IDH1/2突变诱导急性髓系白血病基因组高甲基化的研究进展*

阮经艳 综述，曾 云△，狄 勇 审校

(1.昆明医科大学第一附属医院血液科云南省血液病研究中心，昆明 650032；2.昆明医科大学基础医学院生物化学与分子生物学系，昆明 650500)

·综 述·

IDH1/2突变诱导急性髓系白血病基因组高甲基化的研究进展*

阮经艳1综述，曾 云1△，狄 勇2审校

(1.昆明医科大学第一附属医院血液科云南省血液病研究中心，昆明 650032；2.昆明医科大学基础医学院生物化学与分子生物学系，昆明 650500)

异柠檬酸脱氢酶1/2突变；白血病，髓样，急性；甲基化；2-羟基戊二酸

大量研究提示异柠檬酸脱氢酶1/2(isocitrate dehydrogenase1/2,IDH1/2)基因突变能诱导急性髓系白血病(acute myeloid leukemia，AML)基因组和组蛋白高甲基化，这些表观遗传学的改变会影响分化相关基因的表达，导致肿瘤细胞分化程度降低，出现恶性表现。同时以IDH1/2突变为靶点的小分子药物能促进肿瘤细胞的分化。本文就该方向的研究进展作一综述，期望能为AML的诊断、治疗及预后评估提供新的思路。

AML是一组异质性恶性血液系统疾病，无论在形态学、免疫学、细胞遗传学、分子生物学及临床特点上都存在很大的差异。近几年，表观遗传学范畴的基因突变包括异柠檬酸脱氢酶-1(IDH1)、异柠檬酸脱氢酶-2(IDH2)、TET甲基胞嘧啶双加氧酶2(ten-eleven-translocation methylcytosine dioxygenase 2，TET 2)、DNA甲基化转移酶3A(DNA methyltransferase 3A，DNMT3A)在AML中都被陆续检测到[1]。IDH突变在成人AML尤其是正常核型AML中有较高的发生率[2]，该突变与AML的治疗应答、预后等相关，由于其突变使体内过度累积的2-羟基戎二酸(2-HG)可以作为AML的一种检验标志物，并可作为其治疗应答，评估预后的监测手段。IDH突变有可能逐渐成为一种新的判断AML预后和指导治疗的指标。

1 IDH的生物学特性

IDH在哺乳类动物细胞中存在3种同工酶：细胞质的NADP+依赖性IDH1，线粒体的NADP+依赖性IDH2和线粒体的NAD+依赖性IDH3。人类IDH1基因位于2号染色体q33.3，并且定位在细胞质和过氧化物酶体中；IDH2基因位于15号染色体q26.1；而IDH3基因位置尚未明确[3-4]。IDH基因编码的IDH酶以NAD+或NADP+作为辅因子，催化异柠檬酸氧化脱酸变成α-酮戊二酸(α-KG)。IDH1和IDH2均参与了细胞内氧化损伤的防御机制[5]，除此之外IDH1还在脂质的代谢机制中起了重要作用[6]。因此，细胞中IDH功能障碍将会导致DNA的损伤及基因的不稳定。体内野生型IDH功能及突变IDH的活性[7]，见图1。

2 AML中IDH的基因突变

现发现IDH突变包括有IDH1和IDH2两种突变。经测序证实，IDH 基因4号外显子存在有突变，导致其编码的精氨酸被其他氨基酸替代,最终影响蛋白质功能，其包括3种主要突变即IDH1 R132、IDH2 R140、IDH2 R172突变[8]。在这3种突变中IDH1 R132突变的位点为132密码子，可检测到精氨酸被5种不同的氨基酸替代，分别为半胱氨酸(R132C，C394T，CGT-TGT)，亮氨酸(R132L，G395T，CGT-CTT)，甘氨酸(R132G，C394G，CGT-GGT)，组氨酸(R132H，G395A，CGT-CAT)和丝氨酸(R132S，C394A，CGT-AGT)，其中以R132H多见(约40%)，其次为R132C(约30%)。IDH2 R140突变的位点为140密码子，可检测到3种不同的氨基酸替代精氨酸，分别为谷氨酸盐(R140Q，G419A，CGG-CAG)、亮氨酸(R140L)和色氨酸(R140W)。IDH2 R172突变的位点为172密码子，除了个别为蛋氨酸取代精氨酸(R172M)之外，其余均为赖氨酸(R172K，G515A，AGG-AAG)取代精氨酸，其中R140突变约占80%[9]。在成人急性白血病中IDH1/2突变的共占5%～30%[10]，通常为染色体核型正常的患者[2]。Dinardo等[8]对826例AML患者进行分析，其中有167例患者出现IDH突变(占20%)，进一步对这167例患者分析发现，老年人居多，中位年龄为67岁；与未突变IDH患者相比，白细胞总数无差别，但中性粒细胞绝对值较低，且IDH1突变患者比IDH2突变的患者中性粒细胞绝对值更低；血小板相对较高；同时在这些患者中常伴有FMS样酪氨酸激酶3-内部串联重复(FLT3-ITD)或核仁磷酸蛋白1(NPM1)突变，且伴有NPM1而不伴FLT3-ITD的患者预后较好[2]。目前临床IDH靶向药物只用于临床试验阶段，其治疗主要依赖一些传统的化疗药物，特别是年龄大于60岁的患者。对于年龄小于60岁的患者尚可采用去加氧柔红霉素、阿糖胞苷、依托泊苷，或者传统的化疗联合去甲基化药物治疗[11]。但有数据显示，IDH突变型的患者和野生型患者使用去甲基化药物相比及IDH突变型患者和未使用去甲基化药物相比，形态学的完全缓解、部分缓解没有差别，这说明去甲基化药物对IHD突变的患者没有明显的治疗优势[12],Im等[13]也持有相近观点。

