综述：通过MRI和MRS技术对胶质瘤代谢过程的深入研究

《Biophysical Reviews》：Insight into the metabolism of gliomas by MRI and MRS

胶质瘤代谢组学通过分子定制MRS技术可检测Gly、Gln、Glu、2HG等代谢物，揭示IDH突变等基因组改变引起的红ox重编程及放射耐药机制，为早期诊断和精准治疗提供非侵入性依据。

　　

摘要

胶质瘤是生物学和代谢学上具有异质性的脑肿瘤，其临床行为受到基因组改变的显著影响，这些改变包括异柠檬酸脱氢酶（IDH1/2）突变、1p/19q缺失、ATRX基因丢失、TERT启动子突变等。传统的磁共振成像（MRI）和肿瘤组织活检是诊断、肿瘤分级和治疗计划的临床标准。传统的MRI/磁共振波谱（MRS）能够识别结构和血管变化，以及易于测量的高浓度代谢物。然而，传统MRS方法存在光谱重叠的问题，无法提供纯净的共振信号，因此在检测肿瘤中难以识别且具有临床意义的代谢物及其变化方面应用有限。利用体内特异性分子的MRS技术可以进行定量、高精度的无创检测，实时测量肿瘤的生化特征，以辅助肿瘤的诊断和预后评估。最近的光谱编辑技术发展使得能够定量检测多种复杂代谢物，如甘氨酸（Gly）、谷氨酰胺（Gln）、谷氨酸（Glu）、2-羟基戊二酸（2HG）、半胱硫氨酸（Cystathionine）和谷胱甘肽（GSH），此外还包括常规MRS可以检测的代谢物，如N-乙酰天冬氨酸（NAA）、胆碱（Cho）、肌酸（Cr）、乳酸（Lac）等。2-羟基戊二酸的水平反映了IDH突变肿瘤中的表观遗传和氧化还原重构现象，而甘氨酸水平升高与核苷酸需求增加及增殖活性增强相关。此外，分子特异性MRS还能揭示以半胱氨酸为中心的转硫作用、抗氧化重编程以及谷胱甘肽介导的放射抗性。值得注意的是，这些代谢变化通常早于解剖学MRI上可见的变化。因此，利用分子特异性MRS进行代谢谱分析有助于早期发现肿瘤生物标志物，从而与MRI结合实现更准确的诊断。未来的研究方向应包括在各种成像平台上标准化MRS协议，将代谢标志物与放射基因组学和机器学习框架相结合。此外，还需要进行多中心临床试验并纳入代谢指标，以制定适应性治疗策略。MRI和MRS共同提供了对胶质瘤生物学的全面认识，支持精准诊断、风险分层和个性化治疗计划，推动代谢成像在神经肿瘤学中的常规应用。

胶质瘤是生物学和代谢学上具有异质性的脑肿瘤，其临床行为受到基因组改变的显著影响，例如异柠檬酸脱氢酶（IDH1/2）突变、1p/19q缺失、ATRX基因丢失、TERT启动子突变等。传统的磁共振成像（MRI）和肿瘤组织活检是诊断、肿瘤分级和治疗计划的临床标准。传统的MRI/磁共振波谱（MRS）能够识别结构和血管变化，以及易于测量的高浓度代谢物。然而，传统MRS方法存在光谱重叠的问题，无法提供纯净的共振信号，因此在检测肿瘤中难以识别且具有临床意义的代谢物及其变化方面应用有限。利用体内特异性分子的MRS技术可以进行定量、高精度的无创检测，实时测量肿瘤的生化特征，以辅助肿瘤的诊断和预后评估。最近的光谱编辑技术发展使得能够定量检测多种复杂代谢物，如甘氨酸（Gly）、谷氨酰胺（Gln）、谷氨酸（Glu）、2-羟基戊二酸（2HG）、半胱硫氨酸（Cystathionine）和谷胱甘肽（GSH），此外还包括常规MRS可以检测的代谢物，如N-乙酰天冬氨酸（NAA）、胆碱（Cho）、肌酸（Cr）、乳酸（Lac）等。2-羟基戊二酸的水平反映了IDH突变肿瘤中的表观遗传和氧化还原重构现象，而甘氨酸水平升高与核苷酸需求增加及增殖活性增强相关。此外，分子特异性MRS还能揭示以半胱氨酸为中心的转硫作用、抗氧化重编程以及谷胱甘肽介导的放射抗性。值得注意的是，这些代谢变化通常早于解剖学MRI上可见的变化。因此，利用分子特异性MRS进行代谢谱分析有助于早期发现肿瘤生物标志物，从而与MRI结合实现更准确的诊断。未来的研究方向应包括在各种成像平台上标准化MRS协议，将代谢标志物与放射基因组学和机器学习框架相结合。此外，还需要进行多中心临床试验并纳入代谢指标，以制定适应性治疗策略。MRI和MRS共同提供了对胶质瘤生物学的全面认识，支持精准诊断、风险分层和个性化治疗计划，从而推动代谢成像在神经肿瘤学中的常规应用。