脑胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发性肿瘤，IDH1/2基因点突变在WHO II和Ⅲ级胶质瘤，继发性多形性胶质母细胞瘤(secondary glioblastoma multiforme，sGBM)，原发性多形性胶质母细胞瘤(pGBM)^{[1, 2, 3]}以及急性髓性白血病(acute myeloid leukemia，AML)^[4]等肿瘤中均有不同频率的发生。 1 IDH突变与脑胶质瘤基因组高甲基化 1.1 IDH突变与脑胶质瘤细胞DNA甲基化紧密联系

现在普遍认为IDH突变是胶质瘤发生发展过程中的早期分子事件，IDH突变的有无提示着不同的肿瘤发生机制^[5]，IDH突变的肿瘤往往具有更好的预后，因此IDH突变可作为一个有用的指标对胶质瘤进行分类和预后判断^{[6, 7]}。同时，DNA甲基化的改变在胶质瘤中得到广泛研究，发现基因启动子相关CpG岛的高度甲基化在某些亚型中普遍存在，部分研究说明特殊DNA甲基化特征对肿瘤的分类和预后判断具有一定的生物指标作用^[8]。

CpG岛甲基化表型(Cpg Island Methylator phenotype，CIMP)最早在人类结直肠癌中提出，指一部分肿瘤的某些特定基因的CpG岛出现高度甲基化^[9]。通过对来源于TCGA(The Cancer Genome Atlas)的272份GBM样本的甲基化特征进行分析，Noushmehr等^[10]将这些GBM的甲基化状况分成三类，其中第一类的特征与结直肠癌的CIMP极为相似，因此具有第一类甲基化特征的GBM被视为表现出“胶质瘤特有的CpG岛甲基化表型”(Glioma-CpG Island Methylator Phenotype，G-CIMP)。这类G-CIMP阳性的GBM(G-CIMP+GBM)共有24例，占全部标本的8.8%。进一步对IDH1突变与G-CIMP之间相关性进行分析发现，检测到的18例IDH1突变全部来源于G-CIMP+GBM(18/23)，184例无G-CIMP的GBM中则没有出现一例IDH1突变。在另外一组100例胶质瘤(WHOII,III,IV)的独立实验中，48例IDH1突变胶质瘤有35例为G-CIMP阳性，而在52例没有IDH1突变的胶质瘤中，仅有3例为G-CIMP阳性。具有G-CIMP的胶质瘤其最初诊断时的平均年龄更小，患者平均生存时间则更长。这点与IDH1突变胶质瘤十分相似^{[2, 11]}。Turcan等^[12]发现在低级别(WHO I和II级)胶质瘤(Low Grade Gliomas，LGGs)中，IDH突变和G-CIMP之间的相关性更加明显。

在整个胶质瘤群体里，G-CIMP与IDH突变在不同级别和亚型间的分布特征高度相似。Noushmehr^[10]对60例WHO II级和92例WHO III级胶质瘤的G-CIMP发生情况进行了分析，发现在WHO II级胶质瘤中G-CIMP发生率是GBM的十几倍，WHO III级胶质瘤中G-CIMP发生率则稍低于WHO II级胶质瘤。IDH突变在WHO II和Ⅲ级胶质瘤和继发性胶质母细胞瘤中突变率远远高于在原发性多形性胶质母细胞瘤(pGBM)中的发生频率^[13]，这与G-CIMP的分布特征具有很高的一致性。Laffaire^[14]等对包括33例低级别胶质瘤、36例GBMs在内的一系列胶质瘤样本的807个基因(1536CpGs)的甲基化特征进行了分析，他们的结果提示分别按IDH突变和基因甲基化状态(G-CIMP)对胶质瘤进行分类，得到的结果具有高度一致性。 1.2 突变IDH的表达直接引起脑胶质瘤DNA甲基化改变

通过对胶质瘤DNA甲基化和IDH突变进行全基因组的检测，可观察到两者之间存在统计学上的高度相关性。不仅如此，近年来的许多研究表明在细胞和动物模型中表达外源突变IDH可引起同样的DNA甲基化改变，获得胶质瘤特有的CpG岛甲基化表型(G-CIMP)。Turcan等^[12]通过实验找到了IDH1/2基因突变导致G-CIMP的直接证据。他们将野生型IDH1基因和突变IDH1基因分别转入人类永生化星形胶质细胞之中，考虑到出现明显的甲基化改变需要一定时间的积累，所以处理后的星形胶质细胞经过超过50代的培养，实验结果显示只有转入了突变IDH1基因的永生化星形胶质细胞形成了G-CIMP，并且与具有内源IDH1突变的低级别胶质瘤细胞相比，它们的基因组甲基化特征极为相似。这说明单纯的IDH1/2基因突变就能引起这种高甲基化的的表现。 1.3 IDH突变与脑胶质瘤组蛋白甲基化改变

