來源：生物探索 異檸檬酸脫氫酶（Isocitrate dehydrogenase, IDH）是三羧酸循環中的關鍵限速酶，能夠催化異檸檬酸脫羧生成α-酮戊二酸（α-Ketoglutarate, α-KG），為細胞代謝提供能量。異檸檬酸脫氫酶IDH1主要位于細胞質中，其功能獲得性（gain-of-function）突變在多種癌癥中都有發現，包括肝內膽管癌、腦膠質瘤和急性髓系白血病【1】。 突變的IDH1（mutant IDH1, mIDH1）會催化α-KG還原產生“致癌代謝物” R-2-羥基戊二酸（R-2HG），R-2HG會在細胞內大量積累，進而競爭性抑制α-KG依賴的雙加氧酶例如DNA和組蛋白去甲基化酶的活性，重塑細胞的表觀遺傳景觀，最終誘發和促進腫瘤生長【2】。 近年來，多款靶向mIDH1的抑制劑已被開發且應用于臨床治療【3, 4】，臨床數據顯示這些小分子抑制劑可以減緩mIDH1腫瘤的生長，延長病人的生存周期，但其具體的抗癌機制及如何增強這些小分子抑制劑的抗癌功效仍不十分清楚。同時，mIDH1實體腫瘤在臨床上還表現出免疫逃逸的特征【5】，了解R-2HG如何影響免疫系統功能對于改善mIDH1靶向治療和提供關于代謝異常如何改變腫瘤-免疫相互作用的見解亦非常重要。 來自哈佛大學醫學院/麻省總醫院Krantz Family癌癥研究中心及Broad研究所的Nabeel Bardeesy和Robert Manguso研究團隊的的吳孟儒（Meng-Ju Wu）、Hiroshi Kondo、Ashwin Kammula在Science雜志上發表題為Mutant IDH1 inhibition induces dsDNA sensing to activate tumor immunity的文章。 該文章揭示了mIDH1抑制劑通過活化“病毒模擬”反應（Viral Mimicry Response）激活cGAS-STING介導的先天免疫信號通路，進而誘發下游更劇烈的由T細胞介導的抗腫瘤免疫反應。具體來說，mIDH1腫瘤細胞內的雙鏈DNA（dsDNA）傳感器cGAS（Cyclic GMP-AMP synthase）由于其啟動子區域的DNA高甲基化而被轉錄沉默。靶向mIDH1的抑制劑處理會導致腫瘤細胞中DNA甲基化被大規模去除，進而激活cGAS及編碼反轉錄酶 （Reverse Transcriptases, RTs）的轉座子（Transposable Elements, TEs）的轉錄，后者會觸發細胞質dsDNA的產生。由此產生的胞質dsDNA會活化cGAS-STING信號通路，最終激活強力的T細胞介導的抗腫瘤免疫反應。 基于Nabeel Bardeesy研究團隊前期開發和制備的mIDH1肝內膽管癌小鼠模型，研究人員發現靶向mIDH1的抑制劑在免疫功能完好的小鼠中能有效抑制腫瘤生長，而在免疫缺陷的小鼠中抑癌效果甚微，這表明抗腫瘤免疫反應在其中起了重要作用【6】。Nabeel Bardeesy和Robert Manguso實驗室基于這些發現開展合作研究去解析這些靶向mIDH1藥物的具體作用機制。先前的研究表明，mIDH1腫瘤細胞由于DNA高甲基化對T細胞分泌的干擾素IFNγ不敏感，mIDH1抑制劑可恢復其對IFNγ的敏感性【6】。 在該研究中，研究人員進一步探索發現 mIDH1抑制竟會誘發腫瘤細胞中內源性逆轉錄病毒和其他轉座子（TEs）的重新表達。這些通常被轉錄沉默的病毒感染元件在mIDH1抑制所伴隨的DNA大規模去甲基化中被重新激活。更有意思的是，其中一些TEs含有完整的病毒基因并編碼反轉錄酶等病毒蛋白。這些反轉錄酶在腫瘤細胞中的上調表達導致了細胞質中dsDNA的產生和積累，這些dsDNA被細胞質中的dsDNA受體cGAS捕獲，激活“病毒模擬”反應，使得腫瘤細胞如同被病毒感染的細胞一樣產生干擾素等細胞因子以激活免疫系統。 利用小鼠肝內膽管癌模型，研究人員發現mIDH1抑制引發了快速且劇烈的DNA去甲基化，隨之而來的是腫瘤細胞增殖減緩和CD8+ T細胞浸潤增加。