Đột biến gen có thể gặp trong u tế bào thần kinh đệm gặp ở 2 nhóm gen: gen sinh u và gen ức chế u. Gen sinh ung thư là những gen thay đổi làm chuyển dạng tăng sinh tế bào. Hoạt động của gen sinh ung thư xảy ra bằng cách đột biến hoặc khuếch đại tế bào bình thường làm nó chuyển dạng thành tế bào tiền ung thư (proto-oncogenes). Gen sinh ung thư gặp trong u tế bào thần kinh đệm có thể gặp là gen EGFR, KIT, PDGFRA và VEGFR2. Gen kiểm soát ung thư là những gen trong điều kiện bình thường nó kiểm soát sự phát triển tế bào ung
thư. Khi xảy ra đột biến, đứt đoạn và cơ chế biểu sinh sẽ gây mất cơ chế điều hòa chu kỳ tế bào và là cơ chế thường gặp trong sự hình thành và phát triển ung thư. Gen kiểm soát ung thư có thể thay đổi gặp trong u tế bào thần kinh đệm là:
p53, PTEN và Rb1, 1p/19q, MGMT, IDH1/2.
Bảng 1.6. Các dấu ấn phân tử của u tế bào thần kinh đệm lan tỏa ở người trưởng thành
D u n
phân tử Tên đầy đủ Vị trí gen Loại u Chức năng
Methyl hóa vùng khởi động ở gen MGMT O6-methylguanine- DNA methyltransferase 10q26 UNBTKĐ (48,5%), UTBTKĐLT độ ác tính thấp (85%-100%, có đột biến IDH) Loại bỏ gốc Alkyl khỏi vị trí 6- Guanine, bộc lộ vị trí để TMZ có thể tấn công tế bào u
EGFR Epidermal growth factor receptor
7p12 UNBTKĐ (57%) Con đường
RAS/MAPK và PI3K PDGFRA Platelet-derived growth factor receptor
4q12 UNBTKĐ (13%) Con đường
RAS/MAPK và PI3K
PTEN Phosphatase and tensin homolog 10q23.3 UNBTKĐ (25%- 35%) Phosphatase (preferentially dephosphorylates phosphoinositide substrates)
TP53 Tumor protein p53 17p13.1 UNBTKĐ (25%- 35%),
UTBTKĐLT độ ác tính thấp (>70%)
Điều hòa biểu hiện gen đích, bao gồm nghỉ ngơi chu kỳ tế bào, chết theo chương trình, sửa chữa DNA hoặc thay đổi chuyển hóa
D u n
phân tử Tên đầy đủ Vị trí gen Loại u Chức năng
CDKN2A Cyclin-dependent kinase inhibitor 2A 9p21 UNBTKĐ (61%), UTBTKĐLT độ ác tính thấp (11%) Ức chế CDK4 kinase, ARF ổn định p53 IDH1/2 Isocitrate dehydrogenase (NADP(H)) 2q33.3 (IDH1) and 15q26.1 (IDH2) UNBTKĐ nguyên phát (6%), UTBTKĐLT độ ác tính thấp hoặc UNBTKĐ thứ phát (>80%) Ảnh hưởng chuyển hóa, tạo chất chuyển hóa 2-HG
Đột biến đồng mất đoạn 1p19q
Nhiều gen Xóa
nhánh ngắn NST số 1 và nhánh dài NST số 19 UTBTKĐIN (>90%)
Tiên lượng sống lâu hơn và đáp ứng tốt với hóa trị CIC Capicua transcriptional repressor 19q13.2 UTBTKĐIN đồng mất đoạn 1p19q (62%) Ức chế sự phiên mã hộp HMG
FUBP1 Far upstream
element binding protein 1 1p31.1 UTBTKĐIN ít nhánh đồng mất đoạn 1p19q (29%) Protein gắn DNA liên quan điều hòa MYC ATRX a- Thalassemia/mental retardation syndrome X-linked Xq21.1 U sao bào độ ác tính thấp (86% liên quan đột biến IDH và 1p19q). UNBTKĐ trẻ em (45%).
