IDH 突变型软骨肉瘤治疗进展

郑旭 林杉镱 袁霆

软骨肉瘤是一种成软骨基质的恶性肿瘤，约占成人肌骨系统恶性肿瘤的1/3，是成人中第二常见的原发性恶性骨肿瘤。异柠檬酸脱氢酶（IDH）是三羧酸循环中的一种关键酶，可催化异柠檬酸的氧化脱羧反应。目前发现的与肿瘤发生发展高度相关的IDH 家族成员主要有IDH1 与IDH2，它们最常见的突变分别来自IDH1 R132及IDH2 R140/R172。IDH1和IDH2分别在细胞质和线粒体中可逆地将异柠檬酸转化为α-酮戊二酸（α-KG），并同时将烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸（NADP＋）还原为还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。IDH突变通常以杂合子的形式出现，突变的IDH 酶活性发生改变，导致无法进行正常的催化反应，并对野生型IDH 产生显著的抑制作用。突变的IDH 催化α-KG 生成2-羟戊二酸（2-HG），并将NADPH 氧化为NADP＋形式[1]。IDH突变在软骨肉瘤中十分常见。研究显示，相较于未携带IDH突变的软骨肉瘤患者，携带IDH突变的患者治疗更为困难，预后更差[2]。在高级别软骨肉瘤中IDH突变率高达60%，IDH突变与高级别软骨肉瘤手术治疗预后差及对放化疗不敏感是否直接相关，目前尚无明确结论[3-5]。因此，有必要理解IDH突变型软骨肉瘤治疗困难的机制，寻找有效针对IDH突变型软骨肉瘤的新型治疗方法。

1 软骨肉瘤与IDH 突变

IDH突变是软骨肉瘤的高频事件，其通过多种机制影响软骨肉瘤细胞生长，与软骨肉瘤发生发展相关。

由于突变IDH的产物2-HG 与野生型IDH反应产物α-KG 的结构相似，在2-HG 浓度足够高时，以α-KG 为底物的生理反应可被竞争性抑制，从而抑制依赖α-KG 的双加氧酶。哺乳动物细胞共表达超过60 种以α-KG 作为底物的双加氧酶，如甲基胞嘧啶双加氧酶（TET）、组蛋白赖氨酸脱甲基酶（LSD）等[6-7]。上述酶对生物体内表观遗传调控起着重要作用，其作用主要可分为3 大类，包括催化组蛋白去甲基化修饰、维持DNA 低甲基化状态及对一些其他蛋白进行羟化反应[8]。当这些酶受到抑制后，甲基化、组蛋白修饰等方式改变将会影响细胞分化，并促使肿瘤发生发展[9-12]。研究认为，软骨肿瘤形成是软骨细胞生长或分化受阻的结果，而IDH突变引起的表观遗传学改变可能会促进软骨肿瘤形成[13]。在软骨及软骨肿瘤中，IDH突变的间充质干细胞中出现的组蛋白修饰缺陷可引起成软骨标志物SOX9 上调及成骨标志物ALPL下调[14]。此外，Pansuriya 等[15]的研究显示，在携带有IDH突变的软骨肿瘤中，DLX5基因发生甲基化并表达下调。DLX5 对未成熟软骨细胞分化有着促进作用，其出现下调后，使软骨分化受阻，从而增加发展形成软骨肿瘤的可能性。这些研究表明，IDH突变通过表观遗传学改变对软骨肉瘤有着促进作用，并提示这些表观遗传学改变的抑制可能是IDH突变型软骨肉瘤的治疗靶点之一。

整合素位于细胞表面，主要功能是介导细胞与细胞及细胞与细胞外基质的识别与黏附[16-17]。有研究表明，IDH突变被敲除后，整合素基因表达广泛下调，软骨肉瘤细胞增殖与迁移能力随之减弱，这提示IDH对软骨肉瘤行为的影响可能是通过整合素发挥多种作用的[18]。

端粒酶逆转录酶（TERT）基因编码一种核糖核蛋白酶，该核糖核蛋白酶可维持端粒长度，其在肿瘤细胞中表达异常上调可能与肿瘤细胞抗凋亡有关。而α-地中海贫血/X 连锁智力迟钝综合征（ATRX）基因则编码一种染色质重塑蛋白，染色质重塑蛋白通过调控染色质开放性，从而调控真核基因表达，它的功能缺失会促进端粒异常延长。有研究认为，突变IDH可能与软骨肉瘤TERT表达改变及ATRX突变相关。一项研究中超过80%的TERT或ATRX突变的软骨肉瘤病例都携带有IDH突变[19-20]。TERT或ATRX突变可通过延缓端粒缩短来延长细胞寿命，但两者与突变IDH具体的相互作用机制尚无定论。在胶质瘤中，IDH突变可导致细胞微环境代谢失衡，如活性氧升高使得细胞极易受到DNA 损伤，而端粒延长可减缓肿瘤细胞的凋亡。因此，TERT或ATRX对IDH突变型肿瘤发生有着促进作用[21-22]。IDH突变对软骨肉瘤发生发展的具体作用见图1。

