異檸檬酸脫氫酶1突變在膠質(zhì)瘤免疫治療中的研究進展△

馬杰，劉芳

1大連醫(yī)科大學(xué)研究生院，遼寧 大連 116000

2南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州第二人民醫(yī)院神經(jīng)外科，江蘇 常州 213000

膠質(zhì)瘤是顱內(nèi)最常見的原發(fā)性惡性腫瘤，其惡性程度高、侵襲性強，主要治療方法為手術(shù)切除聯(lián)合放療和替莫唑胺輔助化療。既往研究表明，上述方法治療后膠質(zhì)瘤患者的5年生存率仍較低，需要新的治療手段[1]。近年來免疫治療在其他惡性腫瘤中的應(yīng)用取得了令人矚目的進展，但膠質(zhì)瘤因其免疫微環(huán)境不同于其他實體腫瘤，被認為是免疫系統(tǒng)的“孤島”，免疫療法對膠質(zhì)瘤無效。而近年來的研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)可以通過淋巴回流、跨越血腦屏障等多種途徑傳遞抗原，并在發(fā)生膠質(zhì)瘤時召集免疫細胞進入腦實質(zhì)和腫瘤中，提示膠質(zhì)瘤具備免疫治療的生理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[2-4]。Yan等[5]在對膠質(zhì)瘤的外顯子測序中首次發(fā)現(xiàn)了異檸檬酸脫氫酶1（isocitrate dehydrogenases 1，IDH1）突變。2016年世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類在組織學(xué)基礎(chǔ)上加入了包含IDH1突變的分子信息學(xué)進行命名，IDH1的R132H突變型作為膠質(zhì)瘤細胞最常見的突變之一，發(fā)生于80%～90%的Ⅱ級和Ⅲ級膠質(zhì)瘤及80%的繼發(fā)性膠質(zhì)母細胞瘤中[5]。這些研究均表明IDH1突變可為膠質(zhì)瘤患者的免疫治療提供新的方向。本文概述了異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）家族的生理功能、IDH突變在膠質(zhì)瘤形成中的意義、IDH1突變與膠質(zhì)瘤免疫治療及預(yù)后的關(guān)系，以及IDH1突變作為主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex，MHC）Ⅱ類抗原可能產(chǎn)生的作用。

1 IDH 家族的正常生理功能

IDH家族包括3種同工酶IDH1、IDH2和IDH3，它們通過氧化脫羧作用將異檸檬酸鹽轉(zhuǎn)化為α酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）。IDH1位于細胞質(zhì)和過氧化物酶體中，IDH2和IDH3位于線粒體中。IDH1和IDH2是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+）依賴性代謝酶，可催化異檸檬酸轉(zhuǎn)化為α-KG，同時將NADP+還原為還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）。NADPH是解毒過程所需的關(guān)鍵細胞還原劑，通過谷胱甘肽和硫氧還蛋白的還原控制細胞防御氧化損傷的機制以及活化過氧化氫酶的形成[6-9]。因此，腫瘤細胞中IDH1/2缺失會損害解毒機制，導(dǎo)致DNA損傷和基因組不穩(wěn)定。IDH3同工酶以含2個α、1個β和1個γ亞基的異四聚體的形式存在，并在細胞有氧呼吸的主要代謝途徑三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA）中以煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）依賴的方式催化異檸檬酸轉(zhuǎn)化為α-KG。并將NAD+轉(zhuǎn)化為還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）。因此，IDH在線粒體和細胞質(zhì)之間交換關(guān)鍵代謝物和電子傳遞方面發(fā)揮重要作用。

2 IDH 突變在膠質(zhì)瘤形成中的意義

IDH的生理作用是將異檸檬酸轉(zhuǎn)化為α-KG并產(chǎn)生NADPH[10]。IDH突變改變了酶活性位點的結(jié)構(gòu)及酶的活性[11]。因此，IDH1突變后不再生成NADPH，而是消耗NADPH生成D-2-羥基戊二酸（D-2-hydroxyglutarate，D-2-HG）[12]。

在正常人體的內(nèi)環(huán)境中，低水平的D-2-HG可被組織清除，然而IDH突變導(dǎo)致D-2-HG產(chǎn)生過多，超過了組織的清除能力。作為α-KG的競爭性抑制劑，D-2-HG可以抑制與表觀遺傳和分化調(diào)控有關(guān)的依賴α-KG的雙加氧酶，包括組蛋白去甲基化酶含jumonji結(jié)構(gòu)域蛋白2（jumonji domain containing 2A，JMJD2）和含有jumonji C結(jié)構(gòu)域的組蛋白去甲基化酶1（jumonji C domain-containing histone demethylase 1，JHDM1）及 DNA 去甲基化酶10-11 轉(zhuǎn) 位 蛋 白 2（ten-eleven translocation 2，TET2），導(dǎo)致組蛋白和DNA去甲基化的關(guān)鍵步驟受損[13]。研究表明，D-2-HG誘導(dǎo)的組蛋白和DNA甲基化水平升高會抑制正常的細胞分化過程[14-16]。

