腦膠質瘤IDH基因突變的分子機制及其相關靶向治療的研究進展

胡 平 葉立果綜述 陳謙學審校

膠質瘤是成人中樞神經系統最常見原發性惡性腫瘤，是嚴重威脅人類健康的常見腫瘤之一。近30年來，膠質瘤的整體治療效果未有明顯改善，盡管進行了強化治療，但大多數病人在2～10年內死亡[1]，最佳治療的老年高級別膠質瘤中位生存期為8個月，而次優治療的中位生存期為4個月[2]。明確膠質瘤的發病機制、生物學特征和新病因治療是神經外科領域迫切需要解決的問題。正常的異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）是細胞代謝過程中的關鍵酶，在三羧酸循環中代謝物的合成以及還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）產生中起著重要作用。據推測IDH基因突變（IDH mutation，mIDH）是膠質瘤發展的始發事件[3]，而mIDH產生的蛋白質會阻止正常的細胞分化并促進腫瘤發生。近年來，越來越多的治療性研究不斷展開，其中主要包括谷氨酰胺酶抑制劑、α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）衍生物、免疫療法等。本文就mIDH在膠質瘤中的分子機制及潛在治療進行綜述。

1 IDH的功能

IDH家族存在三種同工酶：IDH1位于細胞質和過氧化物酶體中，IDH2和IDH3位于線粒體中[4]。正常IDH可將異檸檬酸轉化為α-KG，此過程會產生CO2和NADPH。NADPH可維持充足的還原型谷胱甘肽和過氧化物酶毒素庫，以維持氧化還原平衡，保護細胞免受各種細胞應激物的氧化損傷。同時，NADPH還參與脂質代謝，并有助于抵抗脂質氧化過程中誘導的活性氧的損傷。IDH1/2產生具有強還原特性的分子，參與抗氧化應激的保護作用，與谷胱甘肽和硫氧還蛋白生產系統相互作用，保護免受脫氧核糖核酸損傷[5]。對mIDH膠質母細胞瘤（gliomblastoma，GBM）進行大規模代謝組學研究發現該突變體可將NADPH氧化為NADP+，生成2-羥基戊二酸（2-hydroxyglutaric acid，2-HG）[6]。此外，還具有催化α-KG生成2-HG的功能。2-HG在細胞中的積累促進細胞癌變[7]。

2 mIDH在膠質瘤中的生物學作用

2.1 mIDH促進膠質瘤血管生成 與正常顱內血管相比，膠質瘤血管異常顯示出獨特的基因表達特征，與血管生成因子的高表達有關，包括血管內皮生長因子、轉化生長因子β2和多效蛋白。高濃度2-HG可以通過抑制脯氨酰羥化酶（Proline hydroxylase，PH）和穩定缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）促進血管生成。mIDH型膠質瘤2-HG充當PH的抑制劑，導致HIF1α水平降低和與缺氧有關的基因表達降低，而血管生成相關信號傳導增強[8]。

2.2 mIDH對膠質瘤免疫微環境的影響 近年來，越來越多的研究發現mIDH在膠質瘤的免疫微環境中發揮著重要的作用。膠質瘤有一定程度的淋巴細胞浸潤，而腫瘤浸潤淋巴細胞的存在可預示臨床結果。Mohme等[9]研究發現膠質瘤CD8+T淋巴細胞浸潤程度與長期存活率相關。而美國癌癥基因組圖譜研究發現，毒性T淋巴細胞相關基因和干擾素誘導的趨化因子降低IDH野生型膠質瘤的發生率[10]。

2.3 mIDH促進線粒體過度琥珀酰化 在缺氧條件下，mIDH型膠質瘤細胞mIDH1損害細胞代謝，導致對氧化線粒體代謝的依賴性增加，并且無法誘導還原性谷氨酰胺代謝[11]。研究表明線粒體對mIDH型腫瘤生長的重要性，mIDH1型膠質瘤和表達IDH1R132H的腫瘤細胞是超琥珀酰化的，尤其是線粒體，2-HG可抑制線粒體琥珀酸脫氫酶，通過琥珀酰輔酶A積累和過度琥珀酰化而導致線粒體呼吸功能障礙，誘導抗凋亡蛋白積聚在線粒體膜上，導致細胞凋亡抗性。LiF等[12]認為去琥珀酰化酶的過表達逆轉這些過程并抑制過度琥珀酰化的腫瘤生長。

