Генетические биологические маркеры глиальных опухолей головного мозга: мутации в генах изоцитратдегидрогеназ 1 и 2

В настоящее время во всем мире отмечается рост заболеваемости опухолями ЦНС, которая, по данным CBTRUS за 2010–14 гг., в возрасте от 15 до 39 лет составляет 10,94 на 100 тыс. населения в год, в возрасте старше 40 лет – 40,82 на 100 тыс. населения. Смертность в возрастной группе 15–39 лет составляет 0,94 на 100 тыс., старше 40 лет – 8,94 на 100 тыс. населения [1]. Глиомы представляют собой наиболее распространенную первичную опухоль головного мозга, а различные гистологические подтипы отличаются по спектру агрессивности и ответу на терапевтическое воздействие. При этом влияние прогностических факторов на исход более значимо, чем какие-либо минимальные изменения в лечебном воздействии. К клиническим факторам, оказывающим наиболь- шее влияние на исход лечения, относятся возраст пациента, гистологический тип опухоли и общее состояние больного перед операцией [2–5]. Также было показано, что наличие судорожного синдрома в предоперационном периоде у пациентов с глиомами различной степени злокачественности связано с лучшими показателями выживаемости [6–8].

Помимо клинических факторов, существенное влияние на исход заболевания оказывают молекулярно-генетические характеристики опухолей. К наиболее значимым для глиом генетическим нарушениям относятся мутации в генах изоцитратдегидрогеназ 1 и 2 (IDH1 и IDH2), определение которых необходимо для уточнения диагноза в соответствии с обновленной классификацией опухолей мозга ВОЗ [9]. Установлено, что мутации

IDH1/2 встречаются с высокой частотой (70–80 %) при глиомах низкой степени злокачественности [10] и вторичных глиобластомах и ассоциированы с хорошим прогнозом.

Целью исследования явилась оценка связи между клиническими прогностическими факторами и мутациями IDH1/2 при глиомах.

Материал и методы

В исследование были включены 147 пациентов с глиальными опухолями головного мозга, находившихся на лечении в клинике нейрохирургии и нервных болезней Военно-медицинской академии в период с 2014 по 2017 г. Критериями включения являлись: возраст от 18 лет, опухоли головного мозга, гистологическая характеристика которых соответствует диффузным астроцитарным и олигодендроглиальным опухолям, другим астроцитарным опухолям. Средний возраст начала заболевания составил 43,77 ± 14,91 года. В исследование вошли 76 мужчин (51,70 %) и 71 (48,3 %) женщина. Всем больным было выполнено иссле- дование частых мутаций в генах IDH1 (экзон 4) и IDH2 (экзон 4) в опухолевой ткани посредством высокоразрешающего анализа кривых плавления ПЦР-продуктов и секвенирования.

Статистический анализ выполнялся c использованием программы STATISTICA for Windows (версия 10). Сравнение количественных параметров (возраст) осуществлялось с помощью критериев Манна – Уитни, медианного χ ² и модуля ANOVA. Сопоставление частотных характеристик качественных показателей (локализация, гистология, степень злокачественность, факт наличия эпилептических приступов) проводили с помощью непараметрических методов χ ², χ ² с поправкой Йетса (для малых групп), критерия Фишера. Принципиально важное для оценки наличия мутации IDH1/2 пороговое значение возраста получено с помощью метода построения классификационных деревьев. Анализ выживаемости и длительности безрецидивного периода на основе цензурированных наблюдений проводили с использованием метода Каплана – Мейера.

таблица 1/table 1

клинико-морфологические параметры опухолей головного мозга в зависимости от наличия мутаций в генах idh1/2

association of clinical/morphological parameters of brain tumors with idh1/2 mutations

Характеристика/Characteristics	Опухоли без мутации/ Tumors having no mutations in IDH1/2 (n=82)	Опухоли с мутацией/ Tumors with mutations IDH1/2 (n=65)	Результат сравнения групп/ Statistical difference
Средний возраст/Mean age	47,2 ± 15,0	39,5 ± 13,8	p<0,01
Гистологический тип/Histological type
Субэпендимарная астроцитома (n=1)/ Subependymal astrocytoma (n=1)	1 (100 %)	0 (0 %)
Диффузная астроцитома (n=40)/ Diffuse astrocytoma (n=40)	28 (70,0 %)	12 (30,0 %)
Олигодендроглиома(n=22)/ Oligodendroglioma (n=22)	0 (0 %)	22 (100 %)	p<0,001*
Анапластическая астроцитома (n=36)/ Anaplastic astrocytoma (n=36)	18 (50,0 %)	18 (50,0 %)
Глиобластома (n=48)/ Glioblastoma (n=48)	35 (72,9 %)	13 (27,1 %)
Степень злокачественности/Differentiation grade
Grade I (n=1)	1 (100 %)	0 (0 %)
Grade II (n=51)	28 (54,9 %)	23 (45,1 %)
Grade III (n=47)	18 (38,3 %)	29 (61,7 %)	p<0,01**
Grade IV (n=48)	35 (72,9 %)	13 (27,1 %)
Пол/Sex
Мужской/Male (n=76)	43 (56,6 %)	33 (43,4 %)
Женский /Female (n=71)	39 (54,9 %)	32 (45,1 %)	p>0,05
Наличие эпилептических приступов/Presence of epileptic seizures
Да/Yes (n=84)	39 (46,4 %)	45 (53,6 %)
Нет/No (n=62)	42 (67,7 %)	20 (32,3 %)	p<0,05
Продолжительность жизни, grade III/ Life span, grade III (n=46)	n=18	n=28
Медиана, сут/Medium, days	476	678,6	p>0,05
Длительность безрецидивного периода, grade III/Disesae-free time, grade III (n=46)
Медиана, сут/Medium, days	243,2	678,2	p>0,05