IDH突变不仅能导致肿瘤DNA甲基化的改变，它对肿瘤组蛋白的甲基化修饰同样有着重要影响^[15]。在人类永生化星形胶质细胞中转入突变IDH1后，Turcan等^[12]观察到细胞组蛋白上H3K9me2,H3K27me3，H3K36me3的水平显著升高，提示突变IDH1能使组蛋白转录后修饰发生改变，这种改变主要发生在某些组蛋白的几个特殊氨基酸位点上，且在特定位点上的具有一定的修饰形式(如单、双或三甲基化)。Lu等^[15]报导在一组少突胶质瘤样本中，相对于表达野生型IDH1的胶质瘤细胞，IDH1基因突变的胶质瘤细胞具有更高的组蛋白甲基化程度，H3K27me3和H3K9的双或三甲基化水平明显高于对照组，而H3K4me3的水平没有明显改变，这提示IDH突变更倾向于提高组蛋白的抑制性甲基化修饰。另外在293T细胞中异位表达突变IDH1使组蛋白甲基化程度明显提高，且这种改变与胞内2-HG的水平密切相关。 1.4 IDH突变与急性髓性白血病基因组甲基化改变

同样在AML中，Figueroa等^{[15, 16, 17]}的实验证实基因组的高甲基化与IDH1/2基因突变密切相关。为了证实IDH1/2突变与髓系白血病细胞基因组甲基化之间的关系，Sasaki等^[17]使用lox-stop-lox(LSL)系统将IDH1(R132H)引入到小鼠IDH基因位点，建立突变IDH1基因敲入小鼠(Idh1LSL/WT)。再通过与LysMCre小鼠交配繁殖，得到了生长发育良好，具有正常的生命周期和繁殖能力的LysM-KI小鼠，这也是第一个IDH1(R132H)基因敲入小鼠模型。在LysM-KI小鼠中发现突变IDH的表达引起早期造血细胞的数量升高，髓系血细胞的组蛋白明显高甲基化，DNA甲基化状态与含突变IDH1/2的AML细胞基因甲基化状态极为相似。该动物模型实验说明IDH突变与基因组高度甲基化有直接的关系，而这种表观遗传学改变对造血细胞的分化产生了影响。 1.5 IDH突变致肿瘤基因组高甲基化的机制

突变IDH催化合成2-羟基戊二酸(2-hydroxyglutarate,2-HG)^[18]，2-HG能作为a-酮戊二酸(a-ketoglutarate，a-KG)的拮抗剂，竞争性抑制α-KG依赖的双加氧酶类^[19]。因此在IDH1/2突变的肿瘤细胞中，DNA和组蛋白的高甲基化很可能是因为大量积聚的2-HG抑制了TET(ten-eleven translocation)家族的DNA甲基双加氧酶TET2和组蛋白脱甲基酶JHDMs(Jumonji-C domain histone demethylases)家族等的酶活性^{[12, 15]}。而2-HG也正是通过抑制体内多个重要双加氧酶的活性来改变细胞的增殖和生长方式，进而诱发肿瘤。 2 IDH突变导致细胞分化阻滞

近年来的大量研究结果提示IDH突变抑制了肿瘤细胞的分化功能，使肿瘤细胞保持在低分化状态，干性特征增强^{[12, 15, 16]}。IDH突变胶质瘤细胞与突变阴性肿瘤细胞或正常组织相比，其基因的差异性表达主要体现在分化相关基因上，如GATA1和GATA2及它们的直接靶基因^{[10, 16]}。

Lu等^[15]利用逆转录病毒转染技术使来源于p16/p19-/-小鼠脑组织的神经细胞球表达突变IDH，在促使细胞向星型胶质细胞分化的培养条件下，IDH突变的神经干细胞未表达星型胶质细胞标志蛋白GFAP，而是持续表达神经干细胞标志物B3-tubulin。Sasaki等^[17]在其建立的LysM-KI小鼠模型中，观察到突变IDH的表达阻滞了造血细胞的正常分化。Losman等^[20]报导在红细胞白血病肿瘤细胞系TF-1的培养中加入R-2-HG或在基因组外表达突变IDH,可以使肿瘤细胞的表观遗传特征发生改变，细胞的分化能力降低，总体上恶性特征增强。另外他们还进一步验证了在肿瘤治疗中以突变IDH为抑制靶点的可行性。

