異檸檬酸脫氫酶基因突變在軟骨肉瘤中的研究進展及展望

趙靜靜，張志紅，甄俊平

1.030000 山西省太原市，山西醫科大學公共衛生學院

2.030000 山西省太原市，山西醫科大學第二醫院影像科

人類在腫瘤基因研究中發現了近1000 個腫瘤相關基因，其中絕大多數在機體多種代謝途徑中發揮著重要作用。近年來，通過代謝組學發現的腫瘤代謝產物，使腫瘤代謝基因的突變重新回到腫瘤基因組學研究者的視野。異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）是人類腫瘤中較易發生突變的代謝基因，其突變與多種腫瘤的發生、發展有關［1］。軟骨肉瘤是臨床工作中一種常見的骨腫瘤，在成年人惡性骨腫瘤中居首位，其發病原因不明，可能與多種基因突變有關，包括IDH 基因突變［2］。本文綜述了IDH 基因突變在軟骨肉瘤中的研究進展，重點討論IDH 基因突變在軟骨肉瘤發生、預后、鑒別診斷及治療中的作用，并提出了治療新見解及未來研究展望，以期為臨床軟骨肉瘤治療方案的選擇及預后判斷提供參考依據。

本文文獻檢索策略：計算機檢索PubMed、中國知網、萬方數據知識服務平臺，收集了國內外公開發表的有關IDH 基因突變與軟骨肉瘤的研究文獻。中文檢索詞：軟骨肉瘤、異檸檬酸脫氫酶、腫瘤治療、研究進展、預后。英文檢索詞：Chondrosarcoma、IDH、treatment、researchprogress、survival。同時，輔以參考文獻追溯查找文獻。檢索時限：2010 年1 月—2023 年3 月。文獻納入標準：（1）有關IDH基因突變與軟骨肉瘤的研究；（2）對于研究結果一致的研究，納入樣本量最大且近期發表的高質量研究。文獻排除標準：同一研究重復發表以及相同樣本的多項研究。

1 IDH 基因種類及突變位點

IDH 是三羧酸循環的重要限速酶，人類IDH 基因家族包括5 種不同的IDH，編碼3 種不同的酶產物，即IDH1、IDH2 和IDH3。IDH 基因家族IDH1 和IDH2基因突變多見［3］，很少發現IDH3 基因突變。IDH1 和IDH2基因突變發生在酶活性位點的不同精氨酸殘基上，導致一個氨基酸被替換。目前發現IDH1 基因突變多發生在第132 位點；而IDH2 基因突變則主要發生第172位點及第140 位點，詳見表1。AMARY 等［3］在56%的軟骨腫瘤患者中發現IDH1 和IDH2 雜合子突變，且IDH1 R132 與IDH2 R172突變的比率為10.6∶1。LUGOWSKA 等［4］首次在軟骨肉瘤患者中發現同時發生的IDH1 和IDH2 突變及存在IDH2 R140 位點突變。研究揭示在軟骨肉瘤中，IDH1 基因突變以R132C 最常見，其次是R132G 和R132L；IDH2 基因突變以R172S 最常見［5］。

表1 IDH1 和IDH2 基因突變位點Table 1 Mutation sites in IDH1 and IDH2 genes

2 IDH 基因突變與軟骨肉瘤的發生

IDH 基因突變是軟骨肉瘤發生的一個早期事件。有研究發現在85%的遺傳性內生軟骨瘤病、80%的非遺傳性軟骨瘤病（Ollier 病、Maffuci 綜合征）及50%的孤立性內生軟骨瘤中存在IDH 基因突變；在60%的軟骨肉瘤和57%去分化軟骨肉瘤中存在IDH 基因突變［6］。此外，良性內生軟骨瘤病轉化為惡性繼發性軟骨肉瘤的風險在Ollier 病患者中為40%，在Maffuci 綜合征患者中高達53%［7］。通過對IDH 基因突變的研究，可能解釋腫瘤的發生過程，對軟骨肉瘤的總體預后及治療將會有新的突破。

