人二氢乳清酸脱氢酶抑制剂的潜在用途

叶磊　冉莎　任小利　张伟　舒蕾　刘庆香

摘要：人二氢乳清酸脱氢酶（Human dihydroorotate dehydrogenase，hDHODH）是一种参与嘧啶从头合成途径的限速酶，迅速生长和分裂的细胞需要大量的从头合成嘧啶来维持其增长，因此，抑制hDHODH则可抑制嘧啶的从头合成，从而抑制细胞的快速增殖，研究表明，hDHODH可能是一个治疗癌症、移植排异、类风湿性关节炎、自身免疫性疾病、抗病毒等的潜在靶标。本文主要讨论hDHODH在癌症和抗病毒领域的潜在应用。

关键词：人二氢乳清酸脱氢酶;癌症;白血病;黑色素瘤;病毒

人二氢乳清酸脱氢酶（Human dihydroorotate dehydrogenase，hDHODH）将二氢乳清酸（Ldihydroorotate，DHO）转化为乳清酸（orotate，ORO），是嘧啶核苷酸从头合成途径第四步反应的关键酶，抑制hDHODH则可抑制嘧啶的从头合成，而细胞的快速增殖需要大量的从头合成嘧啶，因此可通过抑制hDHODH来阻止细胞的快速增殖，从而达到治疗癌症、移植排异、类风湿性关节炎、自身免疫性疾病、抗病毒等的目的。

1 癌症

hDHODH在DNA形成中的基本作用就是使它成为肿瘤化疗的一个理想靶标。Brown等人[1]认为阻断TNBC细胞嘧啶合成途径会阻碍他们的DNA修复能力，可使化疗时DNA损伤效应更敏感。事实上，他们将TNBC细胞暴露于阿霉素（一种常用的化疗药物）和来氟米特（hDHODH抑制剂）的混合物中，表明来氟米特对异种移植肿瘤有显著的致敏作用。这些研究提供了关键的临床前证据，由于化疗暴露而诱导的从头合成嘧啶适应性重编程可被利用，用以提高治疗TNBC的基因毒性化疗药物的抗癌活性。

p53失活是人类肿瘤发展过程中的常见事件，尽管p53肿瘤抑制因子的许多功能影响线粒体过程，但线粒体生理改变在p53反应调节中的作用仍不清楚。Khutornenko等人已经证明，由于抑制DHODH，从头合成嘧啶的损伤如何触发激活，以响应电子传递链复合物III的抑制。作者发现，在人结肠癌细胞凋亡，诱导线粒体呼吸链复合物III抑制，可以防止补充尿苷或乳清酸。更多的实验数据表明，RNA干扰下调DHODH可导致p53抑癌基因的积累和凋亡细胞的死亡。Lindmark等人[2]提出了一种通过施用治疗有效量的HER受体抑制剂和治疗有效量的hDHODH抑制剂来治疗患者的方法。hDHODH在肿瘤细胞生长机制中的特殊作用近年来得到了更好的理解。研究结果表明，谷氨酰胺通量的增加产生了DHODH抑制的弱点，由于ATR激活的固有缺陷，导致PTEN缺陷细胞的合成，因此，DHODH的抑制可能是PTEN突变癌患者的一种有希望的治疗方法。

Fairus等人在评估hDHODH抑制剂对敏感和非敏感乳腺癌细胞产生ATP和ROS的影响后，认为表达高水平hDHODH的细胞对hDHODH抑制剂更敏感，无论其致癌状态如何。然而快速生长的癌细胞对hDHODH抑制剂表现出更高的敏感性，hDHODH基因低表达的癌细胞对hDHODH抑制剂具有耐药性。Yin等人已经开发了一种测定方法，用于测量培養的HeLa细胞和成纤维细胞以及同一患者的III期胃癌和邻近正常组织中hDHODH的活性，数据表明HeLa细胞中DHODH活性显著高于正常成纤维细胞，恶性肿瘤组织中DHODH活性显著高于邻近正常组织。这一结果表明，hDHODH在癌症中的活性不仅是细胞对高嘧啶需求的反应，而且是癌症组织的特异性反应和特征。

1.1 白血病

尽管对急性髓细胞白血病（AML）的遗传学和表观遗传学的研究取得了重大进展，但仍然需要开发更为特异和有效的治疗方法。急性髓细胞白血病是一种骨髓系血细胞癌，其特征是异常白细胞迅速生长，积聚在骨髓中，干扰正常血细胞的生成。急性髓细胞白血病是影响成人的最常见的急性白血病，进展迅速，如果不治疗，通常在数周或数月内就会致命。

在2016年秋季几乎同时发布的两个版本中，马萨诸塞州总医院（MGH）和哈佛干细胞研究所（HSCI）的研究人员在AML方面取得了突破性的发现，这是40年来从未出现过新的治疗方法，也在hDHODH领域开辟了全新的前景。当造血干细胞和造血祖细胞不能分化为成年白细胞，而是在不成熟状态下被冷冻时，AML就会发生。这些不成熟的细胞占据了骨髓中的空间，排挤了健康的细胞，使体内健康的血细胞数量下降变得更加困难。