Tổ chức lại
Chromatin, làm thay đổi chiều dài
telomere
TERT Telomerase reverse transcriptase 5p15.33 UNBTKĐ nguyên phát (>80%). UTBTKĐIN (96%) Duy trì telomere
Bảng 1.7. Tỉ lệ đột biến các loại gen thường gặp trong u tế bào thần kinh đệm lan tỏa
Phân loại u Độ ác tính Các đột biến gen Tỉ lệ (%)
U sao bào II, III
IDH P53 ATRX 65 96 96 UNBTKĐ IV EGFR PDGFRA EGFRvIII PTEN CDKN2A BRAF-V600E TP53 57 13 20 25–35 61 1–2 25–35
UTBTKĐIN II, III
IDH 1p19q CIC/FUBP1 TERTp 100 100 56/29 80–96
“Nguồn: Sung-Hye Park và cs, 2017” [64]
Bảng 1.8. Các loại đột biến gen thường gặp trong u tế bào thần kinh đệm lan tỏa và vai trò trên lâm sàng.
Đột biến Tỉ lệ phần trăm Vai trò trong lâm sàng
IDH1/2 80-90% UTBTKĐLT Chẩn đoán, phân loại, tiên lượng.
1p/19q 80% UTBTKĐIN Tiên lượng đáp ứng hóa xạ. Thời gian sống còn lâu hơn
P53 66% U sao bào, 20% UTBTKĐIN, 100% u hỗn hợp sao bào và u tế bào thần kinh đệm ít nhánh
Là sự kiện sớm trong phát triển u sao bào thành u nguyên bào thần kinh đệm
TERT
43% UNBTKĐ Bệnh nhân có đột biến sống còn ngắn hơn không có
Methyl hóa vùng khởi động ở gen
MGMT
50% UNBTKĐ Bệnh nhân có đột biến gen đáp ứng tốt với hóa trị TMZ
1.2.1. Đột biến đồng m t đoạn 1 /19q
Đột biến đồng mất đoạn 1p/19q là đột biến bị mất cùng lúc nhánh ngắn nhiễm sắc thể số 1 và nhánh dài nhiễm sắc thể số 19 như hình 1.5 dưới đây.
Hình 1.5. Đột biến đồng mất đoạn 1p/19q.
“Nguồn: M.B. Pinkham, 2015” [68].
Đột biến mất cánh trong nhiễm sắc thể 1p và 19q là đặc trưng của các UTBTKĐIN. Đột biến 1p/19q gặp trong 40-80% các trường hợp UTBTKĐIN và 20-30% u tế bào hỗn hợp u sao bào và UTBTKĐIN [98].
Đột biến đồng mất đoạn 1p/19q là một dấu ấn tiên đoán và tiên lượng mạnh trong các loại u tế bào thần kinh đệm ít nhánh. Bệnh nhân bị u tế bào thần kinh đệm ít nhánh thoái sản có đột biến 1p/19q đáp ứng tốt với hóa trị hơn và thời gian sống còn lâu hơn. Do đó nếu chỉ có phẫu thuật mà không điều trị bổ sung thì đột biến 1p/19q không có giá trị tiên lượng sống còn. Hiện nay phương pháp để chẩn đoán đột biến đồng mất đoạn 1p/19q là kỹ thuật lai tại chỗ gắn huỳnh quang (FISH) [4].
1.2.2. Đột biến gen 53
P53 là gen ức chế u, sự hoạt động của gen này làm ngừng hình thành khối u. P53 được gọi là người bảo vệ bộ gen [74].
Chức năng của gen p53: điều hòa chu kỳ tế bào, sửa chữa DNA, giúp tế bào chết theo chương trình, ngăn sự chuyển dạng ung thư bằng cách ngừng chu kỳ tế bào và chết theo chương trình. Gen p35 là người bảo vệ sự ổn định cho bộ gen [97]. Cơ chế hoạt động của p53 và p53 đột biến được tóm tắt sau:
Hình 1.6. Sơ đồ tóm tắt cơ chế hoạt động của p53
DNA tổn
thương Kích hoạt biểuhiện gen p Tăng nồng độprotein p
Ngăn tế bào đi vào pha S của
chu kỳ tế bào
Ngừng chu kỳ tế bào tại pha
G1
Cho phép thời gian sửa chữa DNA diễn ra.
