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 trị trong một số chức năng của tế bào bao gồm cảm biến glucose, chuyển hóa glutamin, tạo mỡ và điều hịa 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 hịa các đáp ứng của glucose bằng cách điều hịa tích cực tiết insulin, những nghiên cứu mới đây cho thấy IDH đóng vai trị 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 mơ mỡ gây béo phì, gan nhiễm mỡ và tăng lipid máu ở những con chuột biến đổi gen. Hơn nữa IDH điều hịa chuyển hóa phospholipid của tế bào hình sao của những con chuột đang phát triển. Giống như IDH1 trong vai trị chuyển hóa lipid, đảo ngược dịng 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 trị 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 mơ 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 q trình oxy hóa khử CO2 của isocitrate được cho là bảo vệ chống lại các peroxide hóa lipid và các tổn hại DNA do q 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 q trình peroxide lipid trong tế bào. Các nghiên cứu khác cũng chứng minh rằng vai trị chống oxy hóa của IDH1 bằng cách sản xuất NADPH cũng chống lại ngộ độc ánh sáng do tia cực tím. Ngồi ra IDH1 và IDH2 cũng đóng vai trị cực kỳ quan trọng ngăn sự lan rộng của q 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 hơ 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 khơng 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 khơng tiến triển và độ nhạy hóa trị cao hơn UNBTKĐ mà 2 gen đó kiểu khơng 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 IDH1 xảy ra rất sớm trong u tế bào thần kinh đệm lan tỏa. Trong nhiều mẫu sinh thiết u, IDH1 xảy ra sớm hơn cả p53 và 1p/19q [103].
1.3. Những nghiên cứu trong và ngoài nước về đột biến gen IDH1.3.1. Trong nước 1.3.1. Trong nước
Nghiên cứu năm 2015 của tác giả Hoàng Anh Vũ và cộng sự về đột biến gen IDH1 bằng kỹ thuật ASO-PCR để xác định đột biến p.R132H của gen IDH1 do thay đổi từ Guanine thành Adenine tại nucleotide 395. Đột biến gen IDH1 là đột biến thường gặp nhất, chiếm >90% các loại đột biến gen
IDH1/2. Tuy nhiên nghiên cứu này chỉ xác định được một loại đột biến gen
của IDH1, trong khi thực tế đột biến gen IDH bao gồm cả IDH1 và IDH2,
trong mỗi loại đột biến gen IDH1/2 lại có nhiều loại đột biến gen khác [1].
Kết quả nghiên cứu trên 33 trường hợp u sao bào từ độ I đến IV như sau:
Bảng 1.10. Kết quả nghiên cứu của tác giả Hoàng Anh Vũ
Phân độ u sao bào về Số bệnh nhân Đột biến gen IDH1 Tỉ lệ (%)
mô học c.395G>A Độ I 3 0 0 Độ II 15 6 40,0 Độ III 13 5 38,5 Độ IV 2 0 0 Tổng cộng 33 11 33,0
Nghiên cứu này chỉ thực hiện trên u sao bào nhưng trên thực tế u tế bào thần kinh đệm ít nhánh cũng có đột biến gen này với tỉ lệ cao, do đó chưa khái quát được tỉ tệ đột biến gen trên dân số u tế bào thần kinh đệm nói chung như định nghĩa.
Các nghiên cứu khác về UTBTKĐLT trong nước như của tác giả Nguyễn Thị Thơm (2019), Vũ Đình Quang (2018) có nghiên cứu về bất thường phân tử nhưng khơng có nghiên cứu nào về đột biến gen IDH1/2 và các bất thường phân tử chính trong phân loại của WHO 2016 [2], [3].