3 IDH突变与AML组蛋白及基因组甲基化改变相关

为了证实IDH1/2突变与髓系白血病细胞基因组甲基化之间的关系，Sasaki等[14]使用lox-stop-1ox(LSL)系统将IDH1(R132H)引入到小鼠IDH基因位点,建立突变IDH1基因敲入小鼠(IDH1 LSL/WT)。再通过与LysMCre小鼠交配繁殖,得到了生长发育良好,具有正常的生命周期和繁殖能力的LysM-KI小鼠。在LysM-KI小鼠中发现突变IDH的表达引起早期造血细胞的数量升高，髓系血细胞的组蛋白明显高甲基化，DNA甲基化状态与含突变IDH1/2的AML细胞基因甲基化状态极为相似。该动物模型实验说明IDH突变与导致基因组高甲基化相关，而这种表观遗传学改变对造血细胞的分化产生了影响。

Me：甲基化；m：突变。

图1 体内野生型IDH功能及突变IDH的活性

4 IDH突变致肿瘤基因组高甲基化的机制

IDH的突变导致酶与底物结合能力下降并形成异二聚体，与正常IDH酶竞争底物，使细胞内的α-KG水平下降。最初的猜想是α-KG的下降而激活低氧诱导因子1α(HIF1α)信号通路，促使肿瘤形成[15]。近年，Dang等[16]对有IDH1(R132H)突变肿瘤细胞进行代谢及生物化学结构的分析，指出突变的IDH蛋白产物可出现催化NADPH+H+依赖的还原反应能力，将α-KG还原为2-HG，随后陆续的证实，IDH2 R172、IDH2 R140突变也会导致2-HG的过度积累[17-18]，后者被形象地称之为癌代谢物[19],其过度积累会直接竞争性抑制多种α-KG依赖的双加氧酶，包括组蛋白去甲基化酶和5-甲基胞嘧啶(5-mC)羟化酶TET家族，使细胞内组蛋白甲基化，而TET酶被抑制使细胞内5-羟甲基胞嘧啶(5-hmC)减少，相应的5-mC的过度积累最终使DNA高甲基化并降低相关基因的表达，进而影响造血干细胞的分化，促进肿瘤的形成[20]。

5 IDH突变导致细胞分化阻滞

近年来的大量研究结果提示，IDH突变导致肿瘤细胞分化受阻，使肿瘤细胞保持在低分化状态，干性特征增强。如前述Sasaki等[14]在其建立的LysM-KI小鼠模型中，观察到突变IDH的表达阻滞了造血细胞的正常分化。Losman等[21]报道在红细胞白血病肿瘤细胞系TF-1的培养中加入R-2-HG或在基因组外表达突变IDH，可以使肿瘤细胞的表观遗传特征发生改变，细胞的分化能力降低，总体上恶性特征增强。关于突变IDH影响细胞分化的具体分子机制目前还不是很清楚，但可以肯定的是，基因组甲基化的改变是其中十分重要的途径之一。值得注意的是，突变IDH引起DNA的CpG岛甲基化表型(CpG Island Methylator Phenotype，CIMP)和组蛋白的抑制性甲基化标记水平升高，这两种表观遗传学的改变均能使大量基因的表达异常,包括一系列分化调节基因。Lu等[22]进一步对IDH1/2突变软骨肉瘤标本中的启动子表现高度甲基化的基因进行DAVID分析发现，甲基化最显著的基因包括维甲酸受体α(retinoic acid receptor α，RARA)，血小板源生长因子受体α(platelet-derived growth factor receptor α，PDGFRA)，B细胞淋巴瘤6蛋白辅阻遏物(BCL6 corepressor，BCOR)等分化相关的重要调节基因，说明IDH1/2突变在软骨肉瘤中可能通过改变基因的表观遗传特征，对肿瘤细胞的干性维持有着重要作用。因此可以推测IDH突变导致的直接病理结局是：阻滞细胞的分化功能，促使细胞转化和肿瘤发生。

