胶质瘤的蛋白质组学和基因组学研究进展

　　胶质瘤是发生于神经外胚叶组织的肿瘤。来源于神经外胚层的肿瘤有两类，一类由神经间质细胞形成，称为胶质瘤：另一类由神经元形成，称神经元肿瘤，但由于从病原学与形态学上不能将这两类肿瘤完全区别，一般也统称为胶质瘤。我国胶质瘤年发病率为3-6入/10万人，年死亡人数达3万人，以男性较多见，年龄大多见于20-50岁间，以30-40岁为最高峰。

　　对胶质瘤的治疗一般主张综合治疗，即以手术治疗为主，术后配合以放疗、化疗等。但由于胶质瘤呈浸润性生长，和正常脑组织无明显界限，手术难以完全切除，且易复发，故临床疗效差，特别是胶质母细胞瘤(glioblastoma，GBM)的中位生存期只有12～14月.5年生存率不足2%.75%死于诊断后18月内。要提高患者的长期生存率，就要对胶质瘤进行早期诊断并综合治疗。

　　胶质瘤病理分型主要依据于传统光镜下细胞形态及其侵袭程度，再辅以免疫组化技术进行判定，与病理医师的工作经验和诊断水平等主观因素有关。统计显示，对不同病理医生胶质瘤的病理诊断偏差率在23%-43%.在高级别的肿瘤中更常见，同时由于胶质瘤频发异质性，更使得这种病理分级存在诸多不足，而准确的胶质瘤病理分型是把握病情、提出合理诊治方案以及准确判断治疗效果的基础。

　　近20年来由于蛋白质组学和基因组学(特别是基因芯片技术)的出现和发展，使得从整体的角度分析胶质瘤组织细胞内所有蛋白、基因成为可能，它也为进一步认识胶质瘤发病机制、界定胶质瘤分级分型、进行生物靶点治疗和判断预后等打下基础。本文就蛋白质组学和基因组学技术在胶质瘤中的应用做一简要概述。

　　一、蛋白质组学在胶质瘤中的应用

　　胶质瘤组织主要由DNA复制、转录、翻译及其修饰形成的各种蛋白组成，蛋白质的表达变化能够在一定程度上反映胶质瘤的病理变化，可以从中选出其相应的蛋白标记物进行疾病诊断和靶点治疗。

　　Khalil对56例各类型胶质瘤运用基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪(MALD1-TOF MS)分析，较正常组织筛选出211个差异蛋白，鉴别了91个，其中20个是首次报道，GBM中白蛋白、过氧化物酶4和SH3结构域上调。Collet等同样通过双向差异凝胶(2D-DIGE)和质谱(MS)技术鉴定了22个蛋白，血液相关蛋白和细胞骨架蛋白较多。Park等还鉴定出转甲状腺素蛋白。这些差异表达的蛋白将来都有可能会作为胶质瘤的标记物。

　　在胶质瘤分型分类方面，Li等对10例星形胶质细胞瘤和4例正常脑组织对比分析，鉴定出大约500个差异表达蛋白，有9个蛋白仅在肿瘤组织中表达，主要为一些转录因子和生长因子，其中4个蛋白仅存在于Ⅱ级星型细胞瘤中，而在高级别的Ⅲ级或Ⅳ级中不表达。Schwartz等对127例胶质瘤患者分析，按患者平均生存时间长短分为两组(生存期分别为小于15个月和大于90个月)，2组的蛋白表达差异明显，出现24个差异点。

　　Brennan等对手术切除的27例胶质瘤组织进行蛋白质组学研究，同时与来自The Cancer Genome Atlas(TCGA)数据库的243例GBM的基因表达谱进行比较，按胶质瘤信号转导通路相关蛋白的表达差异将其分为3个亚型，即表皮生长因子受体(EGFR)激活型、血小板衍生因子受体(PDGFR)激活型和Ras调节因子NF1失活型。这种按信号通路划分的方法有利于理解GBM的发病机制、生物学行为及选择最佳的治疗决策。

　　在实验室和临床干预方面，出现了一些针对特异蛋白及其相应基因的治疗，如运用液质联用(LC-MS)发现一种特殊蛋白——WHSC1。WHSC1基因是与Wolf-Hisrchhom综合征有关的基因，存在于患者的半合子缺失的基因组区域中，它的表达最与肿瘤的增殖活性增加相一致。在体外培养的肿瘤细胞系中，用RNA干扰技术阻断WHSC1基闪表达从而抑制胶质瘤细胞的生长，将来有可能发展为一种新的治疗胶质瘤方法。

　　另外，多数胶质瘤蛋白质组学和基因芯片研究都能发现肿瘤血管内皮生长因子(VEGF)表达上调，VEGFR可以促发几条下游信号通路(PI3K/AKT/mTOR 、Ras/Raf/MAPK、PKC)，异常激活胶质瘤的信号转导。将胶质瘤组织中的血管与正常脑组织内血管通过显微方式取出，经酶切成多肽，比较二者的多肽谱，在胶质瘤血管中发现4种蛋白，其中2个鉴定为纤维蛋白和热休克蛋白47，而正常组织内血管不表达。这2种蛋白都与血管再生有关，这也间接提示胶质瘤组织是富含血管的，而且与血管再生有关的胰岛素样生长因子结合蛋白2(IGFBP2)和VEGF相关酪氨酸激酶基因在胶质瘤中也是高表达的。因此，针对VEGF的高表达，不少临床中心使用抗血管生成药物(如贝伐单抗)同时结合细胞毒药物的生物疗法治疗恶性胶质瘤，并且取得了可喜的结果，降低了肿瘤负荷、提高了患者生存时间。但这些结果的确证及更优化的抗血管生成治疗方案还需进一步研究。

