異檸檬酸脫氫酶1在肝臟疾病中作用的研究進展

鄧威，陳倩，郭金，龔作炯

武漢大學人民醫院感染科，武漢430060

摘要：異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）作為胞質和過氧化物酶體中一種依賴NADP的酶，主要 促進異檸檬酸轉變為α-酮戊二酸，并生 成NADPH。IDH1 廣泛參與肝臟中糖、脂質和氨基酸代謝以及氧化應激的發生，并與 多種肝臟疾病的發生發展密切相關。突變的IDH1 可將α-酮戊二酸轉變為一種腫瘤代謝物-2-羥基戊二酸，參與 肝臟腫瘤的代謝重編程及調節表觀遺傳學，與腫 瘤發生密切相關。

關鍵詞：肝臟疾病；異檸檬酸脫氫酶1；代謝

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2022.10.027

中圖分類號：R575文獻標志碼：A文章編號：1002-266X（2022）10-0108-04

異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）是一種在肝臟中高度表達的酶，在心肌、骨骼肌和腎臟組織亦有分布。IDH1是真核細胞內具有脫羧作用的氧化還原酶，在糖代謝、脂質代謝及氧化應激等生理過程中發揮重要作用［1］。既往研究發現，IDH1 水平在急慢性肝炎、肝硬化、肝癌等肝臟疾病中異常表達，可參與多種肝臟疾病的發生發展［2］。現就IDH1 在肝臟疾病中作用的研究進展綜述如下。

1 IDH1的結構與功能

IDH1 基因位于2 號染色體長臂3 區4 帶（2q34）上，其編碼蛋白由414個氨基酸組成，相對分子質量為46.7 kD。IDH1 是線粒體三羧酸循環中的限速酶，催化異檸檬酸氧化脫羧轉變為α-酮戊二酸（α-KG）。IDH 家族包括IDH1、IDH2、IDH3。其中，IDH1位于細胞質和過氧化物酶體中，并且利用煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）作為輔助因子，在NADPH 生成途徑中發揮作用。而IDH2 和IDH3 位于線粒體中，分別利用NADP和NAD為輔因子。

IDH1 突變通常是雜合突變，包括一個突變體（mtIDH1）和一個野生型等位基因（wtIDH1）。mtIDH1 多數是第132 號密碼子上的精氨酸發生錯義突變，轉換為其他氨基酸，如組氨酸（IDH1-R132H）、絲氨酸（IDH1-R132S）、半胱氨酸（IDH1-R132C）、甘氨酸（IDH1-R132G）及亮氨酸（IDH1-R132L），其中IDH1-R132H 最常見。mtIDH1 可降低其與異檸檬酸活性位點結合力，增加與NADPH 的親和力，削弱異檸檬酸脫羧作用。此外，mtIDH1 可將產物α-KG 轉化為2-羥基戊二酸（2-HG），并且mtIDH1 還可產生2-HG 的R-對映體即（R）-2-HG。wtIDH1 可通過提供α-KG 底物，增強mtIDH1 產生2-HG 的能力。2-HG 可通過抑制組蛋白去甲基化和5-甲基-胞嘧啶羥基化，從而致使組蛋白和DNA 甲基化水平發生改變，與腫瘤發生發展密切相關，如膠質瘤、肝癌中的膽管細胞癌等［3-4］。

2 IDH1在肝臟疾病中的作用

2.1 在肝臟代謝及氧化應激中的作用

2.1.1 調節糖代謝 IDH1 與肝臟糖代謝密切相關。葡萄糖通過糖酵解轉變為丙酮酸，丙酮酸氧化脫羧后在三羧酸循環周期中轉變為異檸檬酸，異檸檬酸在相關載體協助下進入胞質被IDH1 轉化為α-KG。肝臟是糖原合成與輸出的主要器官，胰島素在其中扮演重要作用。BAUCHLE 等［5］發現，抑制IDH1 可削弱糖酵解過程，并且使胰島素分泌受損。IDH1的缺乏還可通過損害依賴α-KG的生糖氨基酸如丙氨酸的轉氨基作用來減少糖異生［6］。突變的IDH1 會使三羧酸循環過程中的α-KG 轉變為2-HG。腫瘤細胞在有氧條件下傾向于將葡萄糖代謝為乳酸，即Warburg 效應，是腫瘤代謝的重要特征。LI等［7］研究發現，在腫瘤發生發展的早期，存在IDH1活性及表達抑制，這可能與腫瘤細胞的代謝重編程有關。而GRASSIAN 等［8］發現，在缺氧條件下，IDH1突變細胞可表現出氧化三羧酸代謝的增加。