sửa chữa DNA DNA không
được sửa chữa
Ngừng vĩnh viễn
hoặc tế bào lão hóa Tế bào chết theo chương trình
DNA được sửa chữa
bị phân hủy
Chu kỳ tế bào tiếp tục
Hình 1.7. Sơ đồ tóm tắt cơ chế hình thành ung thư theo p53
Đột biến gen p53 là một sự kiện sớm trong phát triển của u sao bào. Trên 50% u sao bào độ II mang đột biến gen p53. Do đó đột biến gen p53 hay gặp ở UNBTKĐ thứ phát. Sự tích tụ p53 hay gặp trong u sao bào nhưng tăng tích tụ protein không phải luôn luôn do đột biến. P53 thường gặp ở u sao bào hơn là gặp ở UTBTKĐIN [26]. Đột biến gen p53 liên quan đến tiên lượng trên bệnh nhân UNBTKĐ, nếu có đột biến này bệnh nhân sống trung bình 29,7 ± 3,3 tháng, so với 14,2 ± 1,7 tháng nếu không có đột biến [26], [34].
1.2.3. Đột biến gen TERT
Telomere là một phức hợp DNA và protein tại đầu mút của nhiễm sắc thể, đựợc cấu tạo từ các trình tự ba ơ “TTAGGG” lặp đi lặp lại. Trình tự này tương tác với những protein đặc hiệu tạo thành một cấu trúc hình sợi dây, giúp bảo vệ bộ gen khỏi sự thoái biến và nhiễm sắc thể không bị dính vào nhau. Trong đa số các tế bào, telomere trở nên ngắn dần qua các lần phân bào. Sau một số lần phân bào, telomere trở nên quá ngắn, khiến tế bào dừng phân chia hoặc tự phân hủy (chết theo chương trình) [84]
DNA bị tổn thương Không có p53 hoặc p53 bị bất hoạt Tế bào khó dừng chu kỳ
Chu kỳ tiếp tục với DNA bị tổn thương Hình thành
Hình 1.8. Telomere ngắn dần qua các lần phân bào “Nguồn: Jerry W. Shay, 2016” [84]
Telomerase là enzyme giúp duy trì telomere. Telomerase chống lại sự ngắn đi của telomere bằng cách thêm vào phần kết thúc của nhiễm sắc thể những trình tự DNA lặp lại mỗi lần phân bào.
Telomerase gồm hai thành phần chính cùng nhau hoạt động. Thành phần được tạo từ gen TERT gọi là hTERT, thành phần tạo từ gen TERC gọi là hTR. Thành phần hTR cung cấp một khuôn để hình thành chuỗi DNA lặp lại, thành phần hTERT sau đó bổ sung đoạn ADN mới vào đoạn cuối nhiễm sắc thể.
Telomerase reverse transcriptase (TERT) là một trong 2 tiểu đơn vị cấu thành phức hợp telomerase. Trình tự của tiểu đơn vị xúc tác telomerase này giống với en yme phiên mã ngược, giúp gắn thêm trình tự DNA mới vào đầu mút NST mỗi lần phân bào. Tiểu đơn vị xúc tác TERT được tổng hợp từ gen
TERT. Đột biến trong gen TERT làm tăng nguy cơ hình thành nhiều loại ung thư, đột biến này có thể làm mất sự ổn định của telomerevà kết quả là DNA bị tổn thương.
Trong UTBTKĐ, đột biến gen TERT chiếm (80-90%) chứng tỏ rằng đây là cơ chế nguyên phát hoạt hóa telomerase ở UTBTKĐ [110].
Sự lão hóa tự nhiên Tuổi già Tế bào bất tử Ung thư Sự lặp lại Tế bà o ph ân ch ia
Sự đột biến gen TERT có tiên lượng ngược với đột biến gen IDH, nghĩa là bệnh nhân có đột biến gen IDH1/2 thời gian sống kéo dài hơn còn đột biến TERT thì ngược lại.
Nghiên cứu của Yang Yoan trên 9411 bệnh nhân cho thấy đột biến TERT
chiếm 69% các UNBTKĐ, 72 % các UTBTKĐIN độ II và độ III, 38% các u hỗn hợp sao bào và UTBTKĐIN độ II và độ III, 24% u sao bào độ II và độ III. Đồng thời thời gian sống còn của những bệnh nhân UNBTKĐ có đột biến gen TERT ngắn hơn không có đột biến với tỉ số chênh là 1,74, trong khi của nhóm UTBTKĐLT nói chung là 1,63 [110].
