异柠檬酸脱氢酶1突变在胶质瘤免疫治疗中的研究进展△

马杰，刘芳

1大连医科大学研究生院，辽宁 大连 116000

2南京医科大学附属常州第二人民医院神经外科，江苏 常州 213000

胶质瘤是颅内最常见的原发性恶性肿瘤，其恶性程度高、侵袭性强，主要治疗方法为手术切除联合放疗和替莫唑胺辅助化疗。既往研究表明，上述方法治疗后胶质瘤患者的5年生存率仍较低，需要新的治疗手段[1]。近年来免疫治疗在其他恶性肿瘤中的应用取得了令人瞩目的进展，但胶质瘤因其免疫微环境不同于其他实体肿瘤，被认为是免疫系统的“孤岛”，免疫疗法对胶质瘤无效。而近年来的研究表明，中枢神经系统可以通过淋巴回流、跨越血脑屏障等多种途径传递抗原，并在发生胶质瘤时召集免疫细胞进入脑实质和肿瘤中，提示胶质瘤具备免疫治疗的生理结构基础[2-4]。Yan等[5]在对胶质瘤的外显子测序中首次发现了异柠檬酸脱氢酶1（isocitrate dehydrogenases 1，IDH1）突变。2016年世界卫生组织（World Health Organization，WHO）中枢神经系统肿瘤分类在组织学基础上加入了包含IDH1突变的分子信息学进行命名，IDH1的R132H突变型作为胶质瘤细胞最常见的突变之一，发生于80%～90%的Ⅱ级和Ⅲ级胶质瘤及80%的继发性胶质母细胞瘤中[5]。这些研究均表明IDH1突变可为胶质瘤患者的免疫治疗提供新的方向。本文概述了异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）家族的生理功能、IDH突变在胶质瘤形成中的意义、IDH1突变与胶质瘤免疫治疗及预后的关系，以及IDH1突变作为主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）Ⅱ类抗原可能产生的作用。

1 IDH 家族的正常生理功能

IDH家族包括3种同工酶IDH1、IDH2和IDH3，它们通过氧化脱羧作用将异柠檬酸盐转化为α酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）。IDH1位于细胞质和过氧化物酶体中，IDH2和IDH3位于线粒体中。IDH1和IDH2是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+）依赖性代谢酶，可催化异柠檬酸转化为α-KG，同时将NADP+还原为还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）。NADPH是解毒过程所需的关键细胞还原剂，通过谷胱甘肽和硫氧还蛋白的还原控制细胞防御氧化损伤的机制以及活化过氧化氢酶的形成[6-9]。因此，肿瘤细胞中IDH1/2缺失会损害解毒机制，导致DNA损伤和基因组不稳定。IDH3同工酶以含2个α、1个β和1个γ亚基的异四聚体的形式存在，并在细胞有氧呼吸的主要代谢途径三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA）中以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）依赖的方式催化异柠檬酸转化为α-KG。并将NAD+转化为还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）。因此，IDH在线粒体和细胞质之间交换关键代谢物和电子传递方面发挥重要作用。

2 IDH 突变在胶质瘤形成中的意义

IDH的生理作用是将异柠檬酸转化为α-KG并产生NADPH[10]。IDH突变改变了酶活性位点的结构及酶的活性[11]。因此，IDH1突变后不再生成NADPH，而是消耗NADPH生成D-2-羟基戊二酸（D-2-hydroxyglutarate，D-2-HG）[12]。

在正常人体的内环境中，低水平的D-2-HG可被组织清除，然而IDH突变导致D-2-HG产生过多，超过了组织的清除能力。作为α-KG的竞争性抑制剂，D-2-HG可以抑制与表观遗传和分化调控有关的依赖α-KG的双加氧酶，包括组蛋白去甲基化酶含jumonji结构域蛋白2（jumonji domain containing 2A，JMJD2）和含有jumonji C结构域的组蛋白去甲基化酶1（jumonji C domain-containing histone demethylase 1，JHDM1）及 DNA 去甲基化酶10-11 转 位 蛋 白 2（ten-eleven translocation 2，TET2），导致组蛋白和DNA去甲基化的关键步骤受损[13]。研究表明，D-2-HG诱导的组蛋白和DNA甲基化水平升高会抑制正常的细胞分化过程[14-16]。