关于突变IDH影响细胞分化的的具体分子机制目前还不是很清楚，但可以肯定的是，基因组甲基化的改变是其中十分重要的途径之一。值得注意的是，突变IDH引起DNA的CIMP和组蛋白的抑制性甲基化标记水平升高，这两种表观遗传学的改变均能使大量基因的表达异常，包括一系列分化调节基因。例如Lu等^[21]进一步对IDH1/2突变软骨肉瘤标本中的启动子表现高度甲基化的基因进行DAVID分析发现，甲基化最显著的基因包括RARA,PDGFRA,BCOR等分化相关的重要调节基因，说明IDH1/2突变在软骨肉瘤中可能通过改变基因的表观遗传特征，对肿瘤细胞的干性维持有着重要作用。因此可以推测IDH突变导致的直接病理结局是：阻滞细胞的分化功能，促使细胞转化和肿瘤发生。另外需要指出的是，IDH突变的存在提示更好的预后，这种临床现象是IDH突变后对脑胶质瘤细胞各种作用的综合体现，而阻滞分化的效果只是其多种作用的一个方面，因此这两种现象并不矛盾。 3 靶向抑制突变IDH可促进肿瘤细胞分化

AGI-5198是经筛选得到的一种IDH1 R132H突变型的小分子抑制剂，Rohle等人^[22]以一个含有内源性IDH1 R132H突变的少突胶质细胞瘤细胞系为实验对象探索AGI-5198的作用。他们发现在体外培养条件下，加入AGI-5198能使培养的少突胶质细胞瘤细胞减少40%～60%。在该肿瘤细胞系的异位移植小鼠模型上，AGI-5198同样能表现出对植入肿瘤的生长抑制作用。对模型中经过AGI-5198治疗的胶质瘤细胞进行分析发现细胞中增殖标志物的表达水平明显降低，而凋亡特征没有改变，这提示AGI-5198抑制IDH1(R132H)后的作用主要是抑制了肿瘤细胞的生长而非诱导其凋亡。进一步对基因组分析发现，几个参与细胞分化的基因表达上调，这些基因启动子区域组蛋白上H3K9me3和H3K27me3等抑制性标记明显减少，说明AGI-5198能引起肿瘤细胞组蛋白修饰的改变，从而改变基因表达。Rohle的实验表明针对突变IDH 1的靶向抑制在体内和体外都能阻碍胶质瘤细胞的生长，并且这种增殖抑制作用很可能是通过促进肿瘤细胞分化来实现的^[22]。另外在该实验中有一个现象值得注意，那就是使用低剂量抑制剂处理肿瘤时细胞的生长被抑制，但其DNA的甲基化状态并未改变。这提示肿瘤的生长抑制可能不是来源于有关基因的重新去甲基化，或者基因去甲基化只是诱导生长抑制的因素之一，从而针对突变IDH的抑制和特异针对甲基化调节酶的抑制，其结果可能会有所不同。

另一个实验组Wang等人^[23]用特异性IDH2(R140Q)抑制剂AGI-6780处理造血系统肿瘤细胞。Wang得到了与Dan Rohle相似的结果，AGI-6780能促进AML细胞的分化，分化相关基因的表达同样有明显改变。不管是在红细胞白血病细胞系还是在AML细胞，AGI-6780均能大量减少2 HG的含量，甚至可降至正常生理水平。这与之前提示IDH突变合成2 HG致细胞分化有关基因表达抑制的研究相符，说明IDH的突变导致了肿瘤细胞分化障碍，而突变蛋白质的靶向抑制剂可解除阻滞促进分化，降低肿瘤恶性并抑制生长。

含有IDH1基因突变的胶质瘤细胞的动物实验现在只限于异位肿瘤移植小鼠模型，而原位肿瘤移植模型甚至含有内源性IDH 1基因突变且能在大脑形成肿瘤的基因工程小鼠模型会大大帮助我们了解IDH 1突变体抑制剂在肿瘤患者的疗效，因为血脑屏障的存在很可能明显降抑制物的治疗效果。通过AGI-6780的IDH2(R140Q)的靶向抑制可以明确地诱导AML细胞(来自具有IDH 2(R140Q)突变的患者)的分化，但其他包含IDH 1/2基因突变的肿瘤细胞是否会对特异抑制性小分子有同样令人乐观的反应还急需实验来验证。但总的说来，Rohle和Wang等人^{[22, 23]}的实验揭示了用小分子物质靶向抑制IDH突变体来控制肿瘤的可能性。特别是突变IDH 1/2只存在于肿瘤细胞，因此正常组织细胞对抑制性药物具有很好的耐受性。 4 小结

IDH基因的突变能引起细胞代谢、表观遗传和分化特征的改变，对于突变IDH1/2的致瘤机制存在多种理论^{[24, 25]}。本文系统综述了肿瘤表观遗传学改变引起分化阻滞的作用及其相关机制，为寻找新的治疗靶点提供了新思路。随着进一步在动物模型上完善在体实验及具有更好特异性和效果的药物分子的开发，选择性抑制突变IDH1/2的治疗方法很有希望在不远的将来使大量肿瘤患者受益。