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前 言
异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）和异柠檬酸脱氢酶2（IDH2）中的热点突变可以发生在各种骨髓恶性肿瘤和实体瘤中。IDH突变体蛋白获得新型酶活性，产生D-2-羟基戊二酸，从而通过竞争性抑制参与组蛋白和DNA去甲基化的α-酮戊二酸依赖的双加氧酶，来阻断细胞分化。目前，已经开发出针对IDH1和IDH2突变的小分子抑制剂，并正在进行临床前研究和临床研究。Duke大学的阎海教授在十年前率先确认了IDH1突变在胶质瘤中的作用，目前IDH1检测已经成为胶质瘤诊断的必要检测位点。最近，阎海教授等人对IDH突变的靶向治疗进行了概述，发表在最新的《Cancer Cell》上。
正 文
异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）突变首次在一例结肠直肠癌中被发现。最新的研究已经证实IDH1和IDH2中的热点突变经常发生在人类多种肿瘤中，包括恶性神经胶质瘤，急性髓细胞性白血病（AML），肝内胆管癌，软骨肉瘤和甲状腺癌等。 IDH突变在前列腺肿瘤，副神经节瘤和黑色素瘤中很少发生。野生型IDH1和IDH2是催化异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸（aKG）和二氧化碳的重要代谢酶。 IDH1定位于过氧化物酶体和胞质溶胶，而IDH2定位于线粒体。与肿瘤发生相关的IDH1和IDH2突变几乎全部发生在酶活性位点的精氨酸残基上。 IDH1 Arg132密码子中的错义突变导致单个氨基酸被取代。其中，最常见的是组氨酸（IDH1R132H）。
IDH1 / 2活性位点常见功能是催化aKG转化为D-2-羟基戊二酸（D2HG）。在正常生理条件下，由于内源性D2HG脱氢酶的作用，细胞D2HG积累受到限制，内源性D2HG脱氢酶催化D2HG转化为αKG。然而， IDH突变体产生的新活性会导致D2HG在细胞内累积至超生理水平。在患有IDH突变AML患者的血清中和在IDH突变型胶质瘤患者中可以检测到D2HG浓度升高。
由于在正常组织中D2HG的低表达和在IDH突变的情况下持续有D2HG上调，肿瘤组织中D2HG水平可以提供用于非侵入性检测患者是否存在IDH突变。而IDH突变情况作为生物标志物有着决定治疗策略的重要意义。通过MRI进行非侵入性诊断IDH突变型胶质瘤可以在患者进行手术前制定更好的手术策略，因为最大程度的手术切除将会为IDH突变的胶质瘤患者提供显著的生存益处，特别是在没有1p / 19q共缺失的肿瘤的情况下。因此，能够在手术前高灵敏度和特异性识别IDH突变胶质瘤情况能为临床医生提供个体化手术治疗的机会。
机制上，D2HG能够抑制参与调节表观遗传和分化的双加氧酶，并通过抑制正常细胞分化的方式，诱导表观遗传功能障碍。高水平的D2HG竞争性抑制αKG依赖性赖氨酸脱甲基酶，导致细胞中的组蛋白甲基化水平升高。在胶质瘤和AML中，D2HG水平升高则会引起DNA超甲基化表型。D2HG诱导的组蛋白和DNA甲基化失调抑制了正常的细胞分化过程。因此，通过D2HG抑制细胞分化促进了干细胞样细胞的病理性自我更新，从而转变为肿瘤细胞。
在临床前模型中，髓样细胞的IDH1R132H高表达可诱导脾肿大，降低骨髓细胞性，并且增加了组蛋白H3甲基化和CpG岛高甲基化。来自AML患者和临床前模型的证据表明IDH1和IDH2突变是AML和骨髓增生异常综合征的致癌驱动因子，因此，靶向IDH突变体可通过促进恶性骨髓细胞的分化，从而治疗肿瘤。中枢神经系统组织中的IDH1R132H突变的表达也已经显示其能改变神经发育并损害神经祖细胞的分化。
基于IDH1突变能诱发表观遗传的改变，并抑制了细胞的分化，以及在包括神经胶质瘤和AML在内的许多人类恶性肿瘤中存在广泛的IDH1突变，目前大量研究针对突变IDH的小分子抑制剂已经被开发为抗肿瘤的药物治疗（图1;表1）。