Рис. 1. Длительность безрецидивного периода у больных с глиальными опухолями головного мозга (grade III) с наличием и отсутствием мутации IDH1/2

Fig. 1. Disease-free time in patients with grade III brain tumors with or without IDH1/2 mutations

Рис. 2. Продолжительность жизни у больных с глиальными опухолями головного мозга (grade III) с наличием и отсутствием мутации IDH1/2

Fig. 2. Survival of patients with brain tumors (grade III) with or without IDH1/2 mutations

Результаты

Основные характеристики включённых в исследование пациентов и выявленные ассоциации представлены в табл. 1. В анализируемую группу вошли 1 (0,7 %) случай субэпендимарной астроцитомы, 40 (27,2 %) – диффузной астроцитомы, 22 (15 %) – олигодендроглиомы, 36 (24,5 %) – анапластических астроцитом, 48 (32,7 %) – глиобластом. Частота мутаций IDH1/2 во всей выборке составила 65/147 (44,2 %), при этом их встречаемость существенно отличалась при разных гистологических типах опухолей. Чаще всего мутации наблюдались при олигодендроглиомах (100 %) и анапластических астроцитомах (50 %), значительно реже при диффузных астроцитомах (30 %) и глиобластомах (27,1 %) (p<0,001). Низкая частота мутаций IDH1/2 в группе больных с глиобластомами свидетельствует о преобладании в нашей выборке первичных глиобластом.

По степени злокачественности глиом изучаемые случаи распределялись следующим образом: grade I – 1 (0,7 %) пациент, grade II – 51 (34,7 %), grade III – 47 (32 0 %), grade IV – 48 (32,7 %). Мутации IDH1/2 наиболее часто встречались при grade III (61,7 %) и grade II (45,1 %), и реже при grade IV (27,1 %) (p<0,01).

Присутствие мутаций IDH1/2 ассоциировалось с более молодым возрастом установки диагноза: у пациентов с мутациями средний возраст составил 39,5 ± 13,8 года, тогда как в остальных случаях – 47,2 ± 15,0 лет (p<0,01). Для определения порогового значения возраста, с наибольшей достоверностью разграничивающего случаи с наличием и отсутствием мутаций IDH1/2, был применен логико-структурный анализ методом построения классификационных деревьев. При его использовании было получено пороговое значение, соот- ветствующее 39 годам. В группе больных моложе 39 лет мутации IDH1/2 выявлялись достоверно чаще (63,2 %, n=36) в сравнении с группой больных 39 лет и старше (32,2 %, n=29) (p<0,001, отношение шансов (Odds Ratio, OR) составило 3,6 (95 % ДИ 1.87.2).

Генетические повреждения IDH1/2 ассоциировались с локализацией опухоли в лобной и теменной долях головного мозга (табл. 2). Их частота в глиомах лобной и теменной доли составила 39/73 (53,4 %) и 19/31 (61,3 %) соответственно, что оказалось значительно выше, чем в глиомах без вовлечения этих областей, – 26/74 (35,1%) и 46/116 (39,7%) соответственно, p<0,05 для обоих сравнений. Схожие результаты были представлены в работе F. Stockhammer et al. [10], в которой выявлена связь между мутацией в генах, кодирующих изоцитратдегидрогеназы 1/2, и локализацией опухоли в островковой и лобной долях головного мозга.

Анализ клинических проявлений глиом выявил, что встречаемость эпилептических приступов значительно выше у больных с IDH1/2-позитивными опухолями (45/65, 69,2 %), чем при отсутствии мутации (39/81, 48,2 %) (p<0,05). Эти данные согласуются с результатами предыдущих исследований [11–14]. При сочетании указанных факторов (локализация опухоли в лобной или теменной доле, наличие эпилепсии, возраст моложе 39 лет) частота мутаций IDH1/2 достигла 21/27 (77,8 %) и оказалась намного выше, чем у остальных пациентов (44/119 (37,0 %), OR=5,97, 95 % ДИ: 2,24–15,91, p=0,0003).