2.1 IDH 與表觀遺傳

在IDH 的作用下，異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）。突變的IDH 可與α-KG結合并將其還原為2-羥基戊二酸（2-hydroxyglutarate，2-HG），同位素標記證實2-HG 來源于α-KG［3］。在生理條件下，由于內源性2-HG 脫氫酶（該酶催化2-HG轉化為α-KG）的作用，細胞內2-HG 的積累受到限制，所以正常組織中2-HG 含量極低［8］。然而，在IDH 基因突變的腫瘤患者組織中均可以檢測到2-HG 水平的升高。IDH 基因突變產生2-HG 的能力與其不同的突變位點有關。研究揭示，IDH2 基因突變產生2-HG 的能力與野生型IDH2 等位基因的存在無關，IDH2 R172 位點突變產生2-HG 能力高于IDH2 R140 位點突變［3］。而IDH1 基因突變產生2-HG 的能力與其突變位點是否存在野生型等位基因有關，雜合型IDH1 R132 位點突變產生2-HG 的能力較強，與IDH2 R172 位點突變產生2-HG的能力相似。

2-HG 對α-KG 相關過程的功能有著深遠的影響，尤其是雙加氧酶。目前已經發現了60 多種α-KG 依賴性雙加氧酶，在腫瘤細胞表觀遺傳調控中起著重要作用。其中2-HG 似乎有2 個主要靶點：組蛋白賴氨酸脫甲基酶（KDM）家族和5-甲基胞嘧啶羥化酶（TET）家族［9］。2-HG 與α-KG 的結構類似，如圖1 所示，通過競爭性抑制組蛋白去甲基化酶和甲基胞嘧啶羥化酶［10］，導致組蛋白賴氨酸甲基化和整體DNA 超甲基化增加，抑制細胞正常分化過程，進而誘發腫瘤［11］。CHOW［7］在Swarm 大鼠軟骨肉瘤模型中，誘導整體去甲基化導致軟骨肉瘤在體外和活體內的進展。LUGOWSKA 等［4］發現在小鼠間充質祖細胞模型中，IDH2 基因突變表達引發廣泛的DNA 超甲基化、細胞分化受損和誘導細胞接觸喪失，最終導致細胞作為異種移植物生長時形成未分化肉瘤。這些研究表明，IDH 基因突變通過調控細胞表觀遺傳促進腫瘤的發生，并提示針對表觀遺傳的抑制劑可能是IDH 基因突變型軟骨肉瘤的治療新靶點。

圖1 α-KG 及2-HG 結構式Figure 1 α-KG and 2-HG structural formulas

2.2 IDH與缺氧誘導因子1α（hypoxia inducible factors-1α，HIF-1α）

HIF-1α 在低氧條件下，可以調節腫瘤細胞的生物代謝過程，維持其生長和增殖。HIF-1α 的蛋白酶體降解途徑由脯氨酰羥化酶（prolylhydroxylases，PHD）的多泛素化介導。α-KG 可以調節PHD 的活性，α-KG減少，PHD 活性降低，會導致HIF-1α 的上調，進而破壞細胞對缺氧的適應性，促進腫瘤的發生［12］。KOIVUNEN 等［13］發現，2-HG 積累會競爭性抑制PHD的活性，從而導致HIF-1α 的積累。HU 等［14］的研究顯示，敲除突變的IDH 基因后，腫瘤細胞中HIF-1α的數個靶基因下調，進一步導致HIF-1α 水平降低。敲除突變的IDH 基因可以減弱腫瘤組織中血管生成標志物的表達，并消除腫瘤細胞的血管生成能力。上述研究表明，IDH 基因突變可通過誘導HIF-1α 賦予腫瘤細胞血管生成和致瘤特性。