6 靶向抑制突变的IDH可促进肿瘤细胞分化

从上述知道IDH突变致肿瘤的机制在于使表观遗传学调控异常，从而导致细胞分化受阻，使肿瘤细胞出现恶性表现，由此推测，如果能找到IDH突变的靶向抑制剂，是否有可能使肿瘤细胞重新分化。Kernytsky等[23]及Rohle等[24]在人类红系白血病细胞中过表达IDH2 R149Q、IDH1 R132H突变，发现过度表达IDH2 R149Q、 IDH1 R132H突变的TF-1细胞其组蛋白与基因组DNA过度甲基化，并且这种超甲基化能够被IDH1 R132H 的抑制剂(AGI-5198)和IDH2 R149Q 的抑制剂(AGI-6780)逆转，进而阻止肿瘤的生长并且促进肿瘤细胞的分化，并且细胞内的2-HG水平下降。近年，IDH突变的抑制剂已经进入到了临床试验。2015年欧洲血液学协会(European Hematologic Association，EHA)年度会议提出：AG-221(选择性IDH2突变的抑制剂)、AG-120(选择性IDH1的突变抑制剂)运用于血液系统恶性肿瘤的Ⅰ期临床试验证明了这两种抑制剂的安全性和有效性。同样由Adios制药公司推出的AG881,一种非选择性IDH突变的抑制剂，它最大的优点是血脑屏障渗透性强，进而进入脑组织发挥作用，目前也处于Ⅰ期临床试验阶段。

7 血清及尿液中2-HG的水平可作为一种非侵袭性的指标来评估伴IDH突变的AML的疾病活动及治疗应答

由于2-HG作为IDH突变致肿瘤的重要中间产物，所以从2-HG入手，对其进行深入的探讨显得尤为重要。国外学者利用液相色谱-质谱分析法检测含IDH突变的AML患者血清、尿液、骨髓液及原始粒细胞中2-HG水平,发现其可作为AML IDH突变蛋白的生物学活性检测指标，并且可作为对该类患者进行化学治疗的应答情况及预后评价一种非侵袭性、较简便的指标。他们指出伴有IDH突变的急性白血病的未治疗患者血清2-HG的水平均大于1 000 ng/mL,或者大于1 000 ng/2×106个原始粒细胞数。对于化学药物治疗后的患者血清中2-HG水平下降明显，并且IDH等位基因突变也随之下降，但是对于治疗失败的病例2-HG水平随之也会上升[25]，对于有IDH突变治疗后完全缓解的患者若血清2-HG的水平小于200 ng/mL，提示具有较好的总体生存率。而且此浓度也可作为微小残留病灶患者接下来是否需要再治疗的判断指标。我国学者在234例细胞遗传学正常的AML患者的研究，评估总体生存和无事件生存上，高2-HG水平都是一个独立的预后不佳的因素[26]。

8 结 语

IDH基因的突变能引起细胞代谢、表观遗传和分化特征的改变。本文系统综述了AML中IDH1/2突变引起相应基因表观遗传学改变，从而分化阻滞的作用及其相关机制。随着研究的深入，IDH1/2突变抑制剂从动物实验到临床Ⅰ期试验，证实了它们的有效性及可行性，很有希望在不远的将来使血液肿瘤患者受益。而2-HG作为IDH突变后的过量中间代谢产物，亦可作为AML的疾病活动及治疗应答的一种生物标志物，但目前尚未建立一个统一的量化的最低分子标准，随着对2-HG不断地探索，将来势必成为应用于伴有IDH1/2突变的血液肿瘤诊断、治疗及预后的一种有效的、易检测的生物标志物。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2017.11.040

国家自然科学基金资助项目(81060046)；云南省卫生科技计划资助项目(2014NS167)。 作者简介：阮经艳(1990-)，在读硕士，主要从事血液系统疾病的研究。△

，E-mail：zengyun_fyy@sina.com.cn。

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