　　二、基因组学在胶质瘤中的应用

　　基闪组学中的关键是基因芯片技术，它的测序原理是根据杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定，其最大的优点在于高通量性，能同时对大量的遗传信息进行高效、快速的检测分析。

　　在胶质瘤分类鉴别方面，Gravendeel等利用基因芯片将胶质瘤分为7个与患者生存期相关的亚型，根据其中的部分差异基因能够特异性区分出原发性和复发性胶质瘤。与原发性胶质瘤相比，后者组织中细胞周期有丝分裂相关蛋白表达上调。另外，同一类型胶质瘤中，高级别与低级别的基因表达谱也存在明显差异，这些差异基因主要参与细胞分化、凋亡、DNA修复和信号转导等。

　　Parsons等对22例GBM进行全基因组研究，发现患者异柠檬酸盐脱氯酶1(IDH1)位点频发突变，大多发生于生存期稍长的年轻患者或复发性GBM患者，进一步研究得知，IDH1和IDH2编码的异柠檬酸盐脱氢酶变异可出现在多种类型的恶性胶质瘤中，而且多发生于低级别和复发性GBM中。

　　Phillips等按基因表达谱将115例高级别胶质瘤依其35个特异性基因分为3类，分别为神经型、增殖型和间质型，它们的生存期各不相同，平均分别为174.5周、60.5周和65周。Faury等同样将儿童GBM分2个哑组，一组Ras和Akt信号通路激活，预后差，且与细胞分化和神经干细胞表型有关的基因高表达，类似成年人GBM;另一组预后好，推断这组GBM可能起源于星形前体细胞。

　　在应用方面，研究者通过胶质瘤患者的差异基因表达谱，筛选出168个特异基因，用于诊断前期保存的50例恶性胶质瘤标本，结果显示良好，其吻合率达95%，置信区间为89.4%-100.0%。此显示了这种分子诊断系统在胶质瘤诊断方面优于病理形态学的应用价值。虽然在短期内基因表达谱不能完全取代传统胶质瘤病理学分类，但因其具有客观性、全面性和精确性，并且能够实现对患者的个体化治疗，故有着广泛的应用前景。

　　三、目前存在的问题

　　相对于脑脊液和血液，胶质瘤组织的蛋白和基凶的表达变化更能代表疾病的发展趋势，但由于组织成分复杂，异质性很高，如何能获得纯度更高的肿瘤样本对揭示疾病的发生发展规律意义重大。另外，由于蛋白质和基因信息量庞大，实验结果的重复性差，很难排除一些偶然因素引起的表达谱的改变。

　　尽管日前有大量胶质瘤蛋白质组学和基因组学方面的研究，但极少有将筛选出的标记物(差异蛋白或者基凶)返回临床进行标记物验证的，包括脑组织、脑脊液和血液等，而且缺乏相关的蛋白和基因功能研究，这些都使得临床实践中接受这些标志的进度较慢。只知道蛋白和基因的差异是远远不够的，因为这些仅仅是表面的现象，我们的最终目的是挖掘其内在隐含的信息，用于临床上预防和治疗疾病。

　　在后续数据信息统计方面.数据分析和图表描述欠妥，还有因果关系含糊甚至伪造，多组比较时对照设计不合理，这些都是急需改善和避免的，否则得不到客观存在的差异蛋白和基因数据，其他一切问题也就无从谈起。

　　四、展望

　　胶质瘤蛋白质组学和基因组学研究发展强烈依赖于组学技术自身的发展，如近年发展的同位素代码标记(ICAT)、同位素标记相对和绝对定量(iTRAQ)、多维高效液相色谱、四级杆一飞行时间质谱(Q-TOF MS)等蛋白分离鉴定技术和灵敏度高、分析范围宽的基因芯片等，以及更好更全的生物信息学分析软件和数据库，这些必将推进胶质瘤的研究。同时结合胶质瘤的细胞遗传学信息来筛选出胶质瘤标记物和建立客观的分类标准，在综合大量数据的基础上选取其中的部分灵敏度和特异度高的蛋白或基因设计诊断试剂盒，提高诊断及分类水平。

　　同时，疾病标记物的后续验证也是必不可少的，而验证需要大量临床标本，因此建立相当规模的肿瘤样本库也势在必行，这可以为胶质瘤的各项研究提供宝贵的资源，节省工作时间，缩短科研周期。

　　相信随着蛋白质组学和基因组学的发展，一定会为胶质瘤的研究提供一个更好的平台，促进客观分类标准的建立和生物靶点治疗方法的开展，提高胶质瘤的诊断和治疗水平。