为了筛选能克服急性髓系白血病骨髓细胞分化障碍的药物，作者利用在小鼠骨髓细胞中转导的雌激素受体（ER）HoxA9融合蛋白建立了分化模型，并将其用于33万个小分子的数据库进行筛选。其中12个显示出诱导髓系分化的能力。选择了两个化合物进行进一步的研究，作者通过RNA测序分析了两个细胞系（每个化合物一个）的上调基因，从而产生了对每种药物耐药的细胞系，并阐明了耐药机制。只有8个基因在细胞系中共享，其中一个编码DHODH，两个化合物都被证实是hDHODH的抑制剂，这些结果表明hDHODH调节髓系分化。然后，作者选择了一种更有效、更具选择性的hDHODH抑制剂布喹那进行体内实验。布喹那已经在其他肿瘤上进行了临床试验，但没有在白血病上进行试验，它在各种AML小鼠模型中，包括人类细胞系异种移植物、患者来源的异种移植物和同基因小鼠模型中进行试验，结果显著的诱导了髓系分化，延缓了疾病的发展，并减轻了白血病起始细胞的负担。这些发现说明hDHODH具有作为AML分化的体内治疗靶点的潜力，提高了利用新型hDHODH抑制剂治疗AML患者的临床试验的可能性。阿斯兰制药公司（ASLAN）是一家专注于开发针对亚洲常见肿瘤类型的免疫疗法和靶向药物的生物技术公司，于2017年3月2日宣布与新加坡癌症科学研究所（CSI）和国立大学癌症研究所开展研发合作，新加坡（NCIS）研究ASLAN003抗急性髓细胞白血病（AML）的潜力，ASLAN003被认为是同类中最好的口服活性小分子hDHODH抑制剂。该化合物已完成I期试验，并已证明具有良好的药代动力学和耐受性。

1.2 黑色素瘤

黑色素瘤是黑素细胞的恶性肿瘤。原发性黑色素瘤是一种皮肤肿瘤，但在眼睛的黑色素细胞（葡萄膜黑色素瘤）中也可以看到，尽管不太常见。黑色素瘤是一种罕见的皮肤癌，但它是大多数皮肤癌相关死亡的基础，尽管经过多年的实验室和临床研究，但黑色素瘤的治疗仍然有限。BRAF存在于大多数黑色素瘤中，致癌性BRAF的突变与黑色素瘤细胞恶性生长有关。Zon等人筛选了一个含有2000种化合物的数据库，用于抑制BRAF（V600E）中的神经嵴发育，其中一些hDHODH抑制剂如來氟米特几乎能够完全抑制斑马鱼的神经嵴发育。特别是在体外和体内小鼠异种移植研究中，当hDHODH抑制剂单独使用或与BRAF癌基因抑制剂联合使用时，观察到黑色素瘤生长减少。

2 病毒

大多数抗病毒药物对艾滋病、流感、疱疹、丙型肝炎和乙型肝炎感染等威胁生命的疾病具有很高的治疗价值，它们抑制病毒复制所必需的特定病毒编码酶。这种方法有几个缺点，包括效率降低和对特定病毒的选择性窄。病毒的生理学和致病性通常高度依赖于宿主细胞因子。病毒蛋白质和基因组通常利用宿主细胞机制产生具有高度传染性的病毒子代，并且常常逃避和对抗宿主抗病毒免疫反应。这为靶向病毒复制和发病机制所需的宿主途径提供了治疗机会，并允许设计抗病毒药物。

hDHODH是一个潜在的抗病毒靶点，Das等人发现了一种非常有效的先导化合物6氟2（5异丙基2甲基4苯氧基苯基）喹啉4羧酸，其抑制hDHODH的IC50为1nM，抑制VSV和WSN流感病毒复制的EC50值分别为2nM和41nM。hDHODH抑制剂还可对抗登革热病毒和寨卡病毒，DD264和布喹那都能增强人类细胞中抗病毒基因的表达，这两种化合物的抗病毒活性严格依赖于细胞基因转录、核输出机制以及需要IRF1转录因子。

3 总结

人二氢乳清酸脱氢酶是治疗自身免疫性疾病的有效靶点，包括类风湿关节炎和多发性硬化。近年来，该领域为hDHODH抑制剂的治疗应用提供了新的机会，特别是在以下两个领域：第一是发现hDHODH作为体内AML分化的治疗靶点，这有可能在未来的临床试验中使用新的、优化的hDHODH抑制剂治疗AML患者;第二是通过靶向病毒复制和发病所需的嘧啶途径提供治疗机会。

参考文献：

[1]Brown KK，Spinelli JB，Asara JM，Toker A.Adaptive reprogramming of de novo pyrimidine synthesis is a metabolic vulnerability in triplenegative breast cancer.Cancer Discov 2017，7（4）：3919.

[2]Lindmark，B.，McHale，M.T.，Ooi L.Combination of a dihydroorotate dehydrogenase（DHODH）inhibitor and a HER receptor inhibitor for use in the treatment of cancer.WO2017037292（2017）.

基金：重庆市大学生创新创业训练计划项目（S202014 315013）;重庆市教育委员会科学技术研究项目（KJQN2020 04503）资助

*通讯作者：任小利（1987—），女，汉族，重庆人，硕士，讲师，研究方向：新药研发。