1.2.4. Tình trạng Methyl hóa vùng khởi động ở gen MGMT
O6-methylguanine DNA-methyltransferase (MGMT) là một protein sửa chữa DNA được mã hóa bởi gen MGMT nhằm ở vị trí 26 trên nhánh dài nhiễm sắc thể số 10 (10q26). MGMT bảo vệ tế bào bình thường bởi các tác nhân gây ung thư, tuy nhiên gen này cũng bảo vệ các tế bào ung thư tránh khỏi sự tác động của hóa chất có tác nhân Alkyl như (TM ). Nhiệm vụ của protein sửa chữa DNA này là tách bỏ nhóm alkyl ở vị trí O6 của guanine, một vị trí quan trọng trên DNA mà các nhóm thuốc Alkyl hóa, trong đó điển hình là TMZ, sẽ tác động vào [8]. Khi TM tác động được vị trí này sẽ khởi phát quá trình độc tế bào và chết theo chương trình. Vì vậy, các tế bào ung thư biểu hiện nồng độ protein sửa chữa MGMT cao sẽ tạo ra cơ chế kháng với các nhóm thuốc alkyl hóa nói chung và TMZ nói riêng [8].
Nghiên cứu của Roger Stupp (2009) trên 573 bệnh nhân UNBTKĐ mới được chẩn đoán cho kết quả Methyl hóa vùng khởi động ở gen MGMT là yếu tố tiên lượng mạnh trong việc kết hợp xạ trị và hóa trị bằng TMZ, làm gia tăng thời gian sống còn so với nhóm không có methyl hóa vùng khởi động gen
MGMT (21,7 và 15,3 tháng), trong khi đó ở nhóm bệnh xạ trị đơn thuần, tình trạng methyl hóa liên quan rất ít đến việc cải thiện thời gian sống còn [90].
Nghiên cứu của Brigitta G Baumert và cộng sự (2016) về đáp ứng với điều trị hóa xạ trên những bệnh nhân UTBTKĐLT độ ác tính thấp nhưng nguy cơ cao dựa của 78 trung tâm lâm sàng của 19 quốc gia cho thấy trên những bệnh nhân UTBTKĐLT độ II có ít nhất một yếu tố nguy cơ, tình trạng Methyl hóa vùng khởi động ở gen MGMT không ảnh hưởng đến kết quả hóa trị [8].
Bảng 1.9. Kết quả điều trị bệnh nhân UNBTKĐ có methyl và không Methyl hóa vùng khởi động ở gen MGMT
MGMT Điều trị Thời gian sống trung bình (tháng) 2 năm (%) 3 năm (%) 4 năm (%) 5 năm (%) Không Methyl Xạ trị 11,8 1,8 0 0 0 Xạ trị TM 12,6 14,8 11,1 11,1 8,3 Methyl Xạ trị 15,3 23,9 7,8 7,8 5,2 Xạ trị TM 23,4 48,9 27,6 22,1 13,8 “Nguồn: Stupp, 2014” [91]
1.2.5. Đột biến gen IDH1/2
IDH là enzyme xúc tác phản ứng oxy hóa khử CO2 của isocitrate để tạo ra α-ketoglutarate (α-KG), sử dụng NADP+ như là 1 đồng yếu tố để tạo ra NADPH trong quá trình xúc tác [52].
Hình 1.9. IDH xúc tác tạo CO2 và α-KG từ isocitrate
IDH1 và IDH2 chia sẻ sự tương đồng cao ở người (70%) và được mã hóa bởi các gen khác nhau (IDH1 nằm tại vị trí NST 2q33; IDH2 nằm tại vị trí NST 15q26). Mặc dù IDH1 và IDH2 được đánh giá cao về sự tương đồng nhau về phản ứng thuận nghịch, sự xúc tác nhưng IDH2 nằm ở trong ti lạp thể còn
IDH1 nằm trong bào tương và peroxixome. IDH3 xúc tác chuyển tiếp phản ứng khử CO2 của Isocitrate cho chu trình Tricarboxylic (TCA).
