突變型異檸檬酸脫氫酶抑制劑的臨床研究進展

秦安琦,查曉明

(中國藥科大學 工學院,江蘇 南京 211198)

異檸檬酸脫氫酶(Isocitrate Dehydrogenase,IDH)作為三羧酸循環的關鍵限速酶之一,在細胞中扮演著重要的角色。正常生理條件下,IDH催化異檸檬酸轉變為α-酮戊二酸(α-KG),并產生NADH和NADPH兩種重要的還原物質[1]。IDH家族有三種不同的亞型,IDH1、IDH2和IDH3。IDH1位于細胞質和過氧化物酶體由2q33.3基因編碼,產生NADPH,可抵御細胞氧化損傷,同時為脂類合成提供還原力;IDH2位于線粒體基質中由15q26基因編碼,將α-KG轉化為異檸檬酸從而平衡線粒體內二者的平衡。IDH1和IDH2是同源二聚體,都是利用煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)作為輔因子,煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴的IDH3定位于線粒體基質是由2 IDH3α、IDH3β和IDH3γ組成的異四聚體蛋白,將NAD+轉化為NADH并產生α-KG,在TCA中發揮重要作用[2]。一方面IDH參與維持三羧酸循環正常進行,為細胞提供活動能量,另一方面NADH和NADPH進一步參與體內的脂質合成、氧化應激等活動,保證機體穩定運行[3]。

然而,現已在多種腫瘤中發現IDH1/2突變,這些突變多發生在酶活性位點,最常見的突變類型有IDH1密碼子Arg132被His或Cys取代,IDH2密碼子Arg140被Gln或Arg172被Lys取代,其中80%是IDH1(R132H)[4]。IDH發生突變后會引起酶功能的改變,突變的IDH通過消耗NADPH使得α-KG轉變為腫瘤代謝物D-2-HG[5]。D-2-HG與α-KG結構類似,是α-KG的拮抗劑,能夠抑制依賴α-KG雙加氧酶的活性如5-甲基胞嘧啶羥化酶(TET2),該酶可將5-甲基胞嘧啶轉化為5-羥甲基胞嘧啶參與DNA去甲基化過程[6]、抑制含JmjC結構域的組蛋白去甲基酶(JmjC KDMs),這種抑制引起組蛋白甲基化的改變,從而改變細胞表觀遺傳狀態[7];而且D-2-HG還被報道直接或間接激活許多酶和途徑[8]。因此,利用α-KG作為底物的通路在IDH突變的癌癥中受到干擾,導致表觀遺傳異常,破壞正常細胞分化從而促進腫瘤發生[9]。

目前,已經在各種來源的腫瘤細胞中檢測到異檸檬酸脫氫酶基因發生突變,包括但不限于急性髓系白血病(20%)、膽管癌(20%)、軟骨肉瘤(80%)和神經膠質瘤(80%)。因此,靶向抑制突變型異檸檬酸脫氫酶,是一種有效的腫瘤治療策略。異檸檬酸脫氫酶活性部位包括一個α-螺旋,當異檸檬酸脫氫酶發生突變后,引起該構象不穩定,從而增加了抑制劑對變構位點的可及性[10]。在外界條件作用下,多個氫鍵和疏水相互作用能將抑制劑錨定在變構袋內,導致突變型異檸檬酸脫氫酶與抑制劑緊密結合而關閉酶活性部位。突變型異檸檬酸脫氫酶獨特的結構和功能促進了小分子抑制劑的發現,AGI-5198是第一個被確定為突變IDH1的有效抑制劑的分子,在IDH1突變腫瘤異種移植模型中觀察到D-2-HG的產生減少了90%[11]。盡管AGI-5198在體外和體內誘導膠質瘤細胞分化和減緩IDH1突變膠質瘤細胞的生長方面具有很好的活性,但其較差的藥代動力學和藥效學特性其無法在臨床研究中使用。之后,通過對化合物AGI-5198進行結構的改造和優化,出現了理化性質更穩定的突變型異檸檬酸脫氫酶抑制劑。這些抑制劑通過與突變型異檸檬酸脫氫酶變構位點結合從而阻止催化所需的構象變化,將發生突變的酶的構象穩定在開放的非活性狀態[12]。基于這些背景,科學家已經研發出針對突變IDH的小分子抑制劑,這些抑制劑的作用機理主要是通過抑制mIDH來降低細胞內的D-2-HG水平,從而阻斷由D-2-HG引發的致癌通路。其中mIDH1抑制劑Ivosidenib、Olutasidenib以及mIDH2抑制劑Enasidenib已經被FDA批準用于急性髓系白血病(AML)。除此之外,還有多種以突變型異檸檬酸脫氫酶為靶點的小分子抑制劑的研究處于臨床前或臨床研究。本文主要討論了突變的異檸檬酸脫氫酶抑制劑目前臨床的研究進展(圖1),為開展突變型異檸檬酸脫氫酶抑制劑研究工作提供參考,以促進癌癥治療的發展。

