胶质瘤作为最常见恶性脑部原位脑瘤，手术切除是首选治疗手段。由于胶质瘤细胞脑内侵袭的复杂性和异质性，精准界定肿瘤边界面临诸多挑战。不完全除造成恶性组织残留导致肿瘤快速复发，而过度切除则可能造成脑神经功能损伤。2021年世界卫生组织（WHO）第五版中枢神经系统肿瘤分类指南将分子特征作为胶质瘤分类标准，其中异柠檬酸脱氢酶1（isocitrate dehydrogenase 1, IDH1）基因成为分子分型的核心指标。IDH1是三羧酸循环关键限速酶，其突变型（R132H等）会产生致癌代谢物D-2-羟基戊二酸（D-2HG），其干扰DNA和组蛋白去甲基化过程，导致细胞表观遗传程序紊乱，促进肿瘤细胞去分化与增殖。IDH1快速分型对提高手术预后具有重要临床意义。IDH1野生型肿瘤通常对术后放化疗响应不佳，临床推荐尽可能完全甚至扩大切除；而IDH突变型则对放化疗响应较好，建议在保留神经功能前提下精准切除。因此，术中IDH1快速分型对优化胶质瘤手术策略，提高手术预后具有重要意义。
现有IDH分型金标准如免疫组化或基因测序，通常需2–5天出具结果，难以在术中提供快速指导。磁共振波谱成像技术（MRSI）虽可通过检测IDH1突变型特有D-2HG代谢物进行分型，但技术门槛较高、耗时长，且易受干扰。解吸电喷雾电离质谱技术（DESI-MS）能够实现2-HG术中定量检测，但难以提供肿瘤内部IDH1分型空间异质性。因此，亟需开发可应用于术中的IDH1快速、精准分型技术，为优化手术切除策略，促进个体化治疗提供技术支持。
IDH1突变不但导致其正常酶催化功能丧失，且获得将α-酮戊二酸（α-KG）还原为D-2HG的异常酶活性。这一代谢性质改变不仅造成突变表型细胞中D-2HG积聚，也扰乱细胞内氧化-还原稳态。与野生型相比，IDH突变型细胞中不但活性氧（ROS）浓度显著升高，并伴随着还原性代谢物谷胱甘肽（GSH）浓度降低。因此，IDH1突变造成的细胞内氧化-还原代谢指征变化为术中IDH1基因分型提供了新思路。
近日，复旦大学药学院李聪教授课题组在Advanced Science杂志发表了题为 “Artificial Intelligent-Enhanced Metabolite Profiling for Intraoperative IDH1 Genotyping in Glioma Using an Orthogonally Responsive SERS Probe”（基于正交响应SERS探针的AI驱动代谢物分析技术实现脑胶质瘤术中IDH1基因分型）的研究论文。鉴于IDH1突变引发癌细胞代谢重编程并加剧氧化应激，该工作提出同步测定细胞内氧化还原相关代谢物浓度来快速鉴定胶质瘤IDH1基因型的新策略。首先，构建了一种表面增强拉曼散射（SERS）探针，可正交测定肿瘤细胞外液中谷胱甘肽和过氧化氢浓度。同时开发了一种DBCNet深度神经网络，将探针拉曼光谱转化为二维图像进行特征提取，并利用多分支结构与度量学习算法优化光谱特征聚类效果。通过SERS探针与DBCNet算法协同，该拉曼光谱分析模型实现了胶质瘤多种肿瘤代谢物的同步定量检测，7分钟内实现了胶质瘤患者术中IDH1基因快速分型。经31例患者术中样本研究，该技术的受试者工作特征（ROC）曲线下面积达0.985，为优化胶质瘤手术方案及个体化治疗策略提供新策略。
图1. 同步检测多种肿瘤氧化还原代谢物实现胶质瘤IDH1基因术中快速分型。
复旦大学药学院博士研究生尹航、复旦大学附属华山医院神经外科主治医师张新、复旦大学信息科学与工程学院硕士生赵铮、上海交通大学附属第九医院助理研究员曹崇为本文共同第一作者。复旦大学药学院李聪教授、王聪青年研究员、朱校青年研究员、信息科学与工程学院余锦华教授和华山医院神经外科毛颖教授为本文共同通讯作者。该工作获得国家科技部重点研发项目，国家杰出青年科学基金和上海市科技项目的支持。
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202503360