1.3.2. Ngoài nước
Năm 2008 bản đồ gen ung thư (TCGA) lần đầu tiên xác định đột bến gen IDH trong mẫu u nguyên bào thần kinh đệm. Trong nghiên cứu của D. Williams Parsons và cộng sự, 20661 đoạn gen mã hóa protein của 22 mẫu mơ bệnh nhân bị u nguyên bào cả nguyên phát và thứ phát được sử dụng để tìm đột biến gen. Có 5 mẫu (22%) có đột biến gen IDH1 trong đó Adenin thay thế Guanin làm cho Arginin chyển thành Histidine ở vị trí codon 132 (R132H). Điều ngạc nhiên là 5 trường hợp có đột biến đều rơi vào bệnh nhân u nguyên bào thứ phát, 16 ca u ngun phát khơng có ca nào có đột biến IDH [65]. Trong một bài báo tổng kết y văn 1345 trường hợp u nguyên bào thần kinh đệm có 5,6% u nguyên phát và 76% u thứ phát có đột biến gen IDH1. Đột biến gen IDH1 cũng hiện diện 70% u sao bào độ II, 62-80% u tế bào thần kinh đệm ít nhánh và u hỗn hợp sao bào và tế bào thần kinh đệm ít nhánh độ II-III [108]. Nghiên cứu TCGA cũng cho thấy những bệnh nhân có đột biến gen IDH có thời gian sống cịn cao hơn nhóm IDH bình thường: 3,8 năm so với 1,1 năm. Các nghiên cứu sau này cũng cho kết quả tương tự [24]. Sau khi nghiên cứu đầu tiên được công bố, số lượng các bài báo về đột biến gen trong u não tăng dần theo thời gian như hình dưới đây:
Số lượng bài báo
Năm
Hình 1.11. Các mốc thời gian bắt đầu và số lượng bài báo tích lũy về nghiên cứu đột biến gen IDH và 1p19q theo năm
“Nguồn: Matthew D. Wood, 2019” [106]
Đột biến IDH cũng có thể xảy ra đồng thời với các đột biến khác như là cùng với TP53 trong u sao bào, cùng với 1p/19q trong u tế bào thần kinh đệm ít nhánh.
Có 3 gen mã hóa IDH: IDH1, IDH2, IDH3. IDH1 và IDH2 tạo 2 phần tử tương đồng trong khi IDH3 tạo 4 phần tử khác biệt chứa 2 phần tử α, 1β và 1γ. Chức năng của IDH3 trong chu trình Kreb chuyển Isonitrate thành α Ketoglutarate (α-KG) và NAD+ thành NADH. IDH1 và IDH2 lần lượt có trong bào tương và ti thể giảm tạo NADPH từ NADP+ bằng cách xúc tác quá trình Oxy hóa khử nhóm Carboxin ra khỏi hợp chất hữu cơ của Isocitrate đến α-KG ngồi chu trình Kreb. NADPH được sản xuất chính bởi G6PDH, malate dehydrogenase và IDH. Sự tiếp xúc trên với các gốc tự do và mẫu Oxy phản ứng, những tế bào với nồng độ IDH thấp trở nên nhạy cảm với Oxy hóa. Những nghiên cứu gần đây cho thấy ngồi những enzyme chính trong chu trình acid citric, IDH cịn đóng vai trị chính trong duy trì tình trạng phản ứng Oxy hóa khử tế bào và dự đốn rằng IDH đóng vai trị chính trong hàng rào tế bào chống lại q trình stress Oxy hóa.
Đột biến tại R132 bất hoạt khả năng protein gắn isocitrate và hủy bỏ hoạt động xúc tác bình thường của nó. Kết quả làm giảm mức độ của αKG và NADPH, điều đó đóng vai trị quan trọng cần thiết để duy trì giảm nồng độ Glutathione để chống lại mẫu oxy phản ứng.
Đột biến IDH và sự hình thành khối u: Có 2 bằng chứng cho thấy đột biến IDH1 gây ung thư. Thứ nhất: hiện tượng khảm thân thể của IDH1/2 tại R132 gây hội chứng loạn sản sụn, bệnh Ollier, hội chứng Maffucci được đặc trưng bởi những u máu và u sụn, những bệnh này làm tăng nguy cơ u xuất hiện u tế bào thần kinh đệm. Thứ hai: đưa gen IDH đột biến vào trong tế bào làm tăng sinh, tăng hình thành cụm tế bào và mất khả năng biệt hóa. Chính xác thì IDH gây ung thư như thế nào thì chưa rõ. Các nghiên cứu invitro gần đây cho thấy protein đột biến IDH1 đạt được khả năng chuyển αKG thành 2- HG. Điều này được hỗ trợ bởi nồng độ 2-HG tăng trong u tế bào thần kinh đệm chứa đột biến IDH1. Phát hiện này làm hình thành giả thuyết IDH1 là gen sinh ung thư và 2-HG là chất chuyển hóa ung thư [17] [18].
