阮經(jīng)艷 綜述，曾 云△，狄 勇 審校

(1.昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院血液科云南省血液病研究中心，昆明 650032；2.昆明醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系，昆明 650500)

·綜 述·

IDH1/2突變誘導(dǎo)急性髓系白血病基因組高甲基化的研究進(jìn)展*

阮經(jīng)艷1綜述，曾 云1△，狄 勇2審校

(1.昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院血液科云南省血液病研究中心，昆明 650032；2.昆明醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系，昆明 650500)

異檸檬酸脫氫酶1/2突變；白血病，髓樣，急性；甲基化；2-羥基戊二酸

大量研究提示異檸檬酸脫氫酶1/2(isocitrate dehydrogenase1/2,IDH1/2)基因突變能誘導(dǎo)急性髓系白血病(acute myeloid leukemia，AML)基因組和組蛋白高甲基化，這些表觀遺傳學(xué)的改變會(huì)影響分化相關(guān)基因的表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞分化程度降低，出現(xiàn)惡性表現(xiàn)。同時(shí)以IDH1/2突變?yōu)榘悬c(diǎn)的小分子藥物能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的分化。本文就該方向的研究進(jìn)展作一綜述，期望能為AML的診斷、治療及預(yù)后評(píng)估提供新的思路。

AML是一組異質(zhì)性惡性血液系統(tǒng)疾病，無(wú)論在形態(tài)學(xué)、免疫學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)、分子生物學(xué)及臨床特點(diǎn)上都存在很大的差異。近幾年，表觀遺傳學(xué)范疇的基因突變包括異檸檬酸脫氫酶-1(IDH1)、異檸檬酸脫氫酶-2(IDH2)、TET甲基胞嘧啶雙加氧酶2(ten-eleven-translocation methylcytosine dioxygenase 2，TET 2)、DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶3A(DNA methyltransferase 3A，DNMT3A)在AML中都被陸續(xù)檢測(cè)到[1]。IDH突變?cè)诔扇薃ML尤其是正常核型AML中有較高的發(fā)生率[2]，該突變與AML的治療應(yīng)答、預(yù)后等相關(guān)，由于其突變使體內(nèi)過(guò)度累積的2-羥基戎二酸(2-HG)可以作為AML的一種檢驗(yàn)標(biāo)志物，并可作為其治療應(yīng)答，評(píng)估預(yù)后的監(jiān)測(cè)手段。IDH突變有可能逐漸成為一種新的判斷AML預(yù)后和指導(dǎo)治療的指標(biāo)。

1 IDH的生物學(xué)特性

IDH在哺乳類動(dòng)物細(xì)胞中存在3種同工酶：細(xì)胞質(zhì)的NADP+依賴性IDH1，線粒體的NADP+依賴性IDH2和線粒體的NAD+依賴性IDH3。人類IDH1基因位于2號(hào)染色體q33.3，并且定位在細(xì)胞質(zhì)和過(guò)氧化物酶體中；IDH2基因位于15號(hào)染色體q26.1；而IDH3基因位置尚未明確[3-4]。IDH基因編碼的IDH酶以NAD+或NADP+作為輔因子，催化異檸檬酸氧化脫酸變成α-酮戊二酸(α-KG)。IDH1和IDH2均參與了細(xì)胞內(nèi)氧化損傷的防御機(jī)制[5]，除此之外IDH1還在脂質(zhì)的代謝機(jī)制中起了重要作用[6]。因此，細(xì)胞中IDH功能障礙將會(huì)導(dǎo)致DNA的損傷及基因的不穩(wěn)定。體內(nèi)野生型IDH功能及突變IDH的活性[7]，見(jiàn)圖1。

