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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(diǎn)突變可以發(fā)生在各種骨髓惡性腫瘤和實(shí)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(guò)競(jìng)爭(zhēng)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(lái)阻斷細(xì)胞分化。目前，已經(jīng)開發(fā)出針對(duì)IDH1和IDH2突變的小分子抑制劑，并正在進(jìn)行臨床前研究和臨床研究。Duke大學(xué)的閻海教授在十年前率先確認(rèn)了IDH1突變?cè)谀z質(zhì)瘤中的作用，目前IDH1檢測(cè)已經(jīng)成為膠質(zhì)瘤診斷的必要檢測(cè)位點(diǎn)。最近，閻海教授等人對(duì)IDH突變的靶向治療進(jìn)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(shí)IDH1和IDH2中的熱點(diǎn)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(xì)胞性白血病（AML），肝內(nèi)膽管癌，軟骨肉瘤和甲狀腺癌等。 IDH突變?cè)谇傲邢倌[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(guò)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(guān)的IDH1和IDH2突變幾乎全部發(fā)生在酶活性位點(diǎn)的精氨酸殘基上。 IDH1 Arg132密碼子中的錯(cuò)義突變導(dǎo)致單個(gè)氨基酸被取代。其中，最常見的是組氨酸（IDH1R132H）。

IDH1 / 2活性位點(diǎn)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?xiàng)l件下，由于內(nèi)源性D2HG脫氫酶的作用，細(xì)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(huì)導(dǎo)致D2HG在細(xì)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(cè)到D2HG濃度升高。

由于在正常組織中D2HG的低表達(dá)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(cè)患者是否存在IDH突變。而IDH突變情況作為生物標(biāo)志物有著決定治療策略的重要意義。通過(guò)MRI進(jìn)行非侵入性診斷IDH突變型膠質(zhì)瘤可以在患者進(jìn)行手術(shù)前制定更好的手術(shù)策略，因?yàn)樽畲蟪潭鹊氖中g(shù)切除將會(huì)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(shù)前高靈敏度和特異性識(shí)別IDH突變膠質(zhì)瘤情況能為臨床醫(yī)生提供個(gè)體化手術(shù)治療的機(jī)會(huì)。

機(jī)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(guò)抑制正常細(xì)胞分化的方式，誘導(dǎo)表觀遺傳功能障礙。高水平的D2HG競(jìng)爭(zhēng)性抑制αKG依賴性賴氨酸脫甲基酶，導(dǎo)致細(xì)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(huì)引起DNA超甲基化表型。D2HG誘導(dǎo)的組蛋白和DNA甲基化失調(diào)抑制了正常的細(xì)胞分化過(guò)程。因此，通過(guò)D2HG抑制細(xì)胞分化促進(jìn)了干細(xì)胞樣細(xì)胞的病理性自我更新，從而轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤細(xì)胞。

在臨床前模型中，髓樣細(xì)胞的IDH1R132H高表達(dá)可誘導(dǎo)脾腫大，降低骨髓細(xì)胞性，并且增加了組蛋白H3甲基化和CpG島高甲基化。來(lái)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(dòng)因子，因此，靶向IDH突變體可通過(guò)促進(jìn)惡性骨髓細(xì)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(dá)也已經(jīng)顯示其能改變神經(jīng)發(fā)育并損害神經(jīng)祖細(xì)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(xì)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(duì)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(diǎn)

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(xiàng)離體和體內(nèi)臨床前研究中得到證實(shí)。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(dǎo)的TF-1紅白血病細(xì)胞和原代AML細(xì)胞能促進(jìn)細(xì)胞分化。隨后，Agios研究人員對(duì)另外的IDH2R140Q抑制劑進(jìn)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(dǎo)了IDH2突變型TF-1和原代AML細(xì)胞的分化。1/2期臨床研究調(diào)查了復(fù)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(dá)到完全緩解。研究者還發(fā)現(xiàn)，D2HG水平并不能預(yù)測(cè)臨床反應(yīng)，因?yàn)樵S多無(wú)反應(yīng)的患者卻表現(xiàn)出明顯的D2HG抑制。最近這些研究結(jié)果導(dǎo)致美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)enasidenib用于治療復(fù)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(lái)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(guò)降低D2HG水平，并促進(jìn)了IDH突變的原始細(xì)胞分化。在少數(shù)復(fù)發(fā)或難治性AML患者中，用IDH1或IDH2突變抑制劑治療可能會(huì)引發(fā)臨床分化綜合征：以白細(xì)胞增多和中性粒細(xì)胞恢復(fù)旺盛為特征。這些發(fā)現(xiàn)表明臨床醫(yī)師必須意識(shí)到IDH突變抑制劑誘導(dǎo)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(shí)體瘤中IDH突變的頻率很高， IDH突變抑制劑也被用于治療實(shí)體腫瘤。在兩個(gè)獨(dú)立的臨床前實(shí)驗(yàn)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(shí)觀察到瘤內(nèi)D2HG顯著降低。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)了動(dòng)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(xì)胞與AGI-5198（長(zhǎng)達(dá)20代）的長(zhǎng)期孵育縮短了SCID小鼠的腫瘤潛伏期并降低了中位存活時(shí)間，這表明抑制突變IDH1可能導(dǎo)致異種移植物變得更具侵略性。利用代謝組學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)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(dá)減少，IDH1突變細(xì)胞表現(xiàn)出NAD +水平降低（圖1）。IDH1 R132H細(xì)胞通過(guò)抑制煙酰胺磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（NAMPT）（NAD +產(chǎn)生的替代來(lái)源）進(jìn)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(yàn)