在軟骨肉瘤中，IDH 基因突變除了作用于雙加氧酶和HIF-1α 誘發腫瘤的發生外，還可作用于細胞凋亡和增殖的信號通路。有研究發現，2-HG 通過對線粒體電子傳遞鏈中細胞色素C 氧化酶（COX）直接抑制，導致促凋亡蛋白Bax 和BAK 激活，從而干擾谷氨酰胺的正常代謝，觸發細胞凋亡［8，15］。同時，有證據表明2-HG積累起到免疫抑制作用，在高濃度2-HG 存在下，活化的CD4+和C D8+T 淋巴細胞的增殖能力降低，從而促進腫瘤發生［16］。

3 IDH 基因突變與軟骨肉瘤患者的預后

關于IDH 基因突變與軟骨肉瘤患者預后的關系，已發表的數據尚不明確。有研究發現，相對于IDH 未突變者，IDH 基因突變的軟骨肉瘤患者總生存期較短，5 年生存率更低［4-5］。VUONG 等［5］研究發現，IDH 基因突變率隨著軟骨肉瘤病理組織學分級的增加而顯著增加，在去分化型軟骨肉瘤中的突變率最高；且IDH 基因突變在年齡較高、腫瘤直徑較大、部位在四肢長骨（如股骨、肱骨、脛骨）和扁平骨（如骨盆、顱骨）患者中頻發。AMER 等［17］研究發現，去分化軟骨肉瘤預后相對更差，中位生存時間約為11 個月。但也有研究發現IDH 基因突變與軟骨肉瘤患者的總生存期之間無相關性；值得注意的是，該研究還發現高級別軟骨肉瘤患者中IDH 基因突變與較長的無進展生存期相關，但患者的死亡風險顯著增加［18］。因此，關于IDH 基因突變與軟骨肉瘤患者預后的關系尚需進一步研究確定。

4 IDH 基因突變與軟骨肉瘤的鑒別診斷

軟骨肉瘤與成軟骨細胞骨肉瘤的鑒別診斷是一個至關重要且具有挑戰性的問題，二者臨床治療方案有顯著差異。有研究表明，約25%的傳統骨肉瘤可產生軟骨細胞成分，在一個小的活檢標本上區分這兩種腫瘤是很困難的，而且具有主觀性［19］。骨肉瘤患者發生轉移的風險顯著，其治療主要是以化療結合手術的綜合治療；而軟骨肉瘤患者對化療不敏感，通常僅需通過手術方法治療。超過60%的軟骨肉瘤中存在IDH 基因突變，但在成軟骨細胞骨肉瘤等間充質腫瘤中較為罕見。因此，檢測IDH 基因突變可以幫助鑒別軟骨肉瘤與成軟骨細胞骨肉瘤。

IDH 基因突變在顱底軟骨肉瘤與脊索瘤的鑒別診斷中也起著重要作用。IDH 基因突變已被報道在60%的顱底軟骨肉瘤中存在［20］，而在脊索瘤中較為罕見。因此，IDH 基因高頻突變是顱底軟骨肉瘤與脊索瘤鑒別診斷的有用標志物。值得注意的是，VUONG 等［5］對顱骨軟骨肉瘤進行分析，發現IDH 基因突變僅在顱底軟骨肉瘤中檢測到，在顱面軟骨肉瘤中不存在。YOU 等［21］對25 個頜骨軟骨肉瘤樣本進行檢測，均未發現IDH 基因突變，提示在顱底軟骨肉瘤的診斷上，IDH 基因突變檢測還具有重要的輔助診斷作用。

5 IDH 基因突變與軟骨肉瘤的治療

軟骨肉瘤組織血供差，對化療和放療相對不敏感，目前手術切除病灶是其主要且最佳的治療方法。然而，部分患者手術后出現復發或轉移，復發或轉移后治療方案有限，患者預后較差［22］。有文獻報道，原發性軟骨肉瘤初次手術切除后復發率在20%左右，約13%的復發病例組織學分級高于原發腫瘤，需要二次手術進行更大范圍切除或者失去手術機會［23］。因此，臨床上需要探索更有效的治療方案，以改善軟骨肉瘤患者的臨床治療。IDH 基因在軟骨肉瘤中高頻突變，使軟骨肉瘤的有效分子靶點和新候選藥物不斷被發現，有利于制訂更有效的治療方案。