图1 IDH 突变对软骨肉瘤发生发展的作用

2 传统放化疗治疗IDH 突变型软骨肉瘤的困境

在放疗中，放射线通过辐射对水的作用生成大量活性氧（ROS）。ROS 所介导的DNA 裂解是放疗所致细胞杀伤的重要组成部分。而常见的化疗药物如顺铂、阿霉素等则是通过与DNA 结合来破坏DNA 正常结构与功能。当放化疗引起的DNA损伤过重无法修复时，细胞将停止细胞周期并启动凋亡、坏死等程序。

IDH 是三羧酸循环中的关键酶，同时也参与了多种代谢途径如氧代谢等。IDH突变后，细胞氧代谢会发生异常，并损坏内部氧化应激稳态[23]。氧化应激稳态失衡会导致ROS 及其他氧化产物增加。Liu 等[24]研究发现，IDH突变细胞可减少ROS 启动基因表达，并通过激活自身的抗氧化通路如核因子E2 相关因子2(Nrf2)信号通路来抑制高ROS对细胞内部稳态的破坏作用。Nrf2 激活可引起抗氧化基因转录，从而减弱由ROS 介导对细胞的破坏作用。这也可能是放疗对IDH突变细胞不敏感的原因之一。将氧代谢作为治疗靶点可能对治疗IDH突变型软骨肉瘤有着积极作用。

低氧诱导因子（HIF）家族成员是细胞对低氧刺激应答的关键调节因子，其家族成员HIF-1α、HIF-2α 对软骨肉瘤细胞增殖有着促进作用[25-26]。Kim 等[25]研究表明，IDH突变可明显保护软骨肉瘤细胞中HIF-2α 免遭降解，且可以诱导HIF-1α 产生，从而增强软骨肉瘤细胞侵袭能力与增殖能力。这也意味着IDH突变的软骨肉瘤可能具有更强的转移能力和复发特性。此外，高表达的HIF-1 可刺激肿瘤细胞分泌血管内皮生长因子（VEGF），并导致肿瘤细胞葡萄糖代谢变化，引起谷胱甘肽积累，这些分子可有效清除ROS[27]。HIF 对肿瘤的保护作用是多方面的。一方面，其本身可刺激血管生成，增加放化疗后肿瘤营养供应并促进肿瘤复发；另一方面，其引发的代谢改变产物可有效清除自由基和ROS，从而保护肿瘤细胞免受放疗产生自由基介导的DNA 损伤。

3 IDH 突变型软骨肉瘤治疗

3.1 突变IDH 抑制剂

针对IDH突变所研发的IDH 抑制剂可通过与突变的IDH 二聚体结合，稳定开放的二聚体构象，防止催化2-HG 所需的构象变化[28]。突变IDH 抑制剂目前较多地用于血液系统肿瘤治疗，如已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准使用的针对白血病的突变IDH1 抑制剂AG-120，其在临床试验中完全缓解率达到了61%[29]。而在实体瘤中突变IDH抑制剂的使用目前仅处于临床试验阶段。在2014年开展了AG-120 治疗IDH1突变型软骨肉瘤的一期临床试验，结果显示AG-120 可大幅降低肿瘤患者血液中的2-HG 含量，接受AG-120 治疗的患者中病情稳定者占52%，中位无进展生存期(PFS)为5.6 个月，6 个月PFS 为39.5%[30]，而使用常规化疗药物患者的平均PFS 则小于4 个月[31]。此外，AG-120 的耐受性和安全性相比于化疗药物更为优良，且可明显减少2-HG 产生。因此，AG-120 可作为IDH1突变型软骨肉瘤治疗方案选择之一。