2 AML中IDH的基因突變

現(xiàn)發(fā)現(xiàn)IDH突變包括有IDH1和IDH2兩種突變。經(jīng)測(cè)序證實(shí)，IDH 基因4號(hào)外顯子存在有突變，導(dǎo)致其編碼的精氨酸被其他氨基酸替代,最終影響蛋白質(zhì)功能，其包括3種主要突變即IDH1 R132、IDH2 R140、IDH2 R172突變[8]。在這3種突變中IDH1 R132突變的位點(diǎn)為132密碼子，可檢測(cè)到精氨酸被5種不同的氨基酸替代，分別為半胱氨酸(R132C，C394T，CGT-TGT)，亮氨酸(R132L，G395T，CGT-CTT)，甘氨酸(R132G，C394G，CGT-GGT)，組氨酸(R132H，G395A，CGT-CAT)和絲氨酸(R132S，C394A，CGT-AGT)，其中以R132H多見(jiàn)(約40%)，其次為R132C(約30%)。IDH2 R140突變的位點(diǎn)為140密碼子，可檢測(cè)到3種不同的氨基酸替代精氨酸，分別為谷氨酸鹽(R140Q，G419A，CGG-CAG)、亮氨酸(R140L)和色氨酸(R140W)。IDH2 R172突變的位點(diǎn)為172密碼子，除了個(gè)別為蛋氨酸取代精氨酸(R172M)之外，其余均為賴氨酸(R172K，G515A，AGG-AAG)取代精氨酸，其中R140突變約占80%[9]。在成人急性白血病中IDH1/2突變的共占5%～30%[10]，通常為染色體核型正常的患者[2]。Dinardo等[8]對(duì)826例AML患者進(jìn)行分析，其中有167例患者出現(xiàn)IDH突變(占20%)，進(jìn)一步對(duì)這167例患者分析發(fā)現(xiàn)，老年人居多，中位年齡為67歲；與未突變IDH患者相比，白細(xì)胞總數(shù)無(wú)差別，但中性粒細(xì)胞絕對(duì)值較低，且IDH1突變患者比IDH2突變的患者中性粒細(xì)胞絕對(duì)值更低；血小板相對(duì)較高；同時(shí)在這些患者中常伴有FMS樣酪氨酸激酶3-內(nèi)部串聯(lián)重復(fù)(FLT3-ITD)或核仁磷酸蛋白1(NPM1)突變，且伴有NPM1而不伴FLT3-ITD的患者預(yù)后較好[2]。目前臨床IDH靶向藥物只用于臨床試驗(yàn)階段，其治療主要依賴一些傳統(tǒng)的化療藥物，特別是年齡大于60歲的患者。對(duì)于年齡小于60歲的患者尚可采用去加氧柔紅霉素、阿糖胞苷、依托泊苷，或者傳統(tǒng)的化療聯(lián)合去甲基化藥物治療[11]。但有數(shù)據(jù)顯示，IDH突變型的患者和野生型患者使用去甲基化藥物相比及IDH突變型患者和未使用去甲基化藥物相比，形態(tài)學(xué)的完全緩解、部分緩解沒(méi)有差別，這說(shuō)明去甲基化藥物對(duì)IHD突變的患者沒(méi)有明顯的治療優(yōu)勢(shì)[12],Im等[13]也持有相近觀點(diǎn)。

3 IDH突變與AML組蛋白及基因組甲基化改變相關(guān)

為了證實(shí)IDH1/2突變與髓系白血病細(xì)胞基因組甲基化之間的關(guān)系，Sasaki等[14]使用lox-stop-1ox(LSL)系統(tǒng)將IDH1(R132H)引入到小鼠IDH基因位點(diǎn),建立突變IDH1基因敲入小鼠(IDH1 LSL/WT)。再通過(guò)與LysMCre小鼠交配繁殖,得到了生長(zhǎng)發(fā)育良好,具有正常的生命周期和繁殖能力的LysM-KI小鼠。在LysM-KI小鼠中發(fā)現(xiàn)突變IDH的表達(dá)引起早期造血細(xì)胞的數(shù)量升高，髓系血細(xì)胞的組蛋白明顯高甲基化，DNA甲基化狀態(tài)與含突變IDH1/2的AML細(xì)胞基因甲基化狀態(tài)極為相似。該動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)說(shuō)明IDH突變與導(dǎo)致基因組高甲基化相關(guān)，而這種表觀遺傳學(xué)改變對(duì)造血細(xì)胞的分化產(chǎn)生了影響。

