第二节 遗传基因谱系
异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase，IDH），IDH1和IDH2是同源的，NADP+依赖的细胞质和（或）线粒体酶。这些酶的作用是将异柠檬酸转换为α-戊二酮，同时还原NADP+为NADPH。IDH1是最近发现的，并在大多数星形胶质细胞瘤、少突胶质细胞瘤和少突星形胶质细胞瘤（WHO分级Ⅱ～Ⅲ级）中发生突变，同时也在继发性胶质母细胞瘤（WHO分级Ⅳ级）发生突变。IDH1突变很少发生于原发性胶质母细胞瘤，而不发生于毛细胞星形胶质细胞瘤。
大多数常见突变是杂合点突变，在132密码子的精氨酸被组氨酸替代（R132H），其位于底物结合部位。报道的IDH1-R132突变的发生频率是50%～93%。影响氨基酸R172的IDH2基因突变不如异构体IDH1突变常见，发生频率是3%～5%，其发生于一小部分缺乏经典的IDH1突变的少突胶质细胞瘤占优势的胶质瘤。IDH1和IDH2基因表现单一优势为主并相互排斥。
由IDH1和IDH2突变引起的致癌作用尚未完全清楚，似乎是多因素的。反应产物和副产物α-戊二酮和NADPH，均抵御细胞氧化应激。因此，这些化合物的数量减少，细胞将更容易受到氧化损伤。除了无法完成生化转换造成的肿瘤发生能力，IDH突变赋予其酶功能性的获得。IDH突变，癌细胞获得转换α-戊二酮为（R）-羟基戊二酸（2HG）的能力。此反应不仅将进一步降低α-戊二酮的储存，而且也将减少NADPH转化生成NADP+，进一步增加细胞对氧化应激的敏感性。在先天2HG代谢缺陷的患者，脑组织中增加的2HG含量与增加脑肿瘤的风险相关。此外，IDH突变和增加的缺氧诱导因子-1α存在相关性。缺氧诱导因子-1α是与癌变过程相关的转录因子，如增加血管内皮生长因子，而因此促进血管生成。
IDH1和IDH2的突变已见于22%的同时表现2HG急剧增加的急性髓细胞性白血病，而发挥新酶的活性。
不仅在胶质母细胞瘤，而且在较低级别的弥漫性胶质瘤中，IDH1突变已显示成为强烈的独立的预后标志物。在患者的预后方面，R132H与其他突变相比较没有区别。对于患者来说，当IDH1突变显示相对较好的结果时，其不能预测胶质瘤对化疗有较好的反应。除了它的预后价值，IDH突变的识别可以用来诊断。IDH1/2突变分析可用于原发性和继发性胶质母细胞瘤的鉴别或将毛细胞星形细胞瘤从胶质母细胞瘤中鉴别出来。
最近，应用抗IDH1 R132H突变的特异性抗体的免疫组织化学染色法已经建立，这将应用于常规石蜡包埋的标本。其已被证明是一个用于鉴别Ⅱ级和Ⅲ级胶质瘤的肿瘤特异性标志物鉴别。此外，在治疗后，此标志物也能识别大量胶质细胞增生的标本中的肿瘤细胞。虽然免疫组织化学染色易于使用而且方便，但它既不检测IDH突变的其他类型，也不能显示IDH2突变的同样重要性。IDH1/2的突变也可以通过各种聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）技术和直接测序检测。
O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（O6-methylguanine-DNA methyltransferase，MGMT）基因位于10q26密码子并编码DNA修复蛋白。在不同级别胶质瘤中，MGMT基因启动子超甲基化而被沉默，阻碍转录，从而导致减少的MGMT蛋白表达。这种表观遗传修饰与增加的烷化剂化疗敏感性相关。烷化剂治疗如替莫唑胺（temozolamide），在核苷酸鸟嘌呤的6位中加入甲基基团，导致DNA损伤和细胞凋亡。全功能的MGMT将去除此甲基；然而，蛋白质的表达减少继发于启动子超甲基化，细胞修复烷基化DNA的能力下降。因此，MGMT表达分析可以用来预测肿瘤对烷化剂化疗药物会有一个更有利的反应。检测MGMT也可应用于儿童胶质瘤。MGMT启动子甲基化已发现于40%原发性胶质母细胞瘤和40%～60%的继发性胶质母细胞瘤。这种改变也存在于具有60%～93%少突胶质细胞瘤优势的其他弥漫性胶质瘤。虽然有研究表明，MGMT启动子甲基化导致显著延长替莫唑胺联合放疗的胶质母细胞瘤患者的生存时间，但也有相反的报道。然而，较低级别胶质瘤中，MGMT甲基化状态和单一放疗之间存在明确的预后相关性。当未应用化疗时，MGMT甲基化将提供一个良好的预后，潜在的机制尚不清楚。如前所述，胶质瘤通常包含多个分子改变，因此，它可能是多个分子变化的结果，或几个变化的总和，这将预示着放射治疗的预后意义。