在膠質(zhì)瘤和急性髓系白血病中，因D-2-HG水平升高引起的表觀遺傳失調(diào)會誘導(dǎo)DNA超甲基化表型，這在臨床中與膠質(zhì)瘤的CpG島高甲基化表型（CpG island methylator phenotype，CIMP）有關(guān)[17]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織中IDH1 R132H突變會改變神經(jīng)發(fā)育并損害神經(jīng)祖細胞的分化，其可能導(dǎo)致細胞狀態(tài)的惡性轉(zhuǎn)變。除了抑制α-KG依賴性雙加氧酶外，D-2-HG還可直接或間接激活多種酶[14,18-19]。上述數(shù)據(jù)表明，惡性腫瘤相關(guān)的IDH突變可以通過影響多種細胞分化通路，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。

在評估膠質(zhì)瘤遺傳變化時間的研究中，研究者發(fā)現(xiàn)IDH1突變發(fā)生在TP53突變、1p/19q缺失以及磷酸酶和表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）改變之前，這意味著它們是膠質(zhì)瘤發(fā)生的早期遺傳事件[20-21]。據(jù)報道，與IDH1野生型膠質(zhì)瘤相比，IDH1突變型膠質(zhì)瘤與腫瘤浸潤淋巴細胞（tumor infiltrating lymphocyte，TIL）減少和程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）表達減少有關(guān)[22]。Kohanbash等[23]通過使用癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數(shù)據(jù)分析及基于細胞模型和人源轉(zhuǎn)基因鼠顱內(nèi)膠質(zhì)瘤的組合，發(fā)現(xiàn)IDH1突變產(chǎn)生的D-2-HG可抑制細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)基因和T細胞趨化因子的表達，并抑制T細胞在鼠顱內(nèi)膠質(zhì)瘤中的積累。上述研究表明IDH1/2突變和D-2-HG可能增強了膠質(zhì)瘤的免疫抑制，并指出針對IDH突變的抑制治療可能增強腫瘤對免疫治療的敏感性。

IDH突變和D-2-HG通過抑制α-KG依賴性酶而在IDH突變介導(dǎo)的惡性細胞轉(zhuǎn)化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并引起染色質(zhì)的高甲基化，增強膠質(zhì)瘤對TIL的抑制作用，從而抑制機體的免疫應(yīng)答，促進腫瘤組織的惡性生長。

3 IDH1突變與膠質(zhì)瘤免疫治療

近年來，自身免疫應(yīng)答治療腫瘤成為研究熱點。因此，免疫療法可能為神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療帶來新的希望。

Schumacher等[24]研究發(fā)現(xiàn)，IDH1 R132H含有一個適合突變特異性疫苗接種的免疫原性表位，包含突變區(qū)域的肽出現(xiàn)在MHCⅡ類分子中，并誘導(dǎo)突變特異性CD4+輔助性T細胞1（T helper cell 1，Th1）發(fā)生細胞反應(yīng)。研究者使用15個氨基酸構(gòu)建含有IDH1突變的人工多肽，對去除MHC的小鼠進行肽疫苗接種，產(chǎn)生有效的MHCⅡ類抗原特異性抗腫瘤免疫反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在人源轉(zhuǎn)基因小鼠膠質(zhì)瘤模型中注射含有IDH1 R132H肽段的疫苗后，可引起MHCⅡ類抗原特異性免疫反應(yīng)，使膠質(zhì)瘤縮小，且該疫苗不會破壞IDH1的正常生理功能。應(yīng)用該疫苗的膠質(zhì)瘤患者的外周血單個核細胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）中，IDH1 R132H組分泌的γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）明顯高于IDH1野生型組，且流式細胞檢測結(jié)果顯示發(fā)生免疫反應(yīng)的主要為CD4+T細胞，說明IDH1 R132H是潛在且有效的抗原靶點。

Pellegatta等[25]建立了含有IDH1 R132H突變的神經(jīng)膠質(zhì)瘤小鼠異種移植模型，注射包含IDH1突變位點的5種不同肽疫苗進行免疫接種，接種后的小鼠存活時間長于對照組，且外周血CD8+T細胞計數(shù)升高，產(chǎn)生更多的IFN-γ以及抗IDH1抗體。腫瘤內(nèi)IFN-γ、顆粒酶B和穿孔蛋白1的上調(diào)以及轉(zhuǎn)化生長因子-β2（transforming growth factor-β2，TGF-β2）和白細胞介素-10（interleukin，IL-10）的下調(diào)提示抗腫瘤免疫能力增強。該研究證實了肽疫苗可延長小鼠的生存期，誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答可特異性靶向表達IDH1的細胞并且可以調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境。

