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前 言

異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）和異檸檬酸脫氫酶2（IDH2）中的熱點突變可以發(fā)生在各種骨髓惡性腫瘤和實體瘤中。IDH突變體蛋白獲得新型酶活性，產(chǎn)生D-2-羥基戊二酸，從而通過競爭性抑制參與組蛋白和DNA去甲基化的α-酮戊二酸依賴的雙加氧酶，來阻斷細胞分化。目前，已經(jīng)開發(fā)出針對IDH1和IDH2突變的小分子抑制劑，并正在進行臨床前研究和臨床研究。Duke大學的閻海教授在十年前率先確認了IDH1突變在膠質(zhì)瘤中的作用，目前IDH1檢測已經(jīng)成為膠質(zhì)瘤診斷的必要檢測位點。最近，閻海教授等人對IDH突變的靶向治療進行了概述，發(fā)表在最新的《Cancer Cell》上。

正 文

異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）突變首次在一例結(jié)腸直腸癌中被發(fā)現(xiàn)。最新的研究已經(jīng)證實IDH1和IDH2中的熱點突變經(jīng)常發(fā)生在人類多種腫瘤中，包括惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤，急性髓細胞性白血?。ˋML），肝內(nèi)膽管癌，軟骨肉瘤和甲狀腺癌等。 IDH突變在前列腺腫瘤，副神經(jīng)節(jié)瘤和黑色素瘤中很少發(fā)生。野生型IDH1和IDH2是催化異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸（aKG）和二氧化碳的重要代謝酶。 IDH1定位于過氧化物酶體和胞質(zhì)溶膠，而IDH2定位于線粒體。與腫瘤發(fā)生相關的IDH1和IDH2突變幾乎全部發(fā)生在酶活性位點的精氨酸殘基上。 IDH1 Arg132密碼子中的錯義突變導致單個氨基酸被取代。其中，最常見的是組氨酸（IDH1R132H）。

IDH1 / 2活性位點常見功能是催化aKG轉(zhuǎn)化為D-2-羥基戊二酸（D2HG）。在正常生理條件下，由于內(nèi)源性D2HG脫氫酶的作用，細胞D2HG積累受到限制，內(nèi)源性D2HG脫氫酶催化D2HG轉(zhuǎn)化為αKG。然而， IDH突變體產(chǎn)生的新活性會導致D2HG在細胞內(nèi)累積至超生理水平。在患有IDH突變AML患者的血清中和在IDH突變型膠質(zhì)瘤患者中可以檢測到D2HG濃度升高。

由于在正常組織中D2HG的低表達和在IDH突變的情況下持續(xù)有D2HG上調(diào)，腫瘤組織中D2HG水平可以提供用于非侵入性檢測患者是否存在IDH突變。而IDH突變情況作為生物標志物有著決定治療策略的重要意義。通過MRI進行非侵入性診斷IDH突變型膠質(zhì)瘤可以在患者進行手術前制定更好的手術策略，因為最大程度的手術切除將會為IDH突變的膠質(zhì)瘤患者提供顯著的生存益處，特別是在沒有1p / 19q共缺失的腫瘤的情況下。因此，能夠在手術前高靈敏度和特異性識別IDH突變膠質(zhì)瘤情況能為臨床醫(yī)生提供個體化手術治療的機會。

機制上，D2HG能夠抑制參與調(diào)節(jié)表觀遺傳和分化的雙加氧酶，并通過抑制正常細胞分化的方式，誘導表觀遺傳功能障礙。高水平的D2HG競爭性抑制αKG依賴性賴氨酸脫甲基酶，導致細胞中的組蛋白甲基化水平升高。在膠質(zhì)瘤和AML中，D2HG水平升高則會引起DNA超甲基化表型。D2HG誘導的組蛋白和DNA甲基化失調(diào)抑制了正常的細胞分化過程。因此，通過D2HG抑制細胞分化促進了干細胞樣細胞的病理性自我更新，從而轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤細胞。

在臨床前模型中，髓樣細胞的IDH1R132H高表達可誘導脾腫大，降低骨髓細胞性，并且增加了組蛋白H3甲基化和CpG島高甲基化。來自AML患者和臨床前模型的證據(jù)表明IDH1和IDH2突變是AML和骨髓增生異常綜合征的致癌驅(qū)動因子，因此，靶向IDH突變體可通過促進惡性骨髓細胞的分化，從而治療腫瘤。中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織中的IDH1R132H突變的表達也已經(jīng)顯示其能改變神經(jīng)發(fā)育并損害神經(jīng)祖細胞的分化。

基于IDH1突變能誘發(fā)表觀遺傳的改變，并抑制了細胞的分化，以及在包括神經(jīng)膠質(zhì)瘤和AML在內(nèi)的許多人類惡性腫瘤中存在廣泛的IDH1突變，目前大量研究針對突變IDH的小分子抑制劑已經(jīng)被開發(fā)為抗腫瘤的藥物治療（圖1;表1）。