图1：治疗含有IDH1/2突变肿瘤的靶点
突变IDH抑制剂用于治疗AML的临床前和临床研究结果
靶向治疗IDH 突变的AML效果已在多项离体和体内临床前研究中得到证实。2013年，Agios Pharmaceuticals的研究人员开发了化合物AGI-6780，这是一种有效的选择性IDH2R140Q变构抑制剂。用AGI-6780诱导的TF-1红白血病细胞和原代AML细胞能促进细胞分化。随后，Agios研究人员对另外的IDH2R140Q抑制剂进行了高通量筛选，化合物AG-221（enasidenib）被确定为口服治疗IDH2突变的抑制剂。在临床前研究中，AG-221能诱导了IDH2突变型TF-1和原代AML细胞的分化。1/2期临床研究调查了复发或难治性IDH2突变AML患者中AG-221的安全性和耐受性。在接受100 mg /天enasidenib治疗的患者中，总体缓解率为38.5％（42/109例患者），20.2％（22/109）的患者达到完全缓解。研究者还发现，D2HG水平并不能预测临床反应，因为许多无反应的患者却表现出明显的D2HG抑制。最近这些研究结果导致美国食品和药物管理局批准enasidenib用于治疗复发性或难治性IDH2-突变型AML。目前正在开发几种小分子药物用于治疗IDH1突变的AML
来自IDH突变白血病临床前和临床研究的结果表明， IDH1 / 2突变抑制剂通过降低D2HG水平，并促进了IDH突变的原始细胞分化。在少数复发或难治性AML患者中，用IDH1或IDH2突变抑制剂治疗可能会引发临床分化综合征：以白细胞增多和中性粒细胞恢复旺盛为特征。这些发现表明临床医师必须意识到IDH突变抑制剂诱导AML患者中存在分化综合征等并发症。
突变IDH抑制剂用于治疗AML的临床前和临床研究结果
由于神经胶质瘤和其他几种实体瘤中IDH突变的频率很高， IDH突变抑制剂也被用于治疗实体肿瘤。在两个独立的临床前实验中研究了不同给药方案的泛突变体抑制剂BAY1436032，在BALB / c裸鼠中治疗IDH1 R132H的颅内异种移植物的情况。研究人员发现，每天一次给予150 mg / kg BAY1436032并不能显着降低颅内异种移植物的大小。然而，研究者确实观察到瘤内D2HG显著降低。在第二个实验中，研究人员用安慰剂或每日两次剂量35或70mg / kg的BAY1436032处理小鼠。观察到每天两次70mg / kg BAY1436032给药延长了动物存活，而35mg / kg剂量则没有。
此外，研究人员还发现，在颅内移植之前MGG152细胞与AGI-5198（长达20代）的长期孵育缩短了SCID小鼠的肿瘤潜伏期并降低了中位存活时间，这表明抑制突变IDH1可能导致异种移植物变得更具侵略性。利用代谢组学和细胞生物学方法，Tateishi等人发现由于烟酸磷酸核糖基转移酶（NAPRT1）的表达减少，IDH1突变细胞表现出NAD +水平降低（图1）。IDH1 R132H细胞通过抑制烟酰胺磷酸核糖基转移酶（NAMPT）（NAD +产生的替代来源）进一步消耗NAD +。
表1：使用IDH1/2突变抑制剂治疗恶性胶质瘤的临床试验
治疗IDH1 / 2突变肿瘤的潜在替代策略
由于IDH广泛参与肿瘤的代谢，影响细胞内的代谢产物和水平，因此，通过靶向这些IDH代谢相关产物或酶的方法，或许是治疗IDH突变肿瘤的一种有效替代方案。有几个研究小组报道，IDH1 R132H和D2HG产生可能会诱发代谢性负荷，这可能会在缺乏代偿机制的情况下限制生长。例如， IDH1 / 2突变可增加小鼠神经胶质瘤祖细胞、GBM细胞和HCT116结直肠癌细胞中的还原性谷氨酰胺分解速率。谷氨酰胺酶抑制剂双-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突变的GBM细胞和AML细胞的生长（图1）。目前正在进行临床试验来评估谷氨酰胺酶抑制剂CB-839（Calithera Biosciences）对几种临床适应症的安全性和有效性。另外，最近的证据表明由IDH突变产生的D2HG可能导致同源重组过程变得困难并诱导对PARP抑制剂的治疗敏感性。