3 mIDH型膠質瘤的靶標治療

3.1 谷氨酰胺酶（glutaminase，Gln）抑制劑Gln負責將谷氨酰胺轉化為谷氨酸，在上調腫瘤細胞生長代謝過程中起著至關重要的作用，被認為是腫瘤治療的重要靶標。研究表明，小分子Gln抑制劑可以降低腫瘤活性，降低mIDH型膠質瘤細胞谷氨酸和α-KG含量。但有趣的是，盡管Gln活性顯著下降，但腫瘤生長只是適度下降，表明細胞代謝能夠補償Gln抑制作用引起的變化[13]。因此，Gln抑制劑與其他治療策略結合使用時，可能對抑制腫瘤的生長產生協同作用。

3.2 α-KG衍生物mIDH1型膠質瘤的生長與α-KG水平降低有關，因此可用額外的α-KG來抵消這種生長作用[14]。mIDH1減少α-KG的形成，增加HIF1α水平，而HIF1α水平的升高可通過α-KG衍生物逆轉。因此，α-KG衍生物可作為mIDH型膠質瘤的潛在治療方法。

3.3 免疫療法 自然殺傷細胞（natural killer cell，NKC）對先天免疫系統至關重要，并對腫瘤形成有抑制作用。NKC對腫瘤細胞的溶解作用是受體與靶細胞的應激誘導性配體相互作用而介導的。mIDH型膠質瘤細胞由于2-HG誘導的基因組甲基化過高而使受體轉錄沉默，導致相應的配體減少，因此，對NKC介導的膠質瘤細胞裂解具有抗性。Schumacher等[15]認為地西他濱上調受體的表達可增加膠質瘤細胞對NKC介導的細胞毒性的敏感性。

3.4 IDH1 R132H肽疫苗Weenink等[16]認為IDH1 R132H蛋白具有開發特異性疫苗的免疫原性價值。部分mIDH1型膠質瘤具有同種型特異性抗體，并顯示出針對mIDH1蛋白的干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）T細胞反應。Rashidian等[17]報道，在新診斷為IDH1 R132H惡性膠質瘤的病人中，突變特異性肽疫苗可能是該型腫瘤的一種可行的新型治療方法。

3.4 異構形式的化學抑制劑IDH1/2化學抑制劑以劑量依賴性方式抑制mIDH1型膠質瘤2-HG的產生，并誘導其細胞分化相關基因的表達[18]。因此，將小分子設計結合在mIDH1/2的活性催化位點內，并阻止突變蛋白酶將α-KG轉化為2-HG所需的構象變化，這種方法可用于治療mIDH膠質瘤[19]。

3.5 mIDH抑制劑mIDH抑制劑可防止2-HG的積累。Konteatis等[20]報道伏立替尼是mIDH1/2型膠質瘤的有效口服腦滲透雙重抑制劑，在原位膠質瘤小鼠模型中，伏拉西地尼可以穿透幾種臨床前物種的大腦，并抑制膠質瘤組織2-HG的產生。伏拉西地尼代表一種新型的雙重mIDH1/2抑制劑，臨床上用于治療低級別mIDH膠質瘤。

綜上所述，mIDH在膠質瘤形成中的作用是多維的，涉及膠質瘤血管生成、膠質瘤免疫微環境以及膠質瘤線粒體氧化代謝等。針對不同的機制，研發出不同的治療方法，其中包括Gln抑制劑、α-KG衍生物、免疫療法、IDH 1R132H肽疫苗、異構形式的化學抑制劑、伏立替尼酶抑制劑。但驅動膠質瘤形成和生長的特定異常變化可能在不同類型的膠質瘤中有所差異，這進一步使腫瘤靶標的鑒定變得復雜，而主張膠質瘤個體化治療的同時，使用多種潛在靶向治療可能更為有效。