Me：甲基化；m：突變。

圖1 體內(nèi)野生型IDH功能及突變IDH的活性

4 IDH突變致腫瘤基因組高甲基化的機(jī)制

IDH的突變導(dǎo)致酶與底物結(jié)合能力下降并形成異二聚體，與正常IDH酶競(jìng)爭(zhēng)底物，使細(xì)胞內(nèi)的α-KG水平下降。最初的猜想是α-KG的下降而激活低氧誘導(dǎo)因子1α(HIF1α)信號(hào)通路，促使腫瘤形成[15]。近年，Dang等[16]對(duì)有IDH1(R132H)突變腫瘤細(xì)胞進(jìn)行代謝及生物化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析，指出突變的IDH蛋白產(chǎn)物可出現(xiàn)催化NADPH+H+依賴的還原反應(yīng)能力，將α-KG還原為2-HG，隨后陸續(xù)的證實(shí)，IDH2 R172、IDH2 R140突變也會(huì)導(dǎo)致2-HG的過(guò)度積累[17-18]，后者被形象地稱之為癌代謝物[19],其過(guò)度積累會(huì)直接競(jìng)爭(zhēng)性抑制多種α-KG依賴的雙加氧酶，包括組蛋白去甲基化酶和5-甲基胞嘧啶(5-mC)羥化酶TET家族，使細(xì)胞內(nèi)組蛋白甲基化，而TET酶被抑制使細(xì)胞內(nèi)5-羥甲基胞嘧啶(5-hmC)減少，相應(yīng)的5-mC的過(guò)度積累最終使DNA高甲基化并降低相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而影響造血干細(xì)胞的分化，促進(jìn)腫瘤的形成[20]。

5 IDH突變導(dǎo)致細(xì)胞分化阻滯

近年來(lái)的大量研究結(jié)果提示，IDH突變導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞分化受阻，使腫瘤細(xì)胞保持在低分化狀態(tài)，干性特征增強(qiáng)。如前述Sasaki等[14]在其建立的LysM-KI小鼠模型中，觀察到突變IDH的表達(dá)阻滯了造血細(xì)胞的正常分化。Losman等[21]報(bào)道在紅細(xì)胞白血病腫瘤細(xì)胞系TF-1的培養(yǎng)中加入R-2-HG或在基因組外表達(dá)突變IDH，可以使腫瘤細(xì)胞的表觀遺傳特征發(fā)生改變，細(xì)胞的分化能力降低，總體上惡性特征增強(qiáng)。關(guān)于突變IDH影響細(xì)胞分化的具體分子機(jī)制目前還不是很清楚，但可以肯定的是，基因組甲基化的改變是其中十分重要的途徑之一。值得注意的是，突變IDH引起DNA的CpG島甲基化表型(CpG Island Methylator Phenotype，CIMP)和組蛋白的抑制性甲基化標(biāo)記水平升高，這兩種表觀遺傳學(xué)的改變均能使大量基因的表達(dá)異常,包括一系列分化調(diào)節(jié)基因。Lu等[22]進(jìn)一步對(duì)IDH1/2突變軟骨肉瘤標(biāo)本中的啟動(dòng)子表現(xiàn)高度甲基化的基因進(jìn)行DAVID分析發(fā)現(xiàn)，甲基化最顯著的基因包括維甲酸受體α(retinoic acid receptor α，RARA)，血小板源生長(zhǎng)因子受體α(platelet-derived growth factor receptor α，PDGFRA)，B細(xì)胞淋巴瘤6蛋白輔阻遏物(BCL6 corepressor，BCOR)等分化相關(guān)的重要調(diào)節(jié)基因，說(shuō)明IDH1/2突變?cè)谲浌侨饬鲋锌赡芡ㄟ^(guò)改變基因的表觀遺傳特征，對(duì)腫瘤細(xì)胞的干性維持有著重要作用。因此可以推測(cè)IDH突變導(dǎo)致的直接病理結(jié)局是：阻滯細(xì)胞的分化功能，促使細(xì)胞轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生。