除了以治疗为目的，利用IDH突变依赖性代谢负荷外，靶向IDH突变肿瘤的另一种潜在方法是靶向在恶性进展期间发生的信号通路改变。高通量测序结果表明1p / 19q-完整的IDH1 / 2突变的星形细胞瘤和1p / 19q共缺失的IDH1 / 2突变少突神经胶质瘤在靶向信号传导途径中获得各种第三次改变，包括磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）-AKT，K-Ras，PDGRA，Met和n-Myc途径。通过用抑制n-Myc表达和n-Myc依赖性转录的BET抑制剂JQ1处理可以抑制携带IDH1 R132H突变和MYCN扩增的MGG152细胞系的增殖。此外，D2HG对氧化磷酸化的抑制作用引起AMPK介导的哺乳动物雷帕霉素靶标（mTOR）信号传导抑制和减少的蛋白质合成（图1）。这表明D2HG抑制ATP合酶活性，并且表达IDH1 R132H的细胞表现出ATP含量降低和mTOR信号传导减少。
IDH突变和2-HG对映体在肿瘤免疫学和免疫治疗中的作用
最近的许多研究报道IDH1 / 2活性位点突变和L-和D-2HG对映体可能在形成肿瘤微环境的免疫调控中发挥关键作用。据报道，与IDH野生型胶质瘤相比，IDH突变型胶质瘤与肿瘤浸润淋巴细胞减少和程序性死亡配体1（PD-L1）表达减少相关。IDH突变产生的D2HG能抑制细胞毒性T淋巴细胞相关基因和T细胞趋化因子的表达，并抑制小鼠颅内神经胶质瘤中T细胞的积累。IDH1 / 2突变和D2HG可能有助于胶质瘤的免疫抑制，因此，提高对IDH突变的抑制可能使肿瘤对免疫治疗剂产生敏感性。事实上，用IDH1突变抑制剂治疗C57BL / 6小鼠颅内GL261肿瘤细胞增加了神经胶质瘤特异相关抗原的多肽疫苗活性。另外，由IDH1 / 2活性位点突变产生的新表位可能为使用IDH1或IDH2突变特异性肽的疫苗接种策略提供机会（图1）。对带有IDH1 R132H皮下肿瘤的小鼠接种多肽疫苗引发了CD4 +特异性抗肿瘤应答。
上述结果表明IDH1和IDH2突变可能通过改变免疫原性细胞因子和受体的表达而引起免疫抑制。或者，当通过肽疫苗接种刺激时， IDH突变产生的特异性新抗原似乎能够介导抗肿瘤免疫应答。未来的研究将需要研究D2HG介导的免疫抑制在神经胶质瘤微环境中起作用的程度，以及该现象是否可以通过抑制IDH突变，刺激产生抗肿瘤免疫力。
结论和未来方向
现在有大量证据表明，消耗AML细胞中D2HG可以在体外和体内引起稳定的白血病原始细胞分化。并且早期临床数据表明，用IDH1 / 2突变抑制剂治疗携带IDH1 / 2突变的AML患者可能诱导部分或在大一部分病例中完全缓解。但在胶质瘤中，其临床结果却不是那么稳定，有待深入的研究。一种可能性是IDH突变抑制剂的血脑屏障渗透不足以抑制脑内D2HG并诱导胶质瘤消退。一项正在进行的临床试验正研究脑外渗透性泛IDH突变抑制剂AG-881在手术前给药时抑制肿瘤D2HG浓度的程度（NCT03343197）。另一种可能性是IDH突变诱导的表观遗传变化的可逆性，随组织类型而不同。并且在D2HG水平正常化后，神经系统细胞基本上不易逆转表观遗传变化。IDH1 R132H在疾病进展期间的某个时刻从驱动突变转变为乘客突变。
另外，去除D2HG介导的分化抑制可能不足以克服致癌驱动突变如PI3K-AKT，PDGFRA，n-Myc，Met和K-Ras下游等信号。因此，针对肿瘤特异性驱动突变或将IDH突变抑制剂与低甲基化剂（例如地西他滨或5-氮杂胞苷）组合的个体化组合策略对于提供诱导分化可能是必需的（图1）。
正在进行几项I / II期临床试验正在研究各种IDH突变抑制剂在神经胶质瘤患者中的安全性（表1）。而对于临床前研究来说，研究基于代谢负荷、化学治疗敏感性和/或端粒维持机制（例如端粒替代延长）的IDH突变替代策略将会是非常重要的。
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