5.1 IDH 基因突變抑制劑

目前，IDH 基因突變抑制劑已經研發出來。AGI-5198 是特異性IDH1 基因突變抑制劑，不僅能降低IDH1 基因突變的軟骨肉瘤患者組織中2-HG 的水平［24］，同時也能夠抑制腫瘤細胞的增殖和轉移，并誘導腫瘤細胞凋亡［25］。DS-1001b 是一種新型IDH1 抑制劑，不僅能夠降低基因突變腫瘤細胞的2-HG 水平，同時還能夠對組蛋白進行去甲基反應，進而抑制軟骨肉瘤細胞的增殖［26］。目前，IDH 基因突變抑制劑較多地用于急性髓系白血病（AML）的治療，而在實體瘤中IDH 基因突變抑制劑目前僅處于臨床試驗階段［7］。AG-120 是一種IDH1 抑制劑，在IDH 基因突變的復發/難治性AML 中的有效率高達42%，腫瘤完全消失的概率高達30%；AG-221 是一種IDH2 抑制劑，在復發/難治性AML 患者中的緩解率高達56%［27］。這兩種IDH 基因突變抑制劑分別獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）認證，用于治療含IDH1 和IDH2 基因突變的AML。

5.2 抗癌藥物

此外，抗癌藥物的開發也將是軟骨肉瘤治療的一個新突破。大多數抗癌藥物是從藥用植物中提取出來的，對所有類型的癌癥是低毒和高效的。SHAH 等［28］從5000 多種藥物化合物中篩選出Artocapetin 和5-甲酰奎寧酸兩種有效化合物，能夠與IDH1 和IDH2 基因突變體建立穩定構象氫鍵的連接。這些化合物能有效地抑制與該腫瘤相關的IDH1 和IDH2 基因突變體，下調其表達的一些促進軟骨細胞增殖和轉移的基因和蛋白質，并有良好的藥代動力學和細胞毒性特征。該研究結果正在動物實驗和臨床試驗中驗證，以便用于新型抗癌藥物的研發。

5.3 其他

值得注意的是，針對表觀遺傳的抑制劑也是IDH基因突變型軟骨肉瘤一個治療靶點。VENNEKER 等［29］發現組蛋白去乙酰化酶抑制劑可抑制腫瘤細胞的活性。ROY 等［30］發現DNA 甲基化轉移酶抑制劑可有效誘導細胞分化，抑制IDH 基因突變細胞生長。此外，抑制抗凋亡基因是近年來抗腫瘤治療的一種新思路，研究顯示抗凋亡蛋白抑制劑可以削弱IDH 基因突變腫瘤細胞增殖能力，促進其凋亡。

總之，IDH 基因突變抑制劑聯合其他針對表觀遺傳的抑制劑及其他抗凋亡蛋白抑制劑在IDH 基因突變軟骨肉瘤治療中的作用值得進一步探索。

6 總結與展望

綜上所述，代謝基因IDH 突變與軟骨肉瘤發生、發展的關系密切；在軟骨肉瘤鑒別診斷中有重要作用；此外，IDH 已經成為腫瘤一個很有前途的治療靶點，IDH 基因突變抑制劑及抗癌藥物在軟骨肉瘤治療中也取得了良好的效果。目前，已有報道IDH 基因突變抑制劑聯合其他針對表觀遺傳的抑制劑治療腫瘤的研究。因此，持續進一步研究IDH 基因突變在軟骨肉瘤發生、發展中的生物學作用，從分子機制出發，開發強效的基因突變抑制劑及抗癌藥物，將有助于改善IDH 基因突變型軟骨肉瘤的臨床治療。相信不久之后軟骨肉瘤會有新的治療突破，患者可以不接受或者少接受手術來治療腫瘤，同時，軟骨肉瘤患者的預后也會得到明顯改善。

作者貢獻：趙靜靜負責文章的構思與設計、論文撰寫；張志紅和甄俊平負責論文修訂、文章的質量控制及審校；甄俊平負責最終版本修訂，對文章整體負責，監督管理。

本文無利益沖突。