脑胶质瘤恶性生物学特性相关基因研究进展

袁锐，艾文兵

(1三峡大学医学院，湖北宜昌443002;2宜昌市夷陵医院)



脑胶质瘤恶性生物学特性相关基因研究进展

袁锐1，艾文兵2

(1三峡大学医学院，湖北宜昌443002;2宜昌市夷陵医院)

脑胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发性恶性肿瘤，具有高复发率和高病死率的特点，总体预后较差，这与脑胶质瘤恶性生物学特性密切相关。近几年来研究发现，异柠檬酸脱氧酶1(IDH1)基因、Nanog基因与即刻早反应基因3(CCN3)与脑胶质瘤的恶性生物学特性密切相关，在脑胶质瘤发生、发展过程中发挥重要作用。进一步深入研究这些基因在的功能和机制，必将在神经胶质瘤的靶向治疗中发挥积极作用。

脑胶质瘤；生物学特性；异柠檬酸脱氧酶基因；Nanog 基因；即刻早反应基因

脑胶质瘤是起源于神经外胚层的颅内最常见原发性恶性肿瘤，约占中枢神经系统肿瘤的44.6%，具有浸润性生长、复发率高、高病死率等特点。WHO将脑胶质瘤划分为Ⅰ～Ⅳ级[1]，其中Ⅰ级、Ⅱ级多见于儿童和青年人，属于低级别胶质瘤；而Ⅲ级、Ⅳ级则以中老年人多见，属于高级别胶质瘤[2]。近年来脑胶质瘤发病的年增长率约1.2%，尽管手术、化疗、放疗等相结合的综合治疗取得较大进展，但患者的总体预后仍然比较差，这与脑胶质瘤恶性生物学特性密切相关。脑胶质瘤的发生、发展是多因素、多步骤、多阶段参与的复杂过程，受到多种相关基因的调控。近几年来研究发现，异柠檬酸脱氧酶(IDH)1基因、Nanog基因与即刻早反应基因(CCN)与脑胶质瘤的恶性生物学特性密切相关，在脑胶质瘤发生、发展过程中发挥重要作用。现就这些基因与脑胶质瘤恶性生物学特性的相关研究综述如下。

1　IDH1基因

1.1IDH1 的结构和生物学特性IDH是一类与能量代谢、维生素、氨基酸合成密切相关的酶，IDH在细胞内三羧酸循环中起催化作用，促使异柠檬酸氧化脱羧变成α-酮戊二酸(α-KG)、NADH或NADPH，从而为合成代谢提供能量和原料。人类IDH家族包括3种类型的酶，即IDH1、IDH2、IDH3。其中，IDH1和IDH2功能相似，以二聚体的形式存在；而IDH3是一个由4个亚基构成的异四倍体蛋白质。2008年，Parson等[3]在神经胶质瘤中首先发现IDH1基因突变；许多研究者都证实，IDH1基因突变在胶质瘤发生中具有重要作用。IDH1基因位于2q33.3，编码蛋白IDH1，存在于细胞质和过氧化物酶体中，全长18 841 bp，包括10个外显子和9个内含子。IDH可水解异柠檬酸盐生成三羧酸循环中的NADPH，产物为α-KG[4]。IDH1不仅在能量代谢起重要的作用，还能够调节α-KG的降解及通过还原NADPH来参与细胞内氧化损伤的防御机制。

1.2IDH1基因突变与脑胶质瘤近年来研究认为，IDH1是与多种肿瘤密切相关，并且IDH基因突变主要存在于脑胶质瘤中。Parson等[3]在研究胶质母细胞瘤(GBM)样本时发现，IDH1基因突变只是在外显子4上的第395碱基位点发生了变化，引起第132位密码子改变，单个氨基酸由精氨酸转变为组氨酸，以IDH1(R132)表示。Bleeker等[5]对672例不同来源的高级别胶质瘤及其他肿瘤基因检测时发现IDH1突变仅特异性地存在于脑胶质瘤中，在发生突变的病例中IDH1(R132)占绝大部分，提示其可能在高级别胶质瘤的发生和进展中起重要作用。有研究人员认为，IDH1(R132)与胶质瘤预后密切相关。Parson等[3]发现，发生IDH1(R132)突变的患者较野生型IDH1基因的肿瘤患者总生存期明显延长，这说明IDH1突变发生率与患者总生存率具有相关性。而Sanson 等[6]则发现，IDH1突变率与胶质瘤病理级别呈负相关。Yan等[7]研究证实，IDH1(R132)突变在星形细胞瘤和少突胶质细胞瘤(WHOⅡ～Ⅳ级)中发生的概率在70%以上，而且IDH1突变的患者较野生型IDH1患者相比有更好的治疗效果及预后，其中位生存期明显延长。这与Parson等[3]的研究结果相符，提示IDH1基因R132突变可作为评估胶质瘤预后的分子指标。