隨后有研究進行了針對IDH1 R132H的IDH1肽疫苗的臨床試驗（NOA-16），評估其在IDH1 R132H突變惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者中的安全性以及患者的耐受性和對該疫苗的免疫反應(yīng)，結(jié)果表明IDH1 R132H肽疫苗在惡性星形細胞瘤患者中具有安全性和免疫原性[26]。

Keskin等[27]使用針對新抗原IDH1的個性化疫苗，對手術(shù)切除和常規(guī)放療后診斷出的繼發(fā)性膠質(zhì)母細胞瘤患者進行了免疫治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未接受地塞米松的患者會產(chǎn)生新抗原特異性CD4+和CD8+T細胞反應(yīng)，并顯示腫瘤浸潤T細胞數(shù)量增加。T細胞受體分析結(jié)果表明外周血中的新抗原特異性T細胞可以遷移到顱內(nèi)膠質(zhì)母細胞瘤中。因此，靶向新抗原的疫苗有潛力改變膠質(zhì)母細胞瘤的免疫環(huán)境。

Rohle等[28]采用選擇性IDH1 R132H抑制劑（AGI-5198）以劑量依賴的方式抑制了D-2-HG的產(chǎn)生，并顯著抑制了IDH1 R132H突變的間變性少突膠質(zhì)細胞瘤細胞的生長，而不影響IDH1突變型膠質(zhì)瘤細胞。AGI-5198還降低了人類IDH1 R132H突變膠質(zhì)瘤異種移植物在小鼠中的生長，并且不損害表達野生型IDH1的膠質(zhì)瘤，且沒有明顯的毒性。

據(jù)報道，AG120抑制劑在高級別復(fù)發(fā)性腫瘤中無顯著作用，但可穩(wěn)定低級別神經(jīng)膠質(zhì)瘤的生長[29]。其他突變型IDH1抑制劑AG-881、BAY 1436032和IDH305等仍在臨床開發(fā)中。

4 IDH1突變與膠質(zhì)瘤預(yù)后

研究表明，IDH突變在彌漫性膠質(zhì)瘤中具有重要的診斷和預(yù)后判斷作用[30-32]。在此基礎(chǔ)上，IDH狀態(tài)作為不同腫瘤的定義特征，已被納入2016年WHO中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類中[33]。染色體1p/19q的共缺失常與IDH突變相關(guān)聯(lián)，是彌漫性膠質(zhì)瘤分類中的一種分子改變。按照IDH突變和1p/19q共缺失狀態(tài)可將膠質(zhì)瘤分為3個不同的分子亞組：①IDH突變且1p/19q共缺失的膠質(zhì)瘤（對應(yīng)Ⅱ級和Ⅲ級少突膠質(zhì)細胞瘤）；②IDH突變但無1p/19q共缺失的膠質(zhì)瘤（對應(yīng)Ⅱ級、Ⅲ級星形細胞瘤和繼發(fā)性膠質(zhì)母細胞瘤）；③IDH野生型膠質(zhì)瘤（原發(fā)性膠質(zhì)母細胞瘤和少數(shù)彌漫性Ⅱ級和Ⅲ級星形細胞瘤）?；谶@些分子亞組的預(yù)后分層較僅基于組織學(xué)外觀的腫瘤生物學(xué)行為分類更好。IDH突變且1p/19q共缺失的膠質(zhì)瘤預(yù)后較好，Ⅱ級和Ⅲ級患者的中位生存期均為15年；IDH突變但無1p/19q共缺失的膠質(zhì)瘤患者中，Ⅱ級患者的中位生存期為7～9年，Ⅲ級患者的中位生存期為5～6年；IDH野生型低級別膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后最差，接近膠質(zhì)母細胞瘤患者的中位生存期（Ⅲ級為2年，Ⅱ級為3.5年）[33]。

對更大隊列的進一步系統(tǒng)分析證實了這一趨勢，在Hartmann等[34]對382例間變性星形細胞瘤和膠質(zhì)母細胞瘤的回顧性分析中，證明了IDH突變是比組織學(xué)分級更強的總生存率預(yù)測因子。在552例Ⅱ級和Ⅲ級星形細胞瘤患者中，研究者發(fā)現(xiàn)組織學(xué)分級對IDH野生型和IDH突變型膠質(zhì)瘤患者預(yù)后的影響最小，但IDH突變型膠質(zhì)瘤患者的平均壽命是IDH野生型患者的3倍[35]。