IDH đóng vai trò trong một số chức năng của tế bào bao gồm cảm biến glucose, chuyển hóa glutamin, tạo mỡ và điều hòa tình trạng oxy hóa khử ở tế bào. Mặc dù IDH1 và IDH2 xúc tác các phản ứng tương tự nhưng những enzyme này lại có những chức năng riêng biệt đó là do vị trí khác nhau và dòng thác xúc tác khác nhau giữa phản ứng thuận và nghịch. Ví dụ IDH điều hòa các đáp ứng của glucose bằng cách điều hòa tích cực tiết insulin, những nghiên cứu mới đây cho thấy IDH đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa mỡ trong nhiều loại tế bào. IDH thúc đẩy tạo mỡ trong tình trạng thiếu Oxy bởi xúc tác cho phản ứng Oxy hóa khử của AKG tạo Acetyl-CoA để tổng hợp lipid. Sản xuất quá mức IDH trong gan và mô mỡ gây béo phì, gan nhiễm mỡ và tăng lipid máu ở những con chuột biến đổi gen. Hơn nữa IDH điều hòa chuyển hóa phospholipid của tế bào hình sao của những con chuột đang phát triển. Giống như IDH1 trong vai trò chuyển hóa lipid, đảo ngược dòng của AKG qua IDH2 cũng đã được chứng minh để thúc đẩy sự tổng hợp của lipid bởi giảm chuyển hóa trao đổi chất glutamin, tuy nhiên các nghiên cứu khác lại cho rằng IDH2 có thể đóng vai trò rất ít hoặc hạn chế trong giảm ly giải glutamin [52].
IDH1 là nguồn chính của NADPH trong não người và là nguồn chính của NADPH trong các mô khác. NADPH bảo vệ chống lại tổn thương oxy hóa khử bằng cách giảm Glutathion bị oxy hóa và Thioredoxin. Sự tổng hợp NADPH bởi IDH qua quá trình oxy hóa khử CO2 của isocitrate được cho là bảo vệ chống lại các peroxide hóa lipid và các tổn hại DNA do quá trình oxy hóa.
Sự hoạt động IDH1 và IDH2 cũng được chứng minh bảo vệ chống lại sự lão hóa nhân lên bằng cách giảm tổn hại DNA bị oxy hóa và quá trình peroxide lipid trong tế bào. Các nghiên cứu khác cũng chứng minh rằng vai trò chống oxy hóa của IDH1 bằng cách sản xuất NADPH cũng chống lại ngộ độc ánh sáng do tia cực tím. Ngoài ra IDH1 và IDH2 cũng đóng vai trò cực kỳ quan trọng ngăn sự lan rộng của quá trình oxy hóa trong đáp ứng với tổn thương của nhiều loại tế bào [18].
Đột biến IDH1 Arg 132 và IDH2 Arg 140 Arg 172 chiếm >90% bất thường. Những đột biến IDH1/2 giảm khả năng en yme của những protein này để kết hợp với isocitrate, chất nền, và chuyển nó thành α-ketoglutarate (α-KG), tạo CO2 tái tạo NADH và NADPH như những sản phẩm phụ. Đây là một trong những bước không thể đảo ngược trong chu trình tricarboxyclic quan trọng cho hô hấp tế bào. Enzyme IDH1 (bào tương) và IDH2 (ty thể) đột biến cũng cho thấy sự thay đổi khả năng en yme để chuyển α-KG thành 2-hydroxyglutarate (2-HG), một chất chuyển hóa ung thư nhỏ. Quan trọng không kém, các đột biến
IDH1 và IDH2 phân tầng các cá thể thành các phân nhóm có kết cục lâm sàng khác biệt – những đột biến kết hợp với u sao bào độ ác tính thấp, UTBTKĐIN độ II và III, UNBTKĐ thứ phát có tỉ lệ sống, sống sót không tiến triển và độ nhạy hóa trị cao hơn UNBTKĐ mà 2 gen đó kiểu không đột biến [31], [33].
Nghiên cứu của Takuya Watanabe 2009 trên 321 ca u tế bào thần kinh đệm lan tỏa thấy rằng đột biến IDH1 gặp trên 88% u sao bào độ ác tính thấp và 79% u tế bào thần kinh đệm ít nhánh [103]. IDH2 là bản sao trong ti lạp thể của IDH1 và ít bị đột biến trong u tế bào thần kinh đệm (khoảng 3%). Đột biến