质瘤IDH突变

  IDH突变在患者预后和诊断上的意义

  12.IDH1/IDH2突变发生在质瘤形成的早期,随后根据星形细胞或少突胶质细胞的谱系分化不同可以分别伴随TP53基因突变或1p/19q杂合性缺失。

  13.在继发性GBM和低级别弥漫性胶质瘤中,IDH1/IDH2基因突变与TP53突变、染色体1p19q杂合性缺失以及O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酸(MGMT)启动子区甲基化状态呈正相关。

  14.在原发性CBM中,IDH1基因的突变与10号染色体缺失和EGFR扩增呈负相关

  15.IDH1/IDH2突变独立于常规预后指标包括染色体1p/19q状态及MGMT基因启动子甲基化,与较长的无进展生存期有关。

  16.IDH突变阳性提示胶质瘤至少是WHOⅡ级,IDH突变在组织学诊断模棱两可时,可作为支持弥漫浸润性胶质瘤存在的证据。

  17.IDH突变通常伴随MGMT甲基化;IDH突变的胶质瘤患者预后相对较好,是临床试验进行分层的重要指标;

  18.在WHOⅡ/Ⅲ级的浸润性胶质瘤中,IDH野生会增加肿瘤进展的风险;IDH突变与接受放疗或者烷化剂治疗患者的生存获益相关。

  19.IDH1/IDH2基因的突变通常发生在年轻成年人和青少年弥漫性胶质瘤患者中。

  20.超过90%的IDH基因突变为IDH1突变(以R132类型最为常见),其余的为IDH2突变。含有IDH基因突变的高级别胶质瘤有显著较好的预后。

  21.IDH1/IDH2突变的间变性星形细胞瘤和GBM的生存期分别为65与20个月,而IDH1/IDH2野生型的间变性星形细胞瘤和GBM的生存期仅为31与15个月。

  •NCCN指南中IDH诊断价值:

  1、IDH突变定义了WHO II级和III级星形细胞瘤和少突胶质细胞瘤,以及星形细胞瘤经常演变成的次级IV级胶质母细胞瘤。它们的存在将低级别胶质瘤与原发性胶质母细胞瘤区分开来,原发性胶质母细胞瘤为IDH野生型。在肿瘤模棱两可的标本中检测到这些突变也可被视为存在弥漫性浸润性胶质瘤的证据。

  2、真正的I级非浸润性胶质瘤,如毛细胞星形细胞瘤和神经节胶质瘤,不包含IDH突变。在这种情况下,检测到IDH突变表明肿瘤至少为II级弥漫性浸润性胶质瘤。

  •NCCN指南中IDH预后价值:

  1、IDH突变通常与MGMT启动子甲基化相关。

  2、IDH1或2突变与相对良好的预后相关,在临床试验的分层中很重要。

  3、在II级或III级浸润性胶质瘤中,野生型IDH1或IDH1与侵袭性疾病风险增加相关。

  4、IDH1或2突变与放疗或烷基化化疗患者的生存受益相关。

胶质瘤IDH突变

图:相同病理级别下IDH1突变型与野生型生存分析A:Ⅱ级胶质瘤患者中IDH1突变型较IDH1野生型预后好(P<0.05);B:Ⅲ级胶质瘤患者中IDH1突变型较IDH1野生型预后好(P<0.05);C:Ⅳ级胶质瘤患者中IDH1突变型较IDH1野生型预后差异无统计学意义(P=0.72)

  IDH突变在胶质瘤的治疗中的意义

  1、靶向治疗

  靶向治疗目前已开发出多种IDH抑制剂,其中一些正处于临床试验阶段。ML309作为IDH1突变的竞争性抑制剂,与α-KG依赖性酶竞争活性位点,减少胶质母细胞瘤中2-HG的水平。AG-221是IDH2的选择性小分子抑制剂,在2013年底首次进入临床试验。而AG-881是突变型IDH1和IDH2的抑制剂,AG-881能够完全穿透血脑屏障,因此,该药物在胶质瘤患者中的临床疗效令人期待。