圖1：治療含有IDH1/2突變腫瘤的靶點

突變IDH抑制劑用于治療AML的臨床前和臨床研究結(jié)果

靶向治療IDH 突變的AML效果已在多項離體和體內(nèi)臨床前研究中得到證實。2013年，Agios Pharmaceuticals的研究人員開發(fā)了化合物AGI-6780，這是一種有效的選擇性IDH2R140Q變構(gòu)抑制劑。用AGI-6780誘導的TF-1紅白血病細胞和原代AML細胞能促進細胞分化。隨后，Agios研究人員對另外的IDH2R140Q抑制劑進行了高通量篩選，化合物AG-221（enasidenib）被確定為口服治療IDH2突變的抑制劑。在臨床前研究中，AG-221能誘導了IDH2突變型TF-1和原代AML細胞的分化。1/2期臨床研究調(diào)查了復發(fā)或難治性IDH2突變AML患者中AG-221的安全性和耐受性。在接受100 mg /天enasidenib治療的患者中，總體緩解率為38.5％（42/109例患者），20.2％（22/109）的患者達到完全緩解。研究者還發(fā)現(xiàn)，D2HG水平并不能預測臨床反應，因為許多無反應的患者卻表現(xiàn)出明顯的D2HG抑制。最近這些研究結(jié)果導致美國食品和藥物管理局批準enasidenib用于治療復發(fā)性或難治性IDH2-突變型AML。目前正在開發(fā)幾種小分子藥物用于治療IDH1突變的AML

來自IDH突變白血病臨床前和臨床研究的結(jié)果表明， IDH1 / 2突變抑制劑通過降低D2HG水平，并促進了IDH突變的原始細胞分化。在少數(shù)復發(fā)或難治性AML患者中，用IDH1或IDH2突變抑制劑治療可能會引發(fā)臨床分化綜合征：以白細胞增多和中性粒細胞恢復旺盛為特征。這些發(fā)現(xiàn)表明臨床醫(yī)師必須意識到IDH突變抑制劑誘導AML患者中存在分化綜合征等并發(fā)癥。

由于神經(jīng)膠質(zhì)瘤和其他幾種實體瘤中IDH突變的頻率很高， IDH突變抑制劑也被用于治療實體腫瘤。在兩個獨立的臨床前實驗中研究了不同給藥方案的泛突變體抑制劑BAY1436032，在BALB / c裸鼠中治療IDH1 R132H的顱內(nèi)異種移植物的情況。研究人員發(fā)現(xiàn)，每天一次給予150 mg / kg BAY1436032并不能顯著降低顱內(nèi)異種移植物的大小。然而，研究者確實觀察到瘤內(nèi)D2HG顯著降低。在第二個實驗中，研究人員用安慰劑或每日兩次劑量35或70mg / kg的BAY1436032處理小鼠。觀察到每天兩次70mg / kg BAY1436032給藥延長了動物存活，而35mg / kg劑量則沒有。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，在顱內(nèi)移植之前MGG152細胞與AGI-5198（長達20代）的長期孵育縮短了SCID小鼠的腫瘤潛伏期并降低了中位存活時間，這表明抑制突變IDH1可能導致異種移植物變得更具侵略性。利用代謝組學和細胞生物學方法，Tateishi等人發(fā)現(xiàn)由于煙酸磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（NAPRT1）的表達減少，IDH1突變細胞表現(xiàn)出NAD +水平降低（圖1）。IDH1 R132H細胞通過抑制煙酰胺磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（NAMPT）（NAD +產(chǎn)生的替代來源）進一步消耗NAD +。

表1：使用IDH1/2突變抑制劑治療惡性膠質(zhì)瘤的臨床試驗

治療IDH1 / 2突變腫瘤的潛在替代策略

由于IDH廣泛參與腫瘤的代謝，影響細胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物和水平，因此，通過靶向這些IDH代謝相關產(chǎn)物或酶的方法，或許是治療IDH突變腫瘤的一種有效替代方案。有幾個研究小組報道，IDH1 R132H和D2HG產(chǎn)生可能會誘發(fā)代謝性負荷，這可能會在缺乏代償機制的情況下限制生長。例如， IDH1 / 2突變可增加小鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤祖細胞、GBM細胞和HCT116結(jié)直腸癌細胞中的還原性谷氨酰胺分解速率。谷氨酰胺酶抑制劑雙-2-（5-苯基乙酰氨基-1,2,4-噻二唑-2-基）乙基硫化物能有效抑制IDH突變的GBM細胞和AML細胞的生長（圖1）。目前正在進行臨床試驗來評估谷氨酰胺酶抑制劑CB-839（Calithera Biosciences）對幾種臨床適應癥的安全性和有效性。另外，最近的證據(jù)表明由IDH突變產(chǎn)生的D2HG可能導致同源重組過程變得困難并誘導對PARP抑制劑的治療敏感性。