在胶质瘤和急性髓系白血病中，因D-2-HG水平升高引起的表观遗传失调会诱导DNA超甲基化表型，这在临床中与胶质瘤的CpG岛高甲基化表型（CpG island methylator phenotype，CIMP）有关[17]。中枢神经系统组织中IDH1 R132H突变会改变神经发育并损害神经祖细胞的分化，其可能导致细胞状态的恶性转变。除了抑制α-KG依赖性双加氧酶外，D-2-HG还可直接或间接激活多种酶[14,18-19]。上述数据表明，恶性肿瘤相关的IDH突变可以通过影响多种细胞分化通路，导致肿瘤的发生和发展。

在评估胶质瘤遗传变化时间的研究中，研究者发现IDH1突变发生在TP53突变、1p/19q缺失以及磷酸酶和表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）改变之前，这意味着它们是胶质瘤发生的早期遗传事件[20-21]。据报道，与IDH1野生型胶质瘤相比，IDH1突变型胶质瘤与肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte，TIL）减少和程序性死亡受体配体1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）表达减少有关[22]。Kohanbash等[23]通过使用癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）数据分析及基于细胞模型和人源转基因鼠颅内胶质瘤的组合，发现IDH1突变产生的D-2-HG可抑制细胞毒性T淋巴细胞相关基因和T细胞趋化因子的表达，并抑制T细胞在鼠颅内胶质瘤中的积累。上述研究表明IDH1/2突变和D-2-HG可能增强了胶质瘤的免疫抑制，并指出针对IDH突变的抑制治疗可能增强肿瘤对免疫治疗的敏感性。

IDH突变和D-2-HG通过抑制α-KG依赖性酶而在IDH突变介导的恶性细胞转化中发挥关键作用，并引起染色质的高甲基化，增强胶质瘤对TIL的抑制作用，从而抑制机体的免疫应答，促进肿瘤组织的恶性生长。

3 IDH1突变与胶质瘤免疫治疗

近年来，自身免疫应答治疗肿瘤成为研究热点。因此，免疫疗法可能为神经胶质瘤的治疗带来新的希望。

Schumacher等[24]研究发现，IDH1 R132H含有一个适合突变特异性疫苗接种的免疫原性表位，包含突变区域的肽出现在MHCⅡ类分子中，并诱导突变特异性CD4+辅助性T细胞1（T helper cell 1，Th1）发生细胞反应。研究者使用15个氨基酸构建含有IDH1突变的人工多肽，对去除MHC的小鼠进行肽疫苗接种，产生有效的MHCⅡ类抗原特异性抗肿瘤免疫反应，结果发现，在人源转基因小鼠胶质瘤模型中注射含有IDH1 R132H肽段的疫苗后，可引起MHCⅡ类抗原特异性免疫反应，使胶质瘤缩小，且该疫苗不会破坏IDH1的正常生理功能。应用该疫苗的胶质瘤患者的外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）中，IDH1 R132H组分泌的γ-干扰素（interferon-γ，IFN-γ）明显高于IDH1野生型组，且流式细胞检测结果显示发生免疫反应的主要为CD4+T细胞，说明IDH1 R132H是潜在且有效的抗原靶点。

Pellegatta等[25]建立了含有IDH1 R132H突变的神经胶质瘤小鼠异种移植模型，注射包含IDH1突变位点的5种不同肽疫苗进行免疫接种，接种后的小鼠存活时间长于对照组，且外周血CD8+T细胞计数升高，产生更多的IFN-γ以及抗IDH1抗体。肿瘤内IFN-γ、颗粒酶B和穿孔蛋白1的上调以及转化生长因子-β2（transforming growth factor-β2，TGF-β2）和白细胞介素-10（interleukin，IL-10）的下调提示抗肿瘤免疫能力增强。该研究证实了肽疫苗可延长小鼠的生存期，诱导的免疫应答可特异性靶向表达IDH1的细胞并且可以调节肿瘤微环境。