2.1.2 參與脂質代謝 肝臟與脂質代謝密切相關，如在過氧化物酶體中進行脂肪酸β 氧化、支鏈脂肪酸的α氧化等。肝細胞中脂肪與膽固醇的合成需要乙酰CoA 及NADPH，而IDH1 被認為是過氧化物酶體中NADPH 唯一生產者，參與脂質合成。正常情況下，脂質合成的乙酰CoA來源于糖酵解，而在缺氧或線粒體功能障礙的情況下，IDH1可介導谷氨酰胺衍生的α-KG 的還原羧化，產生乙酰CoA，促進脂肪酸生物合成，以支持腫瘤生長和進展。并且當谷氨酰胺是主要的脂質碳來源時，IDH1是合成脂質的必要因素［9］。

膽固醇調節元件結合蛋白（SREBP）是肝臟和癌細胞內膽固醇合成的調節器。SREBP 可通過激活正常細胞IDH1 的表達而參與脂質代謝，并且在IDH1突變細胞中，SREBP不但激活致癌IDH1表達，還可調節腫瘤代謝物2-HG 的產生［9］。但突變IDH1可通過減少NADPH 和細胞質乙酰CoA 的產生來抑制脂質合成。

2.1.3 參與氨基酸代謝 IDH1 的產物α-KG 可由部分氨基酸轉變，如谷氨酸、谷氨酰胺等，再經過糖異生過程轉變為糖。谷氨酰胺是一種條件必需氨基酸，可為三羧酸循環、脂肪酸合成和核苷酸合成提供氮和碳。SALAMANCA-CARDONA 等［10］通過超極化磁共振成像（HP-MRI）發現，谷氨酰胺是突變IDH1腫瘤中2-HG 生產的主要碳源，利用選擇性IDH1 抑制劑可靶向谷氨酰胺衍生的2-HG治療。此外，谷氨酰胺還參與還原性谷胱甘肽的形成。

支鏈氨基酸（BCAAs）包括纈氨酸、亮氨酸及異亮氨酸，是由支鏈氨基酸轉氨酶1（BCAT1）將支鏈α-酮酸轉化而來，其代謝異常與腫瘤發生密切相關。BCAT1 通過引起細胞增殖和化療耐藥在肝癌中發揮致病作用［11］。RAFFEL 等［12］發現，腫瘤中BCAT1表達與α-KG 濃度相關，IDH1 缺乏導致α-KG 濃度降低，進而導致BCAT1 表達降低，并且BCAT1 的過表達可降低細胞內α-KG水平。

2.1.4 調節氧化應激 活性氧（ROS）主要通過細胞色素P450 酶在肝細胞線粒體和內質網中產生。谷胱甘肽（GSH）是一種主要的抗氧化劑及氧化還原和細胞信號調節因子，可通過減少H2O2和清除ROS及氮自由基保護細胞免受氧化損傷。

NADPH 是一種遞氫體，可參與各種代謝反應（如脂肪酸及核苷酸合成），還可維持體內還原性GSH 的水平及抵抗ROS 刺激等。肝臟中NADPH 主要來源于葡萄糖氧化的磷酸戊糖途徑、蘋果酸酶、葉酸代謝及IDH1 等。但IDH1-NADPH 對肝臟GSH 消耗最敏感，以保持氧化還原平衡［13］。此外，YING等［14］研究發現，敲除IDH1 可降低NADPH/NADP 和GSH/GSSG，增加ROS 水平并促進細胞壞死。相反，mtIDH1 可使IDH1 催化的前向反應喪失，導致NADPH 減少，促進ROS 發生。MOLENAAR 等［15］研究發現，含有異質性IDH1-R132H 突變的癌細胞ROS增加。