1.3IDH1基因突变促发脑胶质瘤的可能机制目前大量实验证实，IDH1基因突变在脑胶质瘤早期及晚期均存在，提示其可能是脑胶质瘤不断向恶性进展以及演变过程中重要的致瘤因素，但具体机制尚不清楚。研究显示，IDH1突变都是R132一个位点的突变，而R132与IDH1的活性相关。研究发现，R132的突变可导致IDH1活性下降。有人提出，IDH1-α-KG-HIF1-α通路可能是IDH1突变重要的致癌机制。Zhao等[8]发现，缺氧诱导因子1α(HIF-1α)在突变型IDH1胶质瘤的水平高于野生型IDH1。相关研究发现，异柠檬酸在野生型IDH1胶质瘤和突变型IDH1的胶质瘤中被催化生成的产物不同，在野生型IDH1胶质瘤中生成产物为α-KG，而在突变型IDH中则生成2-HG。在野生型IDH1胶质瘤中α-KG通过对脯氨酰羟化酶(PHD)的调控影响HIF-1α的降解，而HIF-1α对转录调节因子HIF-1起至关重要的调控作用。在低氧环境下，HIF-1调控葡萄糖代谢、血管生成、肿瘤侵袭等基因的表达而影响肿瘤进展[9]。由此说明，突变型IDH1的胶质瘤中α-KG的缺失，致PHD调控的HIF-1α降解受阻，引起HIF-1α增多，可能是导致肿瘤发生、发展的原因。进一步深入了解IDH1基因突变在胶质瘤恶性生物学特性中的作用机制，有望找到胶质瘤治疗的新靶点、新方法。

2　Nanog 基因

2.1Nanog的结构及生物学特性Nanog基因是Mitsui等[10]在胚胎干细胞内首先发现的转录因子，对维持胚胎干细胞(ESC)自我更新及保持多能性起关键作用。Nanog基因属于NK家族中ANTP类，长度6 661 bp，包括4个外显子、3个内含子。Nanog cDNA包含2 184个核苷酸，Nanog蛋白由N端、同源结构域H区、C端3个结构域组成，编码305个氨基酸。人类Nanog的N-末端无转录活性，只有C端结构域才是功能结构域。N-末端受磷酸化修饰的调节可抑制转录。同源结构域H区与其他DNA结合调节下游基因的转录。C端结构域包含转录激活区[11]，其非翻译区域由1 077个碱基组成,包括C1元件(aa，155～195)、WR元件(aa，196～240 )以及CD2(aa，241～305 )元件。WR元件(aa，196～240)是一个色氨酸富集的重复序列，人类Nanog中W 的1个色氨酸被谷氨酸代替。WR元件及CD2元件对Nanog介导的ESC自我增殖和维持全能性具有调控作用[12]。

2.2Nanog基因在脑胶质瘤的中的表达及作用肿瘤的发生与肿瘤干细胞(CSC)密切相关。Nanog基因在胚胎发育早期和胚胎干细胞、多种肿瘤细胞中阳性表达，说明其与肿瘤的发生相关。CSC和ESC有一些共同的信号通路(Wnt、Notch等)都同时表达Nanog。Borrull等[13]发现，黑色素瘤中Nanog表达增加可增强肿瘤细胞的侵袭性和迁移能力，提示Nanog基因在肿瘤发生、发展中起重要作用。研究显示，Nanog基因在胶质瘤组织和胶质瘤干细胞中也呈阳性表达，并受到特异性调控，在不同时期其表达情况也不同[14]。同时，研究人员发现Nanog蛋白和mRNA表达强度与胶质瘤病理级别呈显著正相关：即Nanog表达越高，胶质瘤级别越高、分化越差，肿瘤越容易发生转移，预后也更差；而Nanog表达越低，胶质瘤细胞级别、侵袭性也越低，预后相对较好，但正常脑细胞中均未检测到Nanog基因表达[15]。实验研究发现，敲除胶质瘤细胞的Nanog基因，肿瘤组织表现出增殖能力降低等现象[16，17]，这也证实Nanog基因在恶性胶质细胞瘤中表达可促进着胶质瘤的恶性生物学行为和影响肿瘤预后。