Thời điểm nào 2-HG hoặc IDH1 đột biến hoặc cả 2 xúc tiến ung thư vẫn chưa rõ ràng. Trẻ em bị lỗi chuyển hóa bẩm sinh được phát hiện tăng nguy cơ hình thành ung thư. Lỗi này làm tăng S-2-HG mà khơng làm tăng R- 2-HG dù có một điều thú vị là những người bị acid niệu do R-2-HG có đột biến IDH2 mà khơng bao giờ có đột biến IDH1. Hơn nữa IDH1 bình thường cũng xúc tác chuyển hóa α-KG thành 2-HG mặc dù ít hơn IDH đột biến.
1.4. Các hương pháp chẩn đoán đột biến gen IDH
Đột biến gen IDH rất hữu dụng trong chẩn đoán phân biệt những tổn thương não do u tế bào thần kinh đệm và tổn tương não không do u, giữa u sao bào lông và u sao bào lan tỏa độ II, giữa u sao bào thoái sản và u nguyên bào thần kinh đệm, giữa u nguyên bào thần kinh đệm nguyên phát và thứ phát, giữa u sao bào và u tế bào ống nội tủy. Các phương pháp chẩn đốn đột biến gen
IDH bao gồm giải trình tự gen, chụp cộng hưởng từ phổ và nhuộm hóa mơ
miễn dịch [18].
a. Giải trình tự gen
Giải trình tự gen đòi hỏi phòng xét nghiệm chuyên sâu, nhân sự phải được đào tạo, dụng cụ mắc tiền và không phải trung tâm nào cũng làm được. Hơn nữa có thể gặp âm tính giả do mẫu ADN khơng phù hợp như là mẫu sinh thiết nhỏ, mẫu mơ u có hoại tử lan rộng hoặc lẫn lộn với mơ u bình thường. Đột biến ở Exon 4 của IDH1 được xác định bởi giải trình tự. Đoạn mồi xi được dùng là: 5’CGGTCTTCAGAGAAGCCATT3’ và đoạn mồi ngược là 5′GCAAAATCACATTATTGCCAAC3′.
b. Hóa mơ miễn dịch
Nhuộm hóa mơ miễn dịch nhạy hơn giải trình tự trong việc xác định đột biến IDH nhưng lại tăng phản ứng chéo gây nên hiện tượng dương tính giả. Cho nên giải trình tự vẫn là phương pháp tin cậy hơn [5], [94].
c. Chụp MRS
Nồng độ cao D2-HG có thể xác định được bằng MRS. Ngưỡng xác định là 1mM (1µmo/g), tuy nhiên tỉ lệ dương tính giả là 22%. Đột biến IDH gây tích tụ q mức chất chuyển hóa ung thư là D2-HG ở ngưỡng 5-35 mM, nó gấp 2-
3 lần trong các u có IDH bình thường hoặc mơ não lành [39]. D2-HG được cho là dấu ấn sinh học tối ưu cho đột biến IDH vì 3 lý do:
- Hầu nhưng khơng có D2-HG trong tế bào bình thường, nếu có chỉ ở dạng vết
- 99% u có đột biến IDH làm tăng D2-HG
- Chỉ có 1 nguyên nhân làm tăng D2-HG được biết đến là toan nước tiểu do hydroxyglutarate, đó là bệnh hiếm gặp, bẩm sinh, biểu hiện từ nhỏ.
Hình 1.12. MRS phát hiện D2-HG của u nguyên bào thần kinh đệm có đột biến gen IDH1, trong hình trên đường màu đỏ là mơ não bình thường, đường
màu xanh là mơ u não.
“Nguồn: Ovidiu C. Andronesi, 2013”[6].
1.5. Đột biến IDH ngoài hệ thần kinh trung ương
Đột biến IDH cũng có thể xảy ra ngồi hệ thần kinh trung ương ví dụ như IDH1 xảy ra trong 9% bạch cầu cấp dòng tủy, IDH2 từ 15-33%. IDH1/2 có trong 5% hội chứng loạn sản tủy, 8,8% tăng sinh tủy và chỉ dưới 10% bạch cầu cấp dịng tủy thứ phát. Khơng giống như u ở hệ thần kinh trung ương, có đột biến IDH lại dự báo một tiên lượng xấu hơn so với khơng có đột biến trên những bệnh nhân loạn sản tủy và tăng sinh tủy [33].