2.2 IDH1在肝臟疾病發生發展中的作用

2.1 IDH1 參與肝損傷 IDH1 與肝臟炎癥密切相關。在急慢性肝炎時，常伴有腸道菌群移位及腸道內毒素如脂多糖（LPS）向循環系統轉移，導致腸源性內毒素血癥。LPS 可誘導肝臟巨噬細胞活化，促使其釋放多種細胞因子和炎癥遞質，從而加重肝臟炎癥。肝臟中免疫細胞是肝臟損傷的關鍵傳感器，它們中的NADPH 氧化酶可促進肝損傷炎癥的發生。另外，NADPH 含量與肝臟炎癥的發生密切相關，NADPH 缺乏可影響氧化應激，從而激活相關肝臟炎癥通路。IDH1 可通過調節細胞內NADP/NADPH，從而保護肝細胞免受LPS 誘導的氧化應激［16］。肝臟炎癥常伴隨著肝細胞的破裂與壞死，IDH1 位于細胞質中，IDH1 可能是肝功能損傷的標志之一。

MOREAU 等［17］研究發現，免疫細胞產生劇烈防御反應，刺激NADPH 氧化酶產生ROS 等物質，導致線粒體功能障礙，從而促進器官衰竭的發生，并且IDH1濃度在合并敗血癥時更高。本課題組前期研究顯示，組蛋白去乙酰化酶抑制劑ACY-1215 可通過DDX3X/NLRP3信號通路改善糖解通路來抑制M1巨噬細胞的激活，促進IDH1表達，從而緩解肝衰竭［18］。

2.2 IDH1抑制肝纖維化進程 肝纖維化是各種慢性肝病的補償性修復過程，肝星狀細胞（HSCs）在肝纖維化的發生發展中起重要作用。活化HSC 的異常糖酵解活性是動態纖維生成與消除的主要調節者。XU 等［19］研究發現，TGF-β1可能通過抑制IDH1的表達來發揮其促進肝纖維化的作用。

此外，肝炎病毒可降低細胞內抗氧化能力，導致細胞內氧化應激、脂質過氧化和DNA 損傷的積累，誘導組織損傷，最終形成肝纖維化，因此與氧化應激相關的IDH1 可能是檢測肝纖維化或治療肝纖維化的治療靶點之一。IDH1 的產物α-酮戊二酸還可以通過抑制乙酰輔酶A-EP300途徑抑制HSCs的自噬，從而抑制HSCs的活化和肝纖維化［20］。

2.3 IDH1突變與乙酰化促進肝臟腫瘤形成 IDH1突變與多種腫瘤的發生發展以及轉移密切相關。IDH1 突變在肝癌，尤其是與膽管細胞癌（IHCC）的發生密切相關。IDH1 突變可能通過以下幾種途徑促進肝臟腫瘤的發生。IDH1 突變通過腫瘤代謝物的積累如2-HG，對肝臟細胞分化、生長、缺氧信號以及氧化應激具有多效性影響。突變IDH1 還可以通過抑制α-KG 和NADPH 的產生，并且調節IHCC 中乙醛脫氫酶1 的表達，促進IHCC 的發生［21］。此外，突變IDH1促進氧化應激發生，而肝臟腫瘤的高增殖能力與氧化應激有關。在一項針對IDH1 突變的IHCC 臨床實驗中，靶向IDH1 突變藥物AG-120 治療中有5%患者部分緩解，56%患者病情穩定［22］。AG-120 可以抑制腫瘤代謝物2-HG 產生，促進mtIDH1的IHCC病情穩定和無進展生存期改善［23］。

此外，蛋白質乙酰化通過控制多種細胞途徑來調節癌癥細胞增殖，例如細胞周期、細胞凋亡和不同的代謝途徑。關鍵致癌酶的乙酰化影響酶和非酶活性，從而促進腫瘤進展。WANG等［24］研究發現，在結直腸原發腫瘤和肝轉移中IDH1 是高乙酰化的，K224 上IDH1的過度乙酰化與肝臟轉移瘤和低生存率顯著相關，IDH1 去乙酰化調節可抑制繼發性肝臟腫瘤的發生。

綜上所述，IDH1是IDH家族中一種依賴NADP，在過氧化物酶體和胞質中發揮作用的酶。IDH1 參與肝臟中糖、脂質、氨基酸代謝以及調節氧化應激，自身及其產物與肝臟炎癥、腫瘤及肝纖維化等的發生密切相關。此外，IDH1與其產物參與肝臟能量代謝重編程過程。