癌症中的IDH1和IDH2突变(IDH突变)

异柠檬酸脱氢酶(IDH)酶家族包括位于细胞质和过氧化物酶体(IDH1)中的三种同种型和线粒体(IDH2和IDH3)。IDH酶参与许多细胞过程，包括线粒体氧化磷酸化，谷氨酰胺代谢，脂肪生成，葡萄糖感应和细胞氧化还原状态的调节。

IDH1和IDH2是高度相似的蛋白质，催化异柠檬酸到α-酮戊二酸(αKG)的可逆氧化脱羧，同时将NADP +还原为NADPH，而IDH3催化三羧酸循环中异柠檬酸与αKG的NAD +依赖性转化(TCA循环)。

该IDH1和IDH2基因分别位于染色体2q33.3和15q26.1。IDH1和IDH2中的突变已在多种实体和血液系统恶性肿瘤患者的亚组中鉴定出基因，包括神经胶质瘤，急性髓性白血病，骨髓增生异常综合征，胆管肉瘤和软骨肉瘤。几乎所有IDH突变都是杂合的体细胞点突变，其聚集在IDH1和IDH2酶的活性位点，导致IDH1中的氨基酸精氨酸132和IDH2中的精氨酸172或140的取代。IDH突变酶获得新的酶活性，将NADPH和αKG转化为NADP +和D-2-羟基戊二酸(D-2HG)，这是一种在IDH突变细胞中积累至高水平的肿瘤代谢物。D-2HG肿瘤发生背后的主要理论是其竞争性抑制αKG依赖性双加氧酶的能力，其涉及广泛的细胞过程(例如缺氧，血管生成，细胞外基质胶原的成熟和表观遗传学的调节)。过量的D-2HG抑制参与组蛋白和DNA去甲基化的关键酶，特别是组蛋白和DNA高甲基化，其影响基因表达和突变细胞的增殖。IDH突变体肿瘤的甲基化分析研究表明它们通常显示CpG岛甲基化表型(CIMP)，其特征在于富含CpG的结构域中的高度DNA高甲基化。除了表观遗传重塑，IDH突变的存在影响几种细胞途径，包括细胞代谢和对缺氧和氧化应激的反应。

胶质瘤中的IDH突变

IDH突变检测是用于治疗神经胶质瘤患者的有价值的诊断，预后和预测生物标志物。IDH1 和 IDH2 突变以相互排斥的方式发生在近80%的II和III级少突神经胶质瘤和星形细胞瘤和继发性胶质母细胞瘤(即 从较低级别的胶质瘤发展的胶质母细胞瘤) 。相反，只有6%的原发性胶质母细胞瘤患者发现IDH突变。胶质瘤的分子分类主要将这些恶性肿瘤分为IDH突变体和IDH-野生型肿瘤，后者主要由世界卫生组织(WHO)IV级原发性胶质母细胞瘤。IDH突变的存在定义了具有特定临床和分子特征的不同肿瘤亚群，表明这些主要是II级和III级肿瘤具有与原发性IDH-野生型胶质母细胞瘤不同的致病原因。在神经胶质瘤中，与IDH突变的存在相关的临床特征包括呈现年龄较小，额叶位置倾向，更频繁的非增强肿瘤浸润成分和更有利的结果。

非常常见的IDH1突变 - 占所有IDH突变的约90% - 导致酶活性位点的氨基酸从精氨酸变为组氨酸(R132H)。此外IDH1 R132H，罕见突变影响任一IDH1在Arg132(包括R132S，R132C，R132G，和R132L取代)，或IDH2在Arg172(R172K)。

