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神外前沿
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亚东 | 首都医科大学
随着分子生物学技术的不断发展，分子生物学诊断已经成为决定多种肿瘤诊断和治疗的依据。在中枢神经系统肿瘤中，与中位生存期和放化疗反应相关的遗传和表观遗传学已被广泛研究，促进了脑肿瘤分类的进一步细化。自新的世界卫生组织(WHO)神经系统肿瘤分类(2016年修订版第四版)发布以来，胶质瘤的分类不再像以前那样只根据组织病理学进行分类，而是结合组织病理学的分子和遗传标志物进行分类。胶质瘤也根据有丝分裂指数和坏死程度分为I-IV级，高级别胶质瘤包括III级和IV级肿瘤。
Journal of Neurological Surgery Part A
ShuntScope-Guided Versus Free-Hand Technique for Ventricular Catheter Placement: A Retrospective Comparative Study of Intraventricular Catheter Tip Position and Complication Rate
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神经胶质瘤是一组起源于神经胶质细胞的脑肿瘤，占原发性恶性脑肿瘤的80%，且最常见的是多形性胶质母细胞瘤(GBM)，与不良预后相关，提出了表观遗传学研究的必要性。10-11易位（TET）酶是通过5-甲基胞嘧啶（5-mC）转化为5-羟甲基胞嘧啶（5-hmC）而参与活性脱氧核糖核酸（DNA）去甲基化的蛋白质。最近，除了被认为是DNA去甲基化的中间体外，5-hmC作为一种表观遗传学标记对基因表达调控有重要作用。DNA甲基化和羟基甲基化在不同肿瘤癌变过程中的基因表达调控中起着重要作用。TET2酶已被确定为结肠癌和血液恶性肿瘤的抑癌基因。TET2活性可通过基因突变直接或间接降低，特别是通过异柠檬酸脱氢酶（IDH）突变。自从WHO发布新的神经系统肿瘤分类以来，一些胶质瘤也根据IDH1或IDH-2是否突变进行分类。IDH催化α-酮戊二酸转化为D-2-羟基戊二酸，抑制TET家族5mC羟化酶，导致5-mC水平降低。
到目前为止，只有少数研究描述了DNA羟甲基化在胶质瘤中的作用，该综述的主要目的是介绍神经胶质瘤中DNA羟甲基化的最新进展，重点关注DNA羟甲基化的临床意义，尤其是与生存率的相关性。
图1：表观遗传修饰与胶质瘤诊断和治疗之间的关系示意图。
5-羟甲基化在种非神经胶质瘤肿瘤中的作用
研究表明，乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、黑色素瘤等多种实体肿瘤中5-hmC水平降低。Chen等人报告了5-hmC水平降低与癌症进展和不良生存率之间的关系；结果也证明了低5-hmC水平与晚期TNM分期(肿瘤大小，淋巴结转移和远处转移)显著相关。Misawa等研究了117例原发性头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)患者的5-hmC水平，并与正常组织进行了比较，结果表明5-hmC水平在HNSCC中显著降低。Lian等人研究了黑色素瘤中的5-hmC水平，5-hmC缺失与肿瘤进展相关，与黑色素瘤分期和临床无复发生存率相关。Thomson等也报道了肝癌中5-hmC的缺失。这些结果支持5-hmC缺失可能成为黑色素瘤诊断和预后标志物的观点。
5-羟甲基化在胶质瘤中的作用
Lai等人在2014年分析了54个胶质瘤组织样本和24个脑对照组的基因甲基化水平。结果表明，与免疫反应相关的低甲基化基因是负责转录调控网络的高甲基化基因的两倍多。这些研究的结论是，5甲基-脱氧胞苷被证明是最有利的甲基化标记。控制细胞分化基因的高甲基化水平与总生存期的不良预后相关。Ma等研究结果显示，IL11、RRAD、MS4A6A、SNAPC2、ALDH1A3、ADCY1、MMS19L和THSD4等特定基因的高甲基化与短生存期显著正相关。此外，在短期生存的GBM样本中，高甲基化基因的表达降低，这可能表明甲基化的调节是基因下调的主要机制。García等提出胶质瘤TET2酶在其羟甲基化方面表现出频繁的表观遗传失调；TET2在原发性GBM中表达降低。此外，García等提出了TET2在胶质瘤细胞神经分化调节中的作用，强调了其在脑肿瘤中的抗肿瘤作用。
讨论
一些分子标志物与肿瘤分级、治疗反应和总生存期等临床特征的相关性研究主要集中在GBM中。Jacobs等对163例有胶质瘤家族史个体的肿瘤标本进行了分子亚型分析，结果显示，不同亚型在散发和家族性胶质瘤病例中的分布具有可比性。在Collins等的研究中，IDH-1突变被证明是与高级别胶质瘤患者较好预后相关的独立因素。它们还作为特定的遗传标记与替莫唑胺（TMZ）疗效超过PCV化疗方案（普鲁卡因、洛莫司汀和长春新碱方案）；TMZ 21天和5天治疗效果相关。结果显示，与PCV相比，具有o6 -甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(MGMT)甲基化的患者从TMZ中获益更多，且TMZ 5天疗程后的生存率更高。因此，IDH突变的存在已成为新的WHO神经系统肿瘤分类系统的一个关键部分。这一结果鼓励寻找新的遗传标记，将影响疾病的临床病程。
甲基化调控被认为是基因表达下调的重要机制。一些研究证明，基因控制细胞分化的高甲基化与GBM患者总体生存的不良预后相关。5-hmC水平升高是终末分化细胞的特征。许多肿瘤如乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、黑色素瘤、肝癌和神经胶质瘤中5- hmc的含量均降低。在这些肿瘤中，低5-hmC水平不仅与较高的TNM分期相关，而且与较差的无病生存期相关。与健康组织相比，GBM组织中5-hmc水平降低。此外，5-hmC水平降低与GBM进展相关。与未检测到5-hmC的GBM样本相比，5-hmC阳性GBM患者的生存期有缩短的趋势。由于在多种恶性肿瘤中观察到5- hmc丰度的降低，它可能成为一种新兴的癌症生物标志物。
高级别胶质瘤中TET家族酶活性的降低与5-hmC的低水平有关。TET3可能成为GBM的潜在预后标志物，TET3高表达水平与GBM患者较好的预后相关，但还需要更多的研究。另一方面，Takai等的研究表明，前神经元性GBM细胞含有高水平的5hmC和TET1。此外，5hmC激活了Prmt1的染色质靶点(CHTOP) -甲基化复合体，导致H4R3甲基化和癌症相关基因的激活。这些结果与上述不同癌症中5hmC水平显著降低的研究结果相反。Takai等人用培养条件或肿瘤亚型的差异解释了这种差异。对不同亚型的GBM标本进行5hmC分析发现，IDH-1突变阴性的原发前神经元型GBM的5hmC水平显著高于其他亚型。这些结果证实了5hmC不仅是去甲基化的中间产物，也是一种表观遗传标记。
结论
在大多数研究中，5-hmC水平的降低与包括GBM在内的不同癌症的低生存率和晚期TNM分期相关。尽管如此，仍有报告显示前神经元GBM细胞中5-hmC水平升高。未来的研究可能会进一步揭示这一参与高级别胶质瘤发病的表观遗传机制，并有助于开发新的靶向治疗方法。
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