轉錄組分析顯示，在mIDH1抑制的早期，腫瘤細胞就上調了免疫刺激I型干擾素和病毒響應基因程序。此外，研究人員發現mIDH1肝內膽管癌及腦膠質瘤中cGAS基因啟動子高甲基化而使其表達沉默，導致先天免疫信號相關程序的缺陷。mIDH1抑制引發的大規模DNA去甲基化解除了cGAS和TEs的先天抑制。由TEs編碼的反轉錄酶產生的dsDNA激活了cGAS-STING-IRF3信號，觸發了病毒模擬和免疫監視程序，加之mIDH1抑制又能夠恢復腫瘤細胞對IFNγ的響應，綜合導致了強有力抗腫瘤免疫反應。 值得注意的是，在大部分mIDH1實體腫瘤中cGAS基因都被轉錄沉默，這表明下調cGAS-STING先天免疫信號通路以規避免疫激活是mIDH1腫瘤的特征之一。相應地，缺乏cGAS-STING通路或內源性逆轉錄病毒反轉錄酶活性的腫瘤對mIDH1抑制沒有響應。至此，研究人員揭示了mIDH1通過表觀遺傳機制抑制先天免疫，并將內源性反轉錄酶活性與美國食品藥品管理局（FDA）批準的抗腫瘤藥物的作用機制聯系起來。基于該研究的發現，研究人員提出開發能夠增強病毒模擬和/或利用其介導的免疫刺激效應的策略或許可以進一步改善mIDH1抑制劑的效果。 綜上所述，該研究揭示了mIDH1癌癥的特征之一是先天免疫感知受損，這是由于胞內dsDNA感受器cGAS高甲基化和表達沉默造成的。該研究結果還表明了mIDH1抑制劑的雙重治療機制，即mIDH1抑制介導的DNA去甲基化引發并誘導了TEs依賴的病毒模擬信號，同時也增強了腫瘤細胞對IFNγ的響應和敏感性。該研究也為未來探究mIDH1相關的表觀遺傳調控的免疫逃逸奠定了基礎，并對開發針對增強病毒模擬反應的組合療法來治療mIDH1癌癥提供了理論支持。 1. Pirozzi CJ, Yan H. The implications of IDH mutations for cancer development and therapy. Nat Rev Clin Oncol. 2021;18:645–61. 2. Waitkus MS, Diplas BH, Yan H. Biological Role and Therapeutic Potential of IDH Mutations in Cancer. Cancer Cell. 2018;34:186–95. 3. Mellinghoff IK, Bent MJ van den, Blumenthal DT, Touat M, Peters KB, Clarke J, et al. Vorasidenib in IDH1- or IDH2-Mutant Low-Grade Glioma. N Engl J Med. 2023;389:589–601. 4. Zhu AX, Macarulla T, Javle MM, Kelley RK, Lubner SJ, Adeva J, et al. Final Overall Survival Efficacy Results of Ivosidenib for Patients With Advanced Cholangiocarcinoma With IDH1 Mutation. Jama Oncol. 2021;7:1669–77. 5. Thorsson V, Gibbs DL, Brown SD, Wolf D, Bortone DS, Yang T-HO, et al. The Immune Landscape of Cancer. Immunity. 2018;48:812-830.e14. 6. Wu M-J, Shi L, Dubrot J, Merritt J, Vijay V, Wei T-Y, et al. Mutant IDH Inhibits IFNγ–TET2 Signaling to Promote Immunoevasion and Tumor Maintenance in Cholangiocarcinoma. Cancer Discovery. 2022;12:812–35.