随后有研究进行了针对IDH1 R132H的IDH1肽疫苗的临床试验（NOA-16），评估其在IDH1 R132H突变恶性神经胶质瘤患者中的安全性以及患者的耐受性和对该疫苗的免疫反应，结果表明IDH1 R132H肽疫苗在恶性星形细胞瘤患者中具有安全性和免疫原性[26]。

Keskin等[27]使用针对新抗原IDH1的个性化疫苗，对手术切除和常规放疗后诊断出的继发性胶质母细胞瘤患者进行了免疫治疗，结果发现，未接受地塞米松的患者会产生新抗原特异性CD4+和CD8+T细胞反应，并显示肿瘤浸润T细胞数量增加。T细胞受体分析结果表明外周血中的新抗原特异性T细胞可以迁移到颅内胶质母细胞瘤中。因此，靶向新抗原的疫苗有潜力改变胶质母细胞瘤的免疫环境。

Rohle等[28]采用选择性IDH1 R132H抑制剂（AGI-5198）以剂量依赖的方式抑制了D-2-HG的产生，并显著抑制了IDH1 R132H突变的间变性少突胶质细胞瘤细胞的生长，而不影响IDH1突变型胶质瘤细胞。AGI-5198还降低了人类IDH1 R132H突变胶质瘤异种移植物在小鼠中的生长，并且不损害表达野生型IDH1的胶质瘤，且没有明显的毒性。

据报道，AG120抑制剂在高级别复发性肿瘤中无显著作用，但可稳定低级别神经胶质瘤的生长[29]。其他突变型IDH1抑制剂AG-881、BAY 1436032和IDH305等仍在临床开发中。

4 IDH1突变与胶质瘤预后

研究表明，IDH突变在弥漫性胶质瘤中具有重要的诊断和预后判断作用[30-32]。在此基础上，IDH状态作为不同肿瘤的定义特征，已被纳入2016年WHO中枢神经系统肿瘤分类中[33]。染色体1p/19q的共缺失常与IDH突变相关联，是弥漫性胶质瘤分类中的一种分子改变。按照IDH突变和1p/19q共缺失状态可将胶质瘤分为3个不同的分子亚组：①IDH突变且1p/19q共缺失的胶质瘤（对应Ⅱ级和Ⅲ级少突胶质细胞瘤）；②IDH突变但无1p/19q共缺失的胶质瘤（对应Ⅱ级、Ⅲ级星形细胞瘤和继发性胶质母细胞瘤）；③IDH野生型胶质瘤（原发性胶质母细胞瘤和少数弥漫性Ⅱ级和Ⅲ级星形细胞瘤）。基于这些分子亚组的预后分层较仅基于组织学外观的肿瘤生物学行为分类更好。IDH突变且1p/19q共缺失的胶质瘤预后较好，Ⅱ级和Ⅲ级患者的中位生存期均为15年；IDH突变但无1p/19q共缺失的胶质瘤患者中，Ⅱ级患者的中位生存期为7～9年，Ⅲ级患者的中位生存期为5～6年；IDH野生型低级别胶质瘤患者的预后最差，接近胶质母细胞瘤患者的中位生存期（Ⅲ级为2年，Ⅱ级为3.5年）[33]。

对更大队列的进一步系统分析证实了这一趋势，在Hartmann等[34]对382例间变性星形细胞瘤和胶质母细胞瘤的回顾性分析中，证明了IDH突变是比组织学分级更强的总生存率预测因子。在552例Ⅱ级和Ⅲ级星形细胞瘤患者中，研究者发现组织学分级对IDH野生型和IDH突变型胶质瘤患者预后的影响最小，但IDH突变型胶质瘤患者的平均寿命是IDH野生型患者的3倍[35]。