6 靶向抑制突變的IDH可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞分化

從上述知道IDH突變致腫瘤的機(jī)制在于使表觀遺傳學(xué)調(diào)控異常，從而導(dǎo)致細(xì)胞分化受阻，使腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)惡性表現(xiàn)，由此推測(cè)，如果能找到IDH突變的靶向抑制劑，是否有可能使腫瘤細(xì)胞重新分化。Kernytsky等[23]及Rohle等[24]在人類紅系白血病細(xì)胞中過(guò)表達(dá)IDH2 R149Q、IDH1 R132H突變，發(fā)現(xiàn)過(guò)度表達(dá)IDH2 R149Q、 IDH1 R132H突變的TF-1細(xì)胞其組蛋白與基因組DNA過(guò)度甲基化，并且這種超甲基化能夠被IDH1 R132H 的抑制劑(AGI-5198)和IDH2 R149Q 的抑制劑(AGI-6780)逆轉(zhuǎn)，進(jìn)而阻止腫瘤的生長(zhǎng)并且促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的分化，并且細(xì)胞內(nèi)的2-HG水平下降。近年，IDH突變的抑制劑已經(jīng)進(jìn)入到了臨床試驗(yàn)。2015年歐洲血液學(xué)協(xié)會(huì)(European Hematologic Association，EHA)年度會(huì)議提出：AG-221(選擇性IDH2突變的抑制劑)、AG-120(選擇性IDH1的突變抑制劑)運(yùn)用于血液系統(tǒng)惡性腫瘤的Ⅰ期臨床試驗(yàn)證明了這兩種抑制劑的安全性和有效性。同樣由Adios制藥公司推出的AG881,一種非選擇性IDH突變的抑制劑，它最大的優(yōu)點(diǎn)是血腦屏障滲透性強(qiáng)，進(jìn)而進(jìn)入腦組織發(fā)揮作用，目前也處于Ⅰ期臨床試驗(yàn)階段。

7 血清及尿液中2-HG的水平可作為一種非侵襲性的指標(biāo)來(lái)評(píng)估伴IDH突變的AML的疾病活動(dòng)及治療應(yīng)答

由于2-HG作為IDH突變致腫瘤的重要中間產(chǎn)物，所以從2-HG入手，對(duì)其進(jìn)行深入的探討顯得尤為重要。國(guó)外學(xué)者利用液相色譜-質(zhì)譜分析法檢測(cè)含IDH突變的AML患者血清、尿液、骨髓液及原始粒細(xì)胞中2-HG水平,發(fā)現(xiàn)其可作為AML IDH突變蛋白的生物學(xué)活性檢測(cè)指標(biāo)，并且可作為對(duì)該類患者進(jìn)行化學(xué)治療的應(yīng)答情況及預(yù)后評(píng)價(jià)一種非侵襲性、較簡(jiǎn)便的指標(biāo)。他們指出伴有IDH突變的急性白血病的未治療患者血清2-HG的水平均大于1 000 ng/mL,或者大于1 000 ng/2×106個(gè)原始粒細(xì)胞數(shù)。對(duì)于化學(xué)藥物治療后的患者血清中2-HG水平下降明顯，并且IDH等位基因突變也隨之下降，但是對(duì)于治療失敗的病例2-HG水平隨之也會(huì)上升[25]，對(duì)于有IDH突變治療后完全緩解的患者若血清2-HG的水平小于200 ng/mL，提示具有較好的總體生存率。而且此濃度也可作為微小殘留病灶患者接下來(lái)是否需要再治療的判斷指標(biāo)。我國(guó)學(xué)者在234例細(xì)胞遺傳學(xué)正常的AML患者的研究，評(píng)估總體生存和無(wú)事件生存上，高2-HG水平都是一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后不佳的因素[26]。

8 結(jié) 語(yǔ)

IDH基因的突變能引起細(xì)胞代謝、表觀遺傳和分化特征的改變。本文系統(tǒng)綜述了AML中IDH1/2突變引起相應(yīng)基因表觀遺傳學(xué)改變，從而分化阻滯的作用及其相關(guān)機(jī)制。隨著研究的深入，IDH1/2突變抑制劑從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到臨床Ⅰ期試驗(yàn)，證實(shí)了它們的有效性及可行性，很有希望在不遠(yuǎn)的將來(lái)使血液腫瘤患者受益。而2-HG作為IDH突變后的過(guò)量中間代謝產(chǎn)物，亦可作為AML的疾病活動(dòng)及治療應(yīng)答的一種生物標(biāo)志物，但目前尚未建立一個(gè)統(tǒng)一的量化的最低分子標(biāo)準(zhǔn)，隨著對(duì)2-HG不斷地探索，將來(lái)勢(shì)必成為應(yīng)用于伴有IDH1/2突變的血液腫瘤診斷、治療及預(yù)后的一種有效的、易檢測(cè)的生物標(biāo)志物。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2017.11.040

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81060046)；云南省衛(wèi)生科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014NS167)。 作者簡(jiǎn)介：阮經(jīng)艷(1990-)，在讀碩士，主要從事血液系統(tǒng)疾病的研究?！?/p>

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1671-8348(2017)11-1552-04

2016-12-01

2017-01-29)