IDH1突變也預(yù)示著對放療的反應(yīng)，Nunez等[16]采用放療治療顱內(nèi)神經(jīng)膠質(zhì)瘤移植小鼠模型，發(fā)現(xiàn)IDH1 R132H膠質(zhì)瘤具有放療抵抗能力，該研究將放療前后膠質(zhì)瘤模型的RNA測序結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)IDH1 R132H通過影響基因差異表達，改變基因組的穩(wěn)定性，增強DNA損傷反應(yīng)和DNA修復(fù)機制，在減緩腫瘤生長的同時增加了DNA的修復(fù)能力，并減弱了放療的療效。

IDH突變腫瘤對化療也表現(xiàn)出較好的反應(yīng)，在接受放療的高風險Ⅱ級[36]和Ⅲ級[37]膠質(zhì)瘤患者中進行的隨機臨床試驗表明，僅IDH1突變的腫瘤患者明顯受益于放療結(jié)合輔助化療。此外，D-2-HG競爭性抑制參與DNA修復(fù)的α-KG依賴性雙加氧酶，如賴氨酸特異性去甲基化酶4A/B（lysine specific demethylase 4A/B，KDM4A/B）[38-40]。這些研究表明了IDH突變型腫瘤對烷化劑具有更高的敏感性。

5 IDH1突變作為MHCⅡ類抗原可能產(chǎn)生的作用

新抗原是腫瘤發(fā)生過程中基因突變產(chǎn)生的特異性腫瘤抗原。針對新抗原的免疫反應(yīng)與臨床中腫瘤免疫治療的成功與否息息相關(guān)。目前，對新抗原的研究大多集中于CD8+T細胞識別的MHCⅠ類限制性抗原。隨著對腫瘤生物學(xué)和免疫學(xué)基本原理的了解不斷增加，CD4+T細胞和MHCⅡ類限制性抗原越來越受到重視。雖然一些研究表明，在缺乏CD4+T細胞的幫助下，可以產(chǎn)生有效的腫瘤免疫，但大多數(shù)研究表明，CD4+T細胞對于產(chǎn)生腫瘤特異性CD8+T細胞至關(guān)重要[41-45]。

Kreiter等[46]通過將計算機預(yù)測建立的突變RNA疫苗與MHCⅡ類抗原的良好結(jié)合賦予了疫苗有效的抗腫瘤能力，這種多表位mRNA疫苗可以誘導(dǎo)有效的腫瘤控制，并完全排斥小鼠中已建立的積極生長的腫瘤。由于大多數(shù)惡性腫瘤缺乏MHCⅡ類抗原表達，因此CD4+T細胞對新表位的有效識別應(yīng)取決于抗原呈遞細胞（antigen-presenting cell，APC）對釋放的腫瘤抗原的呈遞。在膠質(zhì)瘤MHCⅡ類疫苗的建立中可將注意力集中于APC的復(fù)制。

Alspach等[47]研究表明，CD4+T細胞反應(yīng)是MHCⅠ限制性CD8+T細胞啟動并成熟為CTL所必需的。研究表明，當腫瘤細胞同時表達MHCⅠ和MHCⅡ新抗原時，會產(chǎn)生最佳的抗腫瘤反應(yīng)，在某種程度上反映了腫瘤微環(huán)境對CD4+T細胞反應(yīng)的潛在需求。在接種腫瘤特異性新抗原疫苗后，有效腫瘤免疫的產(chǎn)生需要MHCⅡ新抗原。這些結(jié)果為MHCⅡ新抗原在天然和治療性免疫中的作用提供了新的思路。

IDH1 R132H作為一種潛在的腫瘤特異性新抗原，其突變區(qū)域的肽在MHCⅡ類抗原上呈遞，并誘導(dǎo)突變特異性CD4+T-Th1反應(yīng)，其作為MHCⅡ類抗原及其對應(yīng)的CD4+T細胞在腫瘤免疫中的具體機制仍值得探討。

6 小結(jié)

α-KG依賴的雙加氧酶家族包括50多個成員，這些成員在膠原蛋白成熟、脂質(zhì)合成及代謝和基因表達調(diào)控等方面均發(fā)揮作用?，F(xiàn)階段的研究表明，可能需要對這些酶在IDH1突變型神經(jīng)膠質(zhì)瘤中的作用進行更廣泛的研究。IDH1 R132H可引發(fā)膠質(zhì)瘤微環(huán)境中CD4+T細胞特異性免疫反應(yīng)，進而抑制膠質(zhì)瘤生長。因此推測基于IDH1 R132H新抗原的T細胞療法可能成為治療膠質(zhì)瘤的重要方法。由于IDH1是非細胞表面抗原，故T細胞受體工程化T細胞（T cell receptor engineered T cell，TCR-T）療法可能是最合適的途徑。