IDH1突变也预示着对放疗的反应，Nunez等[16]采用放疗治疗颅内神经胶质瘤移植小鼠模型，发现IDH1 R132H胶质瘤具有放疗抵抗能力，该研究将放疗前后胶质瘤模型的RNA测序结果进行对比，发现IDH1 R132H通过影响基因差异表达，改变基因组的稳定性，增强DNA损伤反应和DNA修复机制，在减缓肿瘤生长的同时增加了DNA的修复能力，并减弱了放疗的疗效。

IDH突变肿瘤对化疗也表现出较好的反应，在接受放疗的高风险Ⅱ级[36]和Ⅲ级[37]胶质瘤患者中进行的随机临床试验表明，仅IDH1突变的肿瘤患者明显受益于放疗结合辅助化疗。此外，D-2-HG竞争性抑制参与DNA修复的α-KG依赖性双加氧酶，如赖氨酸特异性去甲基化酶4A/B（lysine specific demethylase 4A/B，KDM4A/B）[38-40]。这些研究表明了IDH突变型肿瘤对烷化剂具有更高的敏感性。

5 IDH1突变作为MHCⅡ类抗原可能产生的作用

新抗原是肿瘤发生过程中基因突变产生的特异性肿瘤抗原。针对新抗原的免疫反应与临床中肿瘤免疫治疗的成功与否息息相关。目前，对新抗原的研究大多集中于CD8+T细胞识别的MHCⅠ类限制性抗原。随着对肿瘤生物学和免疫学基本原理的了解不断增加，CD4+T细胞和MHCⅡ类限制性抗原越来越受到重视。虽然一些研究表明，在缺乏CD4+T细胞的帮助下，可以产生有效的肿瘤免疫，但大多数研究表明，CD4+T细胞对于产生肿瘤特异性CD8+T细胞至关重要[41-45]。

Kreiter等[46]通过将计算机预测建立的突变RNA疫苗与MHCⅡ类抗原的良好结合赋予了疫苗有效的抗肿瘤能力，这种多表位mRNA疫苗可以诱导有效的肿瘤控制，并完全排斥小鼠中已建立的积极生长的肿瘤。由于大多数恶性肿瘤缺乏MHCⅡ类抗原表达，因此CD4+T细胞对新表位的有效识别应取决于抗原呈递细胞（antigen-presenting cell，APC）对释放的肿瘤抗原的呈递。在胶质瘤MHCⅡ类疫苗的建立中可将注意力集中于APC的复制。

Alspach等[47]研究表明，CD4+T细胞反应是MHCⅠ限制性CD8+T细胞启动并成熟为CTL所必需的。研究表明，当肿瘤细胞同时表达MHCⅠ和MHCⅡ新抗原时，会产生最佳的抗肿瘤反应，在某种程度上反映了肿瘤微环境对CD4+T细胞反应的潜在需求。在接种肿瘤特异性新抗原疫苗后，有效肿瘤免疫的产生需要MHCⅡ新抗原。这些结果为MHCⅡ新抗原在天然和治疗性免疫中的作用提供了新的思路。

IDH1 R132H作为一种潜在的肿瘤特异性新抗原，其突变区域的肽在MHCⅡ类抗原上呈递，并诱导突变特异性CD4+T-Th1反应，其作为MHCⅡ类抗原及其对应的CD4+T细胞在肿瘤免疫中的具体机制仍值得探讨。

6 小结

α-KG依赖的双加氧酶家族包括50多个成员，这些成员在胶原蛋白成熟、脂质合成及代谢和基因表达调控等方面均发挥作用。现阶段的研究表明，可能需要对这些酶在IDH1突变型神经胶质瘤中的作用进行更广泛的研究。IDH1 R132H可引发胶质瘤微环境中CD4+T细胞特异性免疫反应，进而抑制胶质瘤生长。因此推测基于IDH1 R132H新抗原的T细胞疗法可能成为治疗胶质瘤的重要方法。由于IDH1是非细胞表面抗原，故T细胞受体工程化T细胞（T cell receptor engineered T cell，TCR-T）疗法可能是最合适的途径。