IDH突变体胶质瘤的分子研究已经证实，IDH突变是该脑肿瘤子集发病机制中的早期致病事件。因此，IDH突变通常被称为IDH-突变体神经胶质瘤的克隆进化树中的“主干”(或起始)事件。在IDH突变体肿瘤中经常发现的其他分子改变包括1p / 19q共缺失，CIC，FUBP和TERT启动子突变，其表征少突神经胶质瘤，而 TP53和ATRX突变在星形细胞肿瘤中发现。IDH-突变体神经胶质瘤通常与甲基 - 鸟嘌呤甲基转移酶(MGMT)基因的高甲基化表型(CIMP)和启动子甲基化一起存在，其与烷化剂的更有利的反应相关。随着疾病的进展，肿瘤细胞通常会获得额外的致癌改变，特别是涉及细胞周期调节和生长控制途径，总体上导致更多的恶性行为。

IDH突变作为胶质瘤中的诊断生物标志物

IDH突变是有价值的诊断标志物，有助于从反应性神经胶质增生和其他IDH-野生型肿瘤实体中鉴别诊断低级别神经胶质瘤。实际上，IDH突变的存在是一种特异性生物标志物，其指示脑肿瘤环境中的神经胶质瘤实体。因此，甚至单个IDH1 R132H阳性细胞的检测也强烈支持弥漫性浸润性神经胶质瘤的诊断。

突变IDH1(R132H)特异性免疫组织化学显示浸润肿瘤细胞中IDH1突变蛋白的免疫反应性(箭头)，支持IDH1突变胶质瘤的诊断。注意存在对IDH1(R132H)没有免疫反应性的残留非肿瘤细胞(箭头)。

IDH突变主要见于WHO II级和III级胶质瘤和继发性胶质母细胞瘤。因此，IDH突变的鉴定支持间变性神经胶质瘤和胶质母细胞瘤之间的鉴别诊断。胶质母细胞瘤中IDH突变的存在提示已从低级别前体转化的继发性胶质母细胞瘤。

IDH突变作为胶质瘤中的预后生物标志物

IDH突变的存在是胶质瘤患者的强预后生物标志物，与年龄和级无关的有利结果相关 。相反，II / III级胶质瘤中缺乏IDH突变标志着一种独特的IDH-野生型亚组，其特征是预后不良。IDH突变的胶质母细胞瘤患者的生存率比非突变的III级星形细胞瘤更有利，强调了IDH突变的预后强度。

在间变性胶质瘤和胶质母细胞瘤中进行的研究已经证明突变IDH和甲基化MGMT启动子的共同发生具有比单独的这些遗传畸变中的任一个更强的预后价值，与改善的存活相关，而与治疗无关。

IDH作为胶质瘤中的预测生物标志物

IDH突变对间变性胶质瘤的化疗反应具有预测价值。一项大型随机对照试验(RTOG 9402)的进一步随访，将procarbazine /洛莫司汀/长春新碱(PCV)化疗联合放疗与单独放疗相比较，证明了该组合在IDH突变间隙性间质胶质瘤中的生存优势 。IDH突变肿瘤患者的中位总生存期为单独放疗患者为5.7年，而接受放疗和PCV治疗的患者为9.4年。相反，在同一试验中，PCV化疗加入放疗并未延长IDH野生型肿瘤患者的中位生存期(1.3 v1.8年)。

在IDH突变体(A)或IDH-野生型(B)肿瘤患者中，接受放疗(RT，蓝色曲线)或放射治疗加PCV(RT / PCV，黄色曲线)治疗的患者的总生存期。

对于“高风险”II级IDH突变型胶质瘤患者(即年龄小于40岁且接受过次全切除术或活组织检查的患者或患者)，一线PCV联合放疗联合放疗的益处也得到了证实。40岁或以上)。在患有IDH1突变的患者中，接受早期PCV加放疗的患者比单独接受放射治疗的患者具有更长的无进展生存期。然而，在后一项试验中，没有IDH突变的患者中的事件数量太小，无法确定该亚组治疗效果的相关性。