除了以治療為目的，利用IDH突變依賴性代謝負荷外，靶向IDH突變腫瘤的另一種潛在方法是靶向在惡性進展期間發(fā)生的信號通路改變。高通量測序結(jié)果表明1p / 19q-完整的IDH1 / 2突變的星形細胞瘤和1p / 19q共缺失的IDH1 / 2突變少突神經(jīng)膠質(zhì)瘤在靶向信號傳導途徑中獲得各種第三次改變，包括磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）-AKT，K-Ras，PDGRA，Met和n-Myc途徑。通過用抑制n-Myc表達和n-Myc依賴性轉(zhuǎn)錄的BET抑制劑JQ1處理可以抑制攜帶IDH1 R132H突變和MYCN擴增的MGG152細胞系的增殖。此外，D2HG對氧化磷酸化的抑制作用引起AMPK介導的哺乳動物雷帕霉素靶標（mTOR）信號傳導抑制和減少的蛋白質(zhì)合成（圖1）。這表明D2HG抑制ATP合酶活性，并且表達IDH1 R132H的細胞表現(xiàn)出ATP含量降低和mTOR信號傳導減少。

IDH突變和2-HG對映體在腫瘤免疫學和免疫治療中的作用

最近的許多研究報道IDH1 / 2活性位點突變和L-和D-2HG對映體可能在形成腫瘤微環(huán)境的免疫調(diào)控中發(fā)揮關鍵作用。據(jù)報道，與IDH野生型膠質(zhì)瘤相比，IDH突變型膠質(zhì)瘤與腫瘤浸潤淋巴細胞減少和程序性死亡配體1（PD-L1）表達減少相關。IDH突變產(chǎn)生的D2HG能抑制細胞毒性T淋巴細胞相關基因和T細胞趨化因子的表達，并抑制小鼠顱內(nèi)神經(jīng)膠質(zhì)瘤中T細胞的積累。IDH1 / 2突變和D2HG可能有助于膠質(zhì)瘤的免疫抑制，因此，提高對IDH突變的抑制可能使腫瘤對免疫治療劑產(chǎn)生敏感性。事實上，用IDH1突變抑制劑治療C57BL / 6小鼠顱內(nèi)GL261腫瘤細胞增加了神經(jīng)膠質(zhì)瘤特異相關抗原的多肽疫苗活性。另外，由IDH1 / 2活性位點突變產(chǎn)生的新表位可能為使用IDH1或IDH2突變特異性肽的疫苗接種策略提供機會（圖1）。對帶有IDH1 R132H皮下腫瘤的小鼠接種多肽疫苗引發(fā)了CD4 +特異性抗腫瘤應答。

上述結(jié)果表明IDH1和IDH2突變可能通過改變免疫原性細胞因子和受體的表達而引起免疫抑制?；蛘撸斖ㄟ^肽疫苗接種刺激時， IDH突變產(chǎn)生的特異性新抗原似乎能夠介導抗腫瘤免疫應答。未來的研究將需要研究D2HG介導的免疫抑制在神經(jīng)膠質(zhì)瘤微環(huán)境中起作用的程度，以及該現(xiàn)象是否可以通過抑制IDH突變，刺激產(chǎn)生抗腫瘤免疫力。

結(jié)論和未來方向

現(xiàn)在有大量證據(jù)表明，消耗AML細胞中D2HG可以在體外和體內(nèi)引起穩(wěn)定的白血病原始細胞分化。并且早期臨床數(shù)據(jù)表明，用IDH1 / 2突變抑制劑治療攜帶IDH1 / 2突變的AML患者可能誘導部分或在大一部分病例中完全緩解。但在膠質(zhì)瘤中，其臨床結(jié)果卻不是那么穩(wěn)定，有待深入的研究。一種可能性是IDH突變抑制劑的血腦屏障滲透不足以抑制腦內(nèi)D2HG并誘導膠質(zhì)瘤消退。一項正在進行的臨床試驗正研究腦外滲透性泛IDH突變抑制劑AG-881在手術前給藥時抑制腫瘤D2HG濃度的程度（NCT03343197）。另一種可能性是IDH突變誘導的表觀遺傳變化的可逆性，隨組織類型而不同。并且在D2HG水平正?；?，神經(jīng)系統(tǒng)細胞基本上不易逆轉(zhuǎn)表觀遺傳變化。IDH1 R132H在疾病進展期間的某個時刻從驅(qū)動突變轉(zhuǎn)變?yōu)槌丝屯蛔儭?/p>

另外，去除D2HG介導的分化抑制可能不足以克服致癌驅(qū)動突變?nèi)鏟I3K-AKT，PDGFRA，n-Myc，Met和K-Ras下游等信號。因此，針對腫瘤特異性驅(qū)動突變或?qū)DH突變抑制劑與低甲基化劑（例如地西他濱或5-氮雜胞苷）組合的個體化組合策略對于提供誘導分化可能是必需的（圖1）。

正在進行幾項I / II期臨床試驗正在研究各種IDH突變抑制劑在神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者中的安全性（表1）。而對于臨床前研究來說，研究基于代謝負荷、化學治療敏感性和/或端粒維持機制（例如端粒替代延長）的IDH突變替代策略將會是非常重要的。