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(xì)胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物和水平，因此，通過(guò)靶向這些IDH代謝相關(guān)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(gè)研究小組報(bào)道，IDH1 R132H和D2HG產(chǎn)生可能會(huì)誘發(fā)代謝性負(fù)荷，這可能會(huì)在缺乏代償機(jī)制的情況下限制生長(zhǎng)。例如， IDH1 / 2突變可增加小鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤祖細(xì)胞、GBM細(xì)胞和HCT116結(jié)直腸癌細(xì)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(xì)胞和AML細(xì)胞的生長(zhǎng)（圖1）。目前正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)來(lái)評(píng)估谷氨酰胺酶抑制劑CB-839（Calithera Biosciences）對(duì)幾種臨床適應(yīng)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(dǎo)致同源重組過(guò)程變得困難并誘導(dǎo)對(duì)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(fù)荷外，靶向IDH突變腫瘤的另一種潛在方法是靶向在惡性進(jìn)展期間發(fā)生的信號(hào)通路改變。高通量測(cè)序結(jié)果表明1p / 19q-完整的IDH1 / 2突變的星形細(xì)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(hào)傳導(dǎo)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(guò)用抑制n-Myc表達(dá)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(kuò)增的MGG152細(xì)胞系的增殖。此外，D2HG對(duì)氧化磷酸化的抑制作用引起AMPK介導(dǎo)的哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶標(biāo)（mTOR）信號(hào)傳導(dǎo)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(dá)IDH1 R132H的細(xì)胞表現(xiàn)出ATP含量降低和mTOR信號(hào)傳導(dǎo)減少。

IDH突變和2-HG對(duì)映體在腫瘤免疫學(xué)和免疫治療中的作用

最近的許多研究報(bào)道IDH1 / 2活性位點(diǎn)突變和L-和D-2HG對(duì)映體可能在形成腫瘤微環(huán)境的免疫調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用。據(jù)報(bào)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(rùn)淋巴細(xì)胞減少和程序性死亡配體1（PD-L1）表達(dá)減少相關(guān)。IDH突變產(chǎn)生的D2HG能抑制細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)基因和T細(xì)胞趨化因子的表達(dá)，并抑制小鼠顱內(nèi)神經(jīng)膠質(zhì)瘤中T細(xì)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(duì)IDH突變的抑制可能使腫瘤對(duì)免疫治療劑產(chǎn)生敏感性。事實(shí)上，用IDH1突變抑制劑治療C57BL / 6小鼠顱內(nèi)GL261腫瘤細(xì)胞增加了神經(jīng)膠質(zhì)瘤特異相關(guān)抗原的多肽疫苗活性。另外，由IDH1 / 2活性位點(diǎn)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(jī)會(huì)（圖1）。對(duì)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(yīng)答。

上述結(jié)果表明IDH1和IDH2突變可能通過(guò)改變免疫原性細(xì)胞因子和受體的表達(dá)而引起免疫抑制?；蛘撸?dāng)通過(guò)肽疫苗接種刺激時(shí)， IDH突變產(chǎn)生的特異性新抗原似乎能夠介導(dǎo)抗腫瘤免疫應(yīng)答。未來(lái)的研究將需要研究D2HG介導(dǎo)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(guò)抑制IDH突變，刺激產(chǎn)生抗腫瘤免疫力。

結(jié)論和未來(lái)方向

現(xiàn)在有大量證據(jù)表明，消耗AML細(xì)胞中D2HG可以在體外和體內(nèi)引起穩(wěn)定的白血病原始細(xì)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(dǎo)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(dǎo)膠質(zhì)瘤消退。一項(xiàng)正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn)正研究腦外滲透性泛IDH突變抑制劑AG-881在手術(shù)前給藥時(shí)抑制腫瘤D2HG濃度的程度（NCT03343197）。另一種可能性是IDH突變誘導(dǎo)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(xì)胞基本上不易逆轉(zhuǎn)表觀遺傳變化。IDH1 R132H在疾病進(jìn)展期間的某個(gè)時(shí)刻從驅(qū)動(dòng)突變轉(zhuǎn)變?yōu)槌丝屯蛔儭?/p>

另外，去除D2HG介導(dǎo)的分化抑制可能不足以克服致癌驅(qū)動(dòng)突變?nèi)鏟I3K-AKT，PDGFRA，n-Myc，Met和K-Ras下游等信號(hào)。因此，針對(duì)腫瘤特異性驅(qū)動(dòng)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(gè)體化組合策略對(duì)于提供誘導(dǎo)分化可能是必需的（圖1）。

正在進(jìn)行幾項(xiàng)I / II期臨床試驗(yàn)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(duì)于臨床前研究來(lái)說(shuō)，研究基于代謝負(fù)荷、化學(xué)治療敏感性和/或端粒維持機(jī)制（例如端粒替代延長(zhǎng)）的IDH突變替代策略將會(huì)是非常重要的。