  RohleD等人研发了一种IDH1R132H突变的小分子选择性抑制剂(AGI-5198),并研究了其在体内和体外的作用。AGI-5198减少IDH1突变导致2-HG的表达,但并没有改变胶质瘤的高甲基化状态。然而经过AGI-5198治疗后,鼠异种移植物中肿瘤体积明显减少。此外,RohleD等人还强调了IDH1突变的功能异质性,包括2-HG、DNA甲基化和组蛋白修饰的下游效应。因此,我们仍需要进一步研究,以明确这些因素在肿瘤发生中的作用,以及它们在细胞代谢方面的重要影响。

  但总体上来说,IDH抑制剂已经表现出良好的临床应用前景,这将会给胶质瘤的临床治疗带来巨大的收益。DNA甲基转移酶(DNMT)是催化DNA添加甲基的一类酶。对IDH1突变的胶质瘤来说,DNMT抑制剂可以抑制DNA甲基化。目前已经在IDH1突变的胶质瘤细胞模型研究了DNMT抑制剂地西他滨和5-氮杂胞苷。有研究表明地西他滨可有效逆转由IDH1突变导致的DNA高甲基化,并在胶质瘤细胞中诱导细胞分化。

  另一项研究表明,长期使用低剂量氮杂胞苷可导致IDH1突变的间变性星形细胞瘤模型中启动子位点的DNA甲基化减少,诱导神经胶质细胞分化,肿瘤细胞增殖的减少。即使在停止治疗后,地西他滨和氮杂胞苷仍有疗效。在初始治疗后用DNMT抑制剂进行的长期低剂量治疗,可以诱导剩余的IDH1突变的胶质瘤细胞分化,从而延缓甚至预防复发。DNMT抑制剂不仅可用于延缓复发,而且可作为IDH1突变的胶质瘤患者手术切除后的维持治疗。

  2、免疫疗法

  最近的研究发现,通过疫苗接种的免疫疗法治疗IDH突变的胶质瘤取得重大进展。IDH1/2突变是理想的肿瘤特异性抗原,因为这些突变发生在IDH1和IDH2中的特定密码子,并且普遍存在胶质瘤细胞中。SchumacherT等人研究发现IDH1R132H肽疫苗在小鼠中具有免疫原性。随后,另一项研究表明IDH1R132H特异性肽疫苗免疫疗法可以减缓表达IDH1R132H基因突变的颅内肿瘤的生长。这些成果表明,IDH突变靶向免疫疗法可引起有效的抗肿瘤免疫应答。目前IDH1肽疫苗(NCT02454634、NCT02193347、NCT02771301)的临床试验正在逐步开展。

  小结:

  在各级别胶质瘤中,相对于IDH野生型,IDH突变型的患者预后较好。IDH突变状态可辅助诊断胶质瘤。针对白血病中IDH突变的靶向治疗已显示出希望,但对于IDH突变胶质瘤来说,靶向治疗和免疫治疗的疗效尚不明确。然而,IDH突变对表观遗传学和细胞代谢产生了深远的影响,引起了相应的分子改变,进一步导致神经胶质瘤发生和发展。这些分子改变可以作为未来神经胶质瘤治疗的替代靶点,对未来肿瘤靶向药物的研发有深远的影响。

  参考资料:

  1.   1、IDH1 R132H突变对不同级别胶质瘤的影响及相关因素分析.中国实用神经疾病杂志2021年3月第24卷第6期
  2.   2、2020版NCCN中枢神经系统肿瘤指南
  3.   3、IDH1突变在胶质瘤中的研究进展[J].现代肿瘤医学,2019,27(08):1454-1457.
  4.   4、doi:10.1038/s41416-020-0814-x
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