圖1 突變型異檸檬酸脫氫酶抑制劑

1 突變型異檸檬酸脫氫酶1抑制劑

1.1 Ivosidenib(AG-120)

Ivosidenib(AG-120)由Agios公司開發,是一種具有高選擇性和高活性的口服mIDH1抑制劑。Agios公司發現了Ivosidenib具有良好的酶和細胞效能,在人肝微粒體中的良好穩定性,降低的hPXR活化,滲透性好;同時可以抑制幾個IDH1-R132突變體,其效力與R132H相似,并且對IDH1同工型具有高度選擇性,在微濃度下未顯示對IDH2(WT或突變體)同工型的抑制作用[13]。此外,Ivosidenib在腫瘤模型中表現出明顯的D-2-HG降低,并且能夠誘導原發性患者AML離體細胞體外分化。因此,Ivosidenib成為首個被FDA批準上市,用于治療復發或難治性IDH1突變的急性髓細胞白血病(AML)的mIDH1抑制劑。目前發現,在接受Ivosidenib 治療的R/R-AML患者中,總緩解率(ORRs)為41.6%,完全緩解率(CR)為21.6%,中位總生存期(mOS)為8.8個月[14]。

1.2 Olutasidenib(FT-2102)

Olutasidenib(FT-2102)是一種突變型異檸檬酸脫氫酶-1(mIDH1)抑制劑,由Rigel制藥公司開發,用于治療復發或難治性(R/R)急性髓系白血病(AML)。Olutasidenib最近在美國被批準用于治療美國食品和藥物管理局批準的檢測中檢測到的具有易感IDH1突變的R/R AML患者。Olutasidenib的X射線結構證實了其結合模式,揭示了右側區域中的吡啶酮在其羰基的主鏈NH之間與殘基Ile128獲得了額外的氫鍵相互作用。Olutasidenib能有效抑制了多個IDH1-R132突變體(R132H、R132C、R132G、R132L)產生的2-HG,這表明FT-2102對大多數IDH1-R132突變體表達的腫瘤有效。FT-2102對IDH1亞型具有高度選擇性,對野生型IDH1(> 20 μmol/L)和IDH2突變體(R172K和R140Q:均> 20 μmol/L)沒有明顯的抑制作用[15]。最近,研究Olutasidenib單獨使用或聯合阿扎胞苷治療IDH1突變的急性髓系白血病和骨髓增生異常綜合征的安全性、藥代動力學、藥效學的臨床試驗(NTP02719574)結果已經公布,臨床結果顯示單藥治療的中位隨訪時間為3.1個月,聯合治療的中位隨訪時間為4.2個月。劑量遞增隊列中未報告劑量限制性毒性,根據安全性、藥代動力學和藥效學以及臨床活性,每天兩次,20 mg認為是推薦的3期劑量。此外,對于復發或難治性急性髓系白血病患者,接受單藥治療的26%和接受聯合治療的95%有總體緩解。

1.3 LY3410738

LY3410738是一種共價抑制劑,被認為是“第二代”mIDH1抑制劑,這不僅是因為它的共價作用模式,而且它對mIDH第二位點突變的效力。2017年,禮來公司報道的含有嘧啶并噁嗪酮結構的代表性化合物LY3410738對IDH1-R132H、IDH1-R132C的IC50值分別為29.1和26.6 nmol/L,并且對WT-IDH1、WT-IDH2、IDH2-R140Q以及IDH2-R172K表現出優異的選擇性。研究表明在攜帶IDH1-R132C和IDH1-R132H的無胸腺裸鼠中,LY3410738可以劑量依賴性抑制D-2-HG的產生[16]。目前,評估口服 LY3410738治療IDH1或IDH2突變的晚期血液系統惡性腫瘤與晚期實體瘤患者的安全性,耐受性的兩項I期臨床試驗正在進行(NCT04521686、NCT04603001)。

1.4 BAY-1436032

BAY-1436032是一種mIDH1口服藥物通過變構抑制機制起作用,由拜耳公司開發的一種苯并咪唑-2-胺類化合物,具有良好的腦通透性,可通過降低D-2-HG水平,誘導骨髓分化,從而延長IDH1突變AML患者源性異種移植(PDX)模型的生存期。2019年拜耳公司完成了BAY-1436032在AML治療方面的I期臨床試驗(NCT03127735),并確定了其用于口服治療mIDH1-R132X晚期急性髓細胞白血病(AML)的最大耐受劑量MTD(Maximum Tolerated Dose)和II期臨床推薦劑量RP2D(Recommended Phase II Dose)[17]。與此同時,其類似的針對晚期實體瘤患者的I期臨床試驗仍在進行中(NCT02746081)。