2.3Nanog基因与脑胶质瘤的治疗Nanog在转录前与相关转录因子互相反馈，增强或抑制对方水平，保持细胞自我更新[18]。FoxD3是forkhead家族转录调节因子，具有抑制转录作用。研究显示，FoxD3对Nanog具有激活作用；其机制主要是通过调节ESC转录起始区域的增强区域，激活Nanog启动子，起到促进和增强Nanog表达的作用。p53是Nanog基因的负调节因子，其可结合Nanog启动子区域，在体内外均可减弱Nanog表达，起抑制作用。研究证明，p53缺失的小鼠星形胶质瘤细胞中Nanog基因呈高表达，且胶质瘤细胞增殖和侵袭力增强，瘤细胞则去分化而形成类似CSC，具有自我增殖和致瘤能力[19]。近年发现，部分microRNA可通过抑制Nanog等基因调控干细胞分化过程[20]。miR-124是一种在中枢神经系统内含量较高的microRNA，在神经胶质瘤中普遍呈低表达。研究显示，在体内miR-124过表达时，Nanog表达减少，脑胶质瘤发生率降低、瘤细胞侵袭能力减弱，提示miR-124 负性调节Nanog表达[21]。这说明Nanog基因在恶性胶质细胞瘤中作用受多种转录因子调控，进一步研究这些调节因子作用机制，共同干预Nanog表达，可能为脑胶质瘤的治疗提供新方法。

3　CCN3

3.1CCN3的结构和生物学特性CCN家族是一类含有40%～90%同源序列的基因家族，其家族成员都与机体损伤修复过程相关。CCN家族包括Cyr61/CCN1、结缔组织生长因子CTGF/CCN2及肾母细胞瘤过度表达基因Nov/CCN3、WISP- 1/CCN4/Elm1、WISP-2/CCN5/rCop-1/HICP和WISP-3/CCN6等6个主要成员。CCN家族基因功能复杂多样，编码的蛋白质参与细胞增殖、黏附、分化、迁移、创伤愈合、血管生成等多种生理活动过程，与肿瘤的发生、发展、转移等密切相关。其中Nov/CCN3是CCN基因家族中最先被证明的负性调节基因。Nov/CCN3基因位于常染色体8q24．1，其编码一种富含半胱氨酸的分泌型蛋白，可抑制神经胶质瘤增殖能力。Nov/CCN3参与多种生理活动的调节，包括肿瘤的发生和发展[22]。

3.2Nov/CCN3与脑胶质瘤近年来研究显示，Nov/CCN3对多种肿瘤的生长和进展具有抑制作用。Gupta等[23]发现，转染Cx43的C6胶质瘤较同源对照组模型肿瘤明显减小，转染Nov/CCN3基因的胶质瘤细胞生长受到抑制，而在这些细胞中Nov/CCN3蛋白表达增高。这说明Nov/CCN3除了可负性调节正常细胞的生长,还能抑制神经胶质瘤细胞的增殖。有人认为，这些作用可能与Nov/CCN3蛋白改变了肿瘤细胞间连接相关。Fu等[24]研究发现，在转染了Cx43的C6胶质瘤细胞中Cx43与Nov/CCN3均位于细胞膜上，并通过相互作用抑制缝隙连接蛋白诱导的神经胶质瘤生长。Oliveira等[25]则证实，在生长受到抑制的恶性胶质瘤细胞,Cx43的表达增高可诱导产生胞间缝隙连接通讯胞间缝隙连接通讯(GJC),而胶质瘤细胞的迁移和扩散受GJC诱导。这提示胶质瘤细胞的增殖需要依赖细胞-细胞、细胞-基质之间的相互作用,Nov/CCN3可通过影响这种相互作用而抑制神经胶质瘤的生长。另外，Bleau等[26]研究证实，在转染了Cx43的C6胶质瘤细胞中应用Nov/CCN3蛋白抗体可有效逆转Nov/CCN3蛋白的抗增殖功能。这进一步证明Nov/CCN3具有抑制脑胶质瘤增殖作用，其作用机制可能与Nov/CCN3蛋白改变了肿瘤细胞间连接相关，深入研究Nov/CCN3在胶质瘤中的作用和机制，可能为胶质瘤的治疗寻找新的突破口。

4　展望

胶质瘤的治疗目前多为手术治疗，配合以放疗、化疗等。关于胶质瘤基因治疗的已近年来的研究热点，研究人员先后开展了自杀基因治疗、免疫调节基因、肿瘤抑癌基因、肿瘤抑癌基因、血管生成抑制基因、神经干细胞治疗，以及相关信号途径活化的基础研究。但这些基因治疗的单独治疗效果并不理想，且大多数靶向治疗胶质瘤的药物尚处于临床试验阶段[27]，所以联合基因治疗可能是更有效的方法。IDH1基因、Nanog 基因与CCN3基因与胶质瘤的恶性生物学行为密切相关，进一步深入研究这些基因在的功能和机制，必将在神经胶质瘤的靶向治疗中发挥更加积极的作用。随着生物科学技术的发展和研究的不断深入，不久的将来，一定会为阻止脑胶质瘤细胞恶性增殖，抑制脑胶质瘤细胞侵袭性生长提供新的治疗方案。这将大大提高脑胶质瘤患者的生存率，改善患者预后，使脑胶质瘤的治疗取得突破性进展。

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湖北省卫生计生西医类重点资助项目(WJ2015MA023)。

艾文兵(E-mail： 1043642574@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.34.041

R739.41

B

1002-266X(2016)34-0110-04

2016-05-23)