Таким образом, исходя из полученных нами данных, при локализации опухоли в лобной или теменной долях головного мозга, возрасте начала заболевания до 39 лет и при наличии в клинической картине эпилептических приступов можно предполагать наличие мутации в генах IDH1/2.

таблица 2/table 2

Частота встречаемости мутаций idh1/2 в зависимости от локализации опухоли в центральной нервной системе frequency of idh1/2 mutations in different lobes of brain tumors

Доля головного мозга/ Lobe of the brain	Наличие мутации IDH1/2/ IDH1/2 mutation		Достоверность различий/ Statistical significance
	Вовлечена/ Presence of mutation	Не вовлечена/ Absence of mutation
Лобная доля/Frontal lobe	53,42 % (39/73)	35,14 % (26/74)	p<0,05
Височная доля/Temporal lobe	36,21 % (21/58)	49,44 % (44/89)	p>0,05
Теменная доля/Parietal lobe	61,29 % (19/31)	39,66 % (46/116)	p<0,05
Затылочная доля/Occipital lobe	14,29 % (1/7)	45,71 % (64/140)	p>0,05
Парацентральная долька/Paracentral lobule	55,00 % (11/20)	42,52 % (54/127)	p>0,05
Проводящие пути/Pathways	16,67 % (1/6)	45,39 % (64/141)	p>0,05

В группе из 46 пациентов с глиомами grade III была выполнена также оценка длительности без-рецидивного периода и общей продолжительности жизни в зависимости от статуса генов IDH1/2. Оба показателя оказались выше у больных с мутациями IDH1/2, хотя различия не были статистически значимыми (рис. 1, 2). Медиана длительности безрецидивного периода в группе пациентов с наличием мутаций составила 678,2 сут, в группе с отсутствием – 243,2 сут. Медиана общей продолжительности жизни у больных с наличием мутаций составила 678,6 сут, с отсутствием таковых – 476,0 сут. Таким образом, качественный анализ показал более благоприятное течение заболевания у больных с глиальными опухолями головного мозга (grade III) с наличием мутации IDH1/2.

Обсуждение

При изучении любого заболевания необходим поиск доступных для анализа клинических и молекулярных маркеров. В случае первичных опухолей головного мозга важным является поиск биологических маркеров, которые отражают не только прогноз, но и характер течения заболевания, в частности эпилептогенез [10, 15, 16].

В ряде исследований показано, что мутации в генах, кодирующих изоцитратдегидрогеназы 1 и 2 типов, играют существенную роль в патогенезе глиом головного мозга. Связанные с ними метаболические нарушения ассоциируются со скоростью прогрессирования опухолей, вторичной трансформацией глиом низкой степени в глиомы высокой степени злокачественности [16], а также с развитием эпилепсии [10]. Изоцитрадегидрогеназа 1 типа является цитоплазматическим ферментом, а также содержится в пероксисомах, в то время как изоцитратдегидрогеназа 2 типа представлена в митохондриях. Функция изоцитратдегидрогеназ заключается в окислительном декарбоксилировании изоцитрата, который превращается в α-кетоглутарат. Наиболее распространённые (>90 % случаев) мутации вызывают замену аргинина (R132) на гистидин в IDH1 и аргинина (R172) на лизин в IDH2 [17]. Эти мутации приводят к снижению уровня нормального метаболита α-кетоглутарата и избыточному накоплению 2-гидроксиглутарата, который рассматривается как онкометаболит [11]. Более того, 2-гидрокси-глутарат схож по своей структуре с глутаматом, что приводит к активации NMDA рецепторов и развитию эпилепсии [10]. По результатам нашего исследования, эпилепсия наблюдалась в 69,2 % (45/65) в группе больных с мутациями IDH1/2. Эти данные хорошо согласуются с рядом работ, в которых также показана связь между мутациями изоцитратдегидрогеназ 1 и 2 и развитием эпилепсии [13, 14].

Результаты клинических исследований показали, что глиомы с IDH-мутацией составляют отдельную группу, характеризующуюся относительно благоприятным течением заболевания по сравнению с опухолями без мутации [18, 19]. В нашем исследовании было продемонстрировано увеличение как длительности безрецидивного периода, так и общей продолжительности жизни в группе пациентов с глиальными опухолями головного мозга (grade III) при наличии мутаций IDH1/2.

Заключение

Присутствие мутаций в генах IDH1/2 ассоциировано с локализацией глиальных опухолей в лобной и теменной долях головного мозга и с клиническими прогностическими факторами: с более молодым возрастом начала заболевания, присутствием в клинической картине эпилептических приступов. Для пациентов с наличием мутаций IDH1/2 характерно более благоприятное течение заболевания.