1.5 DS-1001b

DS-1001b是由Daiichi Sankyo公司發現的一種有效的口服mIDH1抑制劑,具有高水平的血腦屏障滲透性,該藥物對IDH1-R132G、IDH1-R132L和IDH1-R132S的藥效較低(在體外細胞實驗中,對IDH1-R132H和IDH1-R132C的一半最大抑制濃度為～200 nmol/L,而～30 nmol/L,對IDH2變體無抑制,并能有效抑制IDH1-R132H和IDH1-R132C產生D-2-HG[18]。已經進入臨床I期試驗(NCT03030066),以評估其在具有IDH1-R132突變的神經膠質瘤患者的安全性、耐受性、藥效學、抗腫瘤活性和DS-1001b的最大耐受劑量。此外,臨床II期試驗正在進行DS-1001b在未經化療和放療的IDH1突變WHO II級膠質瘤患者中的研究(NCT04458272)。

1.6 IDH305

IDH305是一種IDH1突變型的口服抑制劑,具有良好的溶解性、清除動力學和抑制效力,對IDH1-R132H的IC50為79 nmol/L,可抑制多種異種移植模型中D-2-HG的產生。在臨床前模型中,IDH305能以劑量依賴性抑制D-2-HG產生[19]。目前臨床I期試驗(NCT02381886)正在評估IDH305在攜帶IDH1R132突變的晚期惡性腫瘤患者中的研究。

2 突變型異檸檬酸脫氫酶2抑制劑

2.1 Enasidenib(AG-221)

Enasidenib是一種口服的、選擇性的、有效的突變IDH2抑制劑,能夠降低AML體外和體內模型中D-2-HG水平,逆轉組蛋白甲基化模式并誘導細胞分化。目前,已被FDA批準用于IDH2突變的R/R-AML患者[20]。臨床試驗(NCT01915498)結果顯示,在接受Enasidenib 治療的R/R-AML AML患者中,總緩解率為40.3%,中位緩解持續時間為5.8個月,中位總生存期為9.3個月,完全緩解的患者(19.3%)的總生存期為19.7個月。此外,患者對連續每日的Enasidenib治療的耐受性良好,并在既往AML治療失敗的患者中誘導血液學反應,誘導成髓細胞分化。目前,仍有多項臨床試驗正在研究Enasidenib在中度和重度肝損傷受試者中的藥代動力學以及在AML患者中藥物相互作用研究(NCT04573582、NCT03290443、NCT03720366)。

2.2 SH1573

SH1573是一種新型的mIDH2抑制劑,對mIDH2 R140Q蛋白表現出較強的選擇性抑制作用,可有效減少動物模型細胞系、血清和腫瘤中D-2-HG的產生。SH1573可以促進PDX模型中突變AML細胞系和粒細胞的分化[21]。同時,現已證實SH1573具有生物利用度高、代謝穩定性好、組織分布廣等特點。此外,毒理學實驗表明,SH1573對呼吸系統、心血管系統和神經系統無影響,遺傳安全。目前,臨床試驗(NCT04806659)正在評估SH1573膠囊在治療攜帶IDH2突變的晚期復發、難治性急性髓系白血病(AML)受試者方面的安全性、耐受性、PK、PD和初步療效。

2.3 Vorasidenib(AG-881)

Vorasidenib(AG-881)是由Agios Pharmaceuticals開發的一種可口服的IDH1/2雙重抑制劑,在臨床上用于治療低級別mIDH膠質瘤。突變的IDH1和IDH2的變構口袋中不同的殘基氨基酸以相似的方式與AG-881產生作用,它對IDH1 R132H、IDH1 R132C、IDH1 R132G和IDH1 R132S表現出0.04～22 nmol/L的抑制活性,而對IDH2-R140Q表現出7～14 nmol/L的抑制活性,對IDH2-R172K 則表現出130 nmol/L的抑制活性[22]。此外,AG-881能透過血腦屏障并誘導骨髓系分化。由于AG-881良好的腦滲透性可使mIDH膠質瘤中D-2-HG的水平降低90%以上。AGI-881的多個I期臨床試驗已完成(NCT02492737、NCT02481154),AGI-881的一項III期臨床試驗中正在進行,用于治療IDH1/IDH2突變的復發性II級神經膠質瘤(NCT04164901)。

3 結論

突變型異檸檬酸脫氫酶已成為重要的腫瘤治療靶標。目前,FDA已批準靶向抑制突變型異檸檬酸脫氫酶1(mIDH1)的Ivosidenib、Olutasidenib以及靶向抑制異檸檬酸脫氫酶2(mIDH2)的Enasidenib用于治療帶有IDH突變的急性髓系白血病(AML)。除此之外,現已發現多項臨床試驗正在研究突變型異檸檬酸脫氫酶抑制劑與其他靶點抑制劑聯合治療,如:NCT04092179、NCT03914742和NCT03173248等臨床試驗。因此,未來開發與mIDH抑制劑具有協同作用的雙(多)靶點藥物是今后潛在的研究方向之一。