最常见的用于评估MGMT基因启动子甲基化状态的方法是甲基化特异性PCR分析，它应用由不同数量的CpG位点的引物鉴别甲基化和非甲基化的DNA。敏感性较强的甲基化特异性焦磷酸测序也用于评估MGMT基因启动子甲基化状态。其他可用的DNA为基础的方法如复合型亚硫酸氢盐限制分析（combined bisulfite restriction analysis，COBRA）和甲基化特异性多重连接依赖性探针扩增（methylation-specific multiplex ligation-dependent probe amplification，MS-MLPA）。已用于检测非甲基化特异方法如免疫组织学染色、免疫印记（Western blotting）和生化酶分析等；然而，因为非肿瘤细胞的染色而发现这些方法是不可靠的。
基因组数据显示，p53是癌中最常见的遗传改变。p53是由TP53基因编码的一种抑癌蛋白，位于17号染色体短臂上。p53的本质作用是通过细胞周期抑制和诱导细胞凋亡实现稳定基因组。在激活状态，p53是转录调节者，其上调p21的表达。p21蛋白是的终止蛋白，结合细胞周期蛋白依赖性激酶，抑制细胞从G1期过渡到细胞分裂的S期。因此，突变的p53无法阻止细胞的复制，导致不受控制的肿瘤生长。
p53突变与继发性胶质母细胞瘤密切相关而在原发性胶质母细胞瘤中发生突变的频率显著减少。
大多数p53突变导致错义突变，导致蛋白质累积于细胞核内。因此，p53免疫组化染色突出着色于肿瘤细胞的细胞核，因而用作识别发生信号通路突变的细胞的标记物。这种方法比PCR分析更经济；然而，染色的解读是不规范的，从而导致解读发生歧义。
在胶质瘤中p53蛋白过表达的检测意义是不一致的。在诊断方面，与其他标记物相比，在将原发性胶质母细胞瘤从继发性胶质母细胞瘤中区分出来的作用方面，p53是一个缺少优势的标记物。作为预后标志物，p53表现出不一致的结果。虽然一些报道显示过表达p53的胶质瘤生存时间较短，但这一发现尚未得到荟萃分析的证明。
染色体1p和19q的缺失是少突胶质细胞肿瘤一个既定的遗传标志。这种组合性缺失在高达80%的少突胶质细胞瘤和60%的间变性少突胶质细胞瘤中发生，而在混合性少突-星形细胞肿瘤中的发生频率降低。
1p/19q缺失已被用作一种预后标记物，将表示对治疗的较好反应和较长的生存时间。无论是采用化疗、放疗或联合化放疗，共同缺失表现相同的重要意义，因此不能用来指导治疗选择。虽然经典的少突胶质细胞瘤的形态和共同缺失之间存在很强的相关性，但1p/19q缺失总是不能单独通过形态预测。
应该指出的是，1p臂缺失而不是1p/19q共同缺失有不同的预后影响。例如，在少突胶质细胞瘤1p部分缺失已被认为预后不佳。因此，对整个染色体臂应进行评估，以检测缺失大小。
多种技术可检测1p/19q缺失，然而，荧光原位杂交（fluorescent in situ hybridization，FISH）技术因其技术上的简便而经常用于检测。FISH可以直接使用甲醛溶液固定石蜡包埋组织进行检测，不需要从患者获取额外的标本。另一个常用的方法是杂合性缺失（loss of heterozygosity，LOH），是一种基于PCR技术的比较患者DNA和肿瘤NDA的检测。
BRAF是丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路的一部分，位于7q34，在大多数的毛细胞型星形细胞瘤中被异常激活。BRAF最常见的活化方式是基因复制激活，随后发生BRAF基因融合。60%～80%的毛细胞型星形细胞瘤存在BRAF异常，而在其他胶质瘤中很少出现。这种差异可以用于毛细胞型星形细胞瘤和低级别胶质瘤的鉴别。BRAF的错义突变，V600E，已确定发生在少数小脑外毛细胞型星形细胞瘤；然而，这种突变多见于神经节细胞胶质瘤和多形性黄色星形胶质细胞瘤。
除了用于诊断，BRAF基因分析可能在毛细胞型星形细胞瘤患者治疗选择的确立方面是有价值的。研究表明，沉默和抑制BRAF或MAPK通路的其他组分抑制肿瘤生长。
BRAF异常的检测通常是通过KIAA1549和BRAF基因的特异性探针应用FISH分析来完成的，也可以应用PCR技术检测；然而，PCR技术可能不用于检测融合改变。免疫组织化学染色也用于检测BRAF V600E的突变。
不幸的是，高级别胶质瘤通常不对烷化剂化疗发生反应。在这些治疗抵抗的胶质瘤中，错配修复基因MSH6经常发生突变。研究指出，烷化剂化疗药物是体细胞MSH6基因突变的原因。更多关于MSH6及其他错配修复基因作用的研究将有助于确定治疗抵抗的肿瘤并为进行进一步的治疗提供一个具体的目标特殊靶点。