此外，IDH突变可作为潜在的治疗靶点，因为突变IDH的抑制剂已进入IDH突变患者的临床试验。一架 G-120和一架G-221分别是IDH1和IDH2突变酶的一流口服选择性抑制剂。临床前研究表明它们抑制突变体IDH活性和D-2-羟基戊二酸积累，并且在IDH突变体胶质瘤患者中正在进行I期研究以评估这两种化合物(NCT02073994和NCT02273739)。针对IDH1-突变体特异性肽的疫苗接种代表了目前在I期试验中在WHO II-IV级IDH1-突变体神经胶质瘤中研究的替代方法(NCT02193347，NCT02454634)。突变IDH抑制剂/疫苗的临床益处仍未解决，但如果引入临床实践，突变的IDH可作为对这些疗法的反应的预测生物标志物。

胶质瘤中的IDH检测

根据2016年WHO中枢神经系统肿瘤分类，建议对所有II级和III级胶质瘤患者以及年龄小于55岁的胶质母细胞瘤患者进行IDH突变状态评估。非常常见的IDH1突变可以使用识别R132H突变蛋白的抗IDH抗体通过免疫组织化学检测 。不太常见的IDH1和IDH2突变只能通过DNA测序鉴定。

突变IDH1(R132H)特异性免疫组织化学显示III级IDH-野生型胶质瘤(A)中IDH1突变蛋白的阴性免疫反应性和III级IDH-突变型神经胶质瘤(B)中的阳性免疫反应性。

通过免疫组织化学进行的IDH1测试是一种具有高灵敏度/特异性的可靠诊断方法，与DNA测序相比具有其他优点(即时间和成本效益，能够检测少数可通过测序测试遗漏的单个阳性细胞)。IDH1免疫组织化学可以在固定和石蜡包埋的组织样品上进行。据报道，免疫组织化学的敏感性和特异性高于测序的敏感性和特异性，但后一种技术可用于鉴定未通过免疫组织化学鉴定的罕见突变。如果免疫组织化学在低级别肿瘤或疑似继发性胶质母细胞瘤中呈阴性或不确定，则直接测序IDH1和IDH2应该通过基于PCR或下一代测序(NGS)的方法进行基因筛选非IDH1-R132H突变。技术的选择取决于实验室专业知识，可用于测试的设备，以及临床医生和病理学家的偏好。

用于检测 IDH突变的非侵入性方法正在开发中，包括通过数字PCR检测血浆中的IDH1突变和磁共振波谱，其允许检测肿瘤内2-羟基戊二酸的异常积累，这有可能有助于监测治疗反应。

解释免疫组织化学结果

除了少数例外，对于大多数具有IDH1-R132H突变的神经胶质瘤，检测样品中所有可识别的肿瘤细胞的细胞质免疫染色。阳性免疫反应通常在分化肿瘤组织方面是可靠的，但是阴性反应不排除突变。R132H抗体检测到大约90%的IDH突变。为了避免对IDH野生型的结果进行假阴性错误解释，应考虑免疫阴性低级别用于基于DNA的IDH测试，用于罕见的IDH1或IDH2突变之一。

确保IDH测试的质量

重要的是免疫染色方案和反应以及结果的解释是标准化的。可以使用常规用于诊断组织病理学检查的标准清单进行IDH1-R132H免疫染色。有关手动和自动免疫染色方案及结果解释的详细指南已发表。应优化抗IDH1-R132H免疫染色方案，包括阳性和阴性对照。应优化免疫染色方案以显示在IDH-突变病例(例如，少突神经胶质瘤)中具有很少或没有背景染色的不同肿瘤细胞标记，并且IDH-野生型病例(例如原发性胶质母细胞瘤)应明确为阴性。

患者选择

给予他们的诊断，预后和潜在的预测值，评估IDH1 / 2的地位应被纳入常规临床实践为所有原发性脑肿瘤。在RTOG 9402试验结果的基础上，IDH突变型间变性胶质瘤患者不应单独接受放疗，而应接受早期放射化疗和放疗。当需要医学治疗时，应该在患有II级IDH突变体胶质瘤的患者子集中考虑类似的方法。