1.6. Tầm quan trọng của đột biến gen IDH trong u tế bào thần kinh đệm
lan tỏa
1.6.1. Tần su t mới mắc hàng năm của UTBTKĐLT
Tại Mỹ từ năm 2005-2009 có 311202 ca u não, trong đó u não ác tính chiếm 109,695 ca. Số bệnh nhân UTBTKĐLT chiếm 30,3%. Trong đó tỉ lệ mắc UNBTKĐ, u sao bào, UTBTKĐIN và u hỗn hợp tế bào thần kinh đệm ít nhánh và u sao bào lần lượt là 15,8%, 6,3%, 1,8% và 1% [95].
Tần suất mới mắc hàng năm tại Mỹ và tại Hàn Quốc là 20,59 và 20,06 ca trên 100000 dân mỗi năm.
1.6.2. Tỉ lệ tử vong, tiên lượng sống còn
Nghiên cứu CBTRUS năm 2012 tại Mỹ cho thấy tỉ lệ phần trăm sống còn sau 1, 2, 3, 4, 5, 10 năm trên 60984 ca u não nguyên phát từ năm 1995- 2009 như sau [95]:
Bảng 1.11. Tỉ lệ sống hàng năm theo CBTRUS năm 2012 tại Mỹ
Giải phẫu bệnh 1 năm 2 năm 3 năm 4 năm 5 năm 10 năm
(%) (%) (%) (%) (%) (%)
U sao bào độ II 71,6 60,7 4,5 50,1 47,1 36
U sao bào độ III 60,1 41,5 33,3 29,1 25,9 17,6
UNBTKĐ 35,7 13,6 7,8 5,7 4,7 2,3
UTBTKĐIN độ II 4,2 9,9 5,7 82,1 79,1 3,2
UTBTKĐIN độ III 81 66,9 59,8 4,3 9,4 4,2
U hỗn hợp sao bào và 7,9 76,6 70,2 6,5 60,2 47,2
UTBTKĐIN
“Nguồn: Therese A. Dolecek, 2012”[95]
Nghiên cứu của Yan Yoan năm 2016 trên 38095 ca u tế bào thần kinh đệm lan tỏa trong giai đoạn 1992-2008 tại Canada cho thấy tỉ lệ sống còn sau 1, 2, 5 năm như sau:
Bảng 1.12. Tỉ lệ sống hàng năm từ năm 1992-2008 tại Canada,
Giải phẫu bệnh 1 năm (%) 2 năm (%) 5 năm (%)
U sao bào độ II 48,9 36,1 26,6
U sao bào độ III 47,8 33,1 18,2
UNBTKĐ 26,5 9,5 4,0
UTBTKĐIN độ II 87,5 80,7 65
UTBTKĐIN độ III 76,5 61,1 41,5
U hỗn hợp sao bào và UTBTKĐIN 78 63 46
Nghiên cứu năm 2015 tại Nhật Bản dựa trên dữ liệu 13431 ca u tế bào thần kinh đệm lan tỏa được điều trị từ năm 2001-2004 cho thấy tỉ lệ sống không triệu chứng và tỉ lệ sống còn sau 5 năm như sau [59]:
Bảng 1.13. Tỉ lệ sống khơng triệu chứng và sống cịn tại Nhật Bản từ 2001-2004.
Giải phẫu bệnh Tỉ lệ % sống không Tỉ lệ % sống
triệu chứng còn
U sao bào độ II 57 75
U sao bào độ III 28,7 41,1
UNBTKĐ 9,2 10,1
UTBTKĐIN độ II 76,5 90,6
UTBTKĐIN độ II 54 68,2
U hỗn hợp sao bào và UTBTKĐIN 72,2 89,3
“Nguồn: Yoshitaka Narita, 2015” [59].
1.6.3. Vai trị của đột biến gen IDH trong chẩn đốn, tiên lượng và điều trị
bệnh u tế bào thần kinh đệm lan tỏa 1.6.3.1. Trong chẩn đốn
Đột biến gen IDH có giá trị trong chẩn đốn và phân loại UTBTKĐLT độ ác tính thấp, mức độ bằng chứng là mức độ II [105].
Đột biến gen IDH dùng để phân biệt giữa những thương tổn của hệ thần