3.2 靶向IDH 突变介导的代谢途径

IDH突变细胞的代谢处于氧代谢及能量代谢异常所启动的凋亡程序与细胞上调的抗氧化蛋白所维持的抗凋亡作用之间的平衡状态[32]。如前文所述，氧代谢失衡后细胞ROS 总量上升，然而抗氧化基因表达也会上调，两者总体处于平衡状态。因此，靶向IDH突变细胞代谢相关环节，从而进一步破坏代谢的稳态平衡，被视为有效的治疗手段。在IDH突变细胞中Nrf2 上调，并引起抗氧化基因的转录。Yu 等[33]在抑制Nrf2 合成谷胱甘肽途径的研究中发现，Nfr2 抑制剂可增强IDH突变细胞中的氧化应激水平，对IDH突变细胞有着较强的选择性细胞毒性。此外，Tateishi 等[34]的实验显示，IDH突变所致的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）耗竭可激活细胞内能量传感器腺嘌呤核糖核苷酸激活的蛋白质激酶（AMPK），从而改变细胞代谢平衡状态并引起细胞自噬。上述研究均提示，可以将治疗IDH突变型软骨肉瘤的突破口放在其异常代谢的路径上。对于IDH突变型软骨肉瘤，氧代谢与能量代谢异常是其显著特征，通过对氧化还原通路及能量代谢通路的选择性抑制可引发肿瘤代谢进一步失衡，从而达到促进肿瘤细胞凋亡、坏死、自噬的目的。

3.3 针对表观遗传的治疗

由于IDH突变所产生的2-HG 可通过表观遗传的方式对肿瘤形成产生影响，因此可通过干预表观遗传学来进行针对性治疗。Venneker 等[35]研究证实，在IDH突变型软骨肉瘤中有超甲基化的现象，且肿瘤组织学等级越高，其甲基化程度也越高；通过表观遗传化合物筛选出的组蛋白去乙酰化酶（HDAC）是软骨肉瘤中重要的表观遗传调节酶；使用HDAC 抑制剂罗米地辛后，肿瘤细胞活性受到抑制。他们进一步实验发现，罗米地辛与Bcl-2蛋白家族抑制剂联用具有良好的协同效果，可成功地诱导细胞凋亡，且低剂量罗米地辛可使肿瘤细胞对化疗药物和小分子抑制剂敏感。Roy 等[36]研究证实，使用DNA 甲基转移酶抑制剂地西他滨可有效诱导细胞分化，并可抑制IDH突变细胞生长。这些研究均表明，针对表观遗传的治疗不仅可直接抑制肿瘤生长，而且可与其他药物杀伤肿瘤药物间接协同，加强抑制作用。

3.4 抑制抗凋亡基因

合成致死是指当细胞的基因A 失去应有功能时，基因B 表达使得细胞得以继续存活，而当基因B 功能也丧失后，细胞将会发生凋亡。这是近年来抗肿瘤治疗的一种新思路。Bcl-xl 是一种抗凋亡蛋白。研究显示，在IDH突变肿瘤细胞中使用Bcl-xl 抑制剂能削弱细胞增殖能力，并促进凋亡[37]。在肿瘤细胞所产生的2-HG 影响下，抗凋亡蛋白Mcl-1 表达下降，使得与其结合的促凋亡蛋白Noxa和Bak 明显促进了Bcl-xl 抑制剂所介导的凋亡作用。该机制是否可对软骨肉瘤产生同样效果，有待进一步探索。而在IDH突变型软骨肉瘤细胞治疗中，能否利用突变IDH 抑制剂联合其他抗凋亡蛋白抑制剂促进肿瘤细胞凋亡或坏死，突变IDH 抑制剂能否增加肿瘤细胞对放化疗的敏感性，值得进一步探究。

3.5 针对IDH 的免疫疗法

免疫疗法是近些年来快速发展的肿瘤疗法，其通过调节免疫系统，使得免疫细胞特异性地攻击肿瘤细胞。Schumacher 等[38]在IDH突变型神经胶质瘤的研究中证实了突变IDH1 包含可诱发特异性免疫应答的免疫原性表位。他们成功分离出包含突变位点的IDH1 多肽片段。这些多肽片段可被提交至T 细胞并引起免疫应答。在接受了这类免疫治疗后，携带IDH突变的小鼠肿瘤体积显著下降。对于IDH突变型软骨肉瘤，其携带的IDH突变也可成为潜在的治疗靶点，这种免疫疗法能否运用在携带IDH突变的软骨肉瘤上还需要进一步探究，但这无疑能够为采用免疫疗法治疗IDH突变型软骨肉瘤带来新的希望。

4 结语

IDH突变是软骨肉瘤中常见的基因突变，在高级别软骨肉瘤中有近60%的病例携带有IDH突变。IDH突变通过各种途径促进软骨肉瘤发生发展，可能是目前导致临床治疗欠佳的重要原因之一。IDH突变的高级别软骨肉瘤手术后易复发。目前虽然存在从分子抑制、代谢、表观遗传、抗凋亡及细胞免疫等多个方面针对IDH突变型软骨肉瘤的研究，但仍有很多问题有待解决。未来靶向IDH抑制剂和针对表观遗传的治疗可能会率先出现治疗IDH突变型软骨肉瘤的突破。