異檸檬酸脫氫酶1在肝臟疾病中作用的研究進(jìn)展

鄧威，陳倩，郭金，龔作炯

武漢大學(xué)人民醫(yī)院感染科，武漢430060

摘要：異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）作為胞質(zhì)和過(guò)氧化物酶體中一種依賴(lài)NADP的酶，主要 促進(jìn)異檸檬酸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮戊二酸，并生 成NADPH。IDH1 廣泛參與肝臟中糖、脂質(zhì)和氨基酸代謝以及氧化應(yīng)激的發(fā)生，并與 多種肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。突變的IDH1 可將α-酮戊二酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N腫瘤代謝物-2-羥基戊二酸，參與 肝臟腫瘤的代謝重編程及調(diào)節(jié)表觀遺傳學(xué)，與腫 瘤發(fā)生密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：肝臟疾??；異檸檬酸脫氫酶1；代謝

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2022.10.027

中圖分類(lèi)號(hào)：R575文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-266X（2022）10-0108-04

異檸檬酸脫氫酶1（IDH1）是一種在肝臟中高度表達(dá)的酶，在心肌、骨骼肌和腎臟組織亦有分布。IDH1是真核細(xì)胞內(nèi)具有脫羧作用的氧化還原酶，在糖代謝、脂質(zhì)代謝及氧化應(yīng)激等生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用［1］。既往研究發(fā)現(xiàn)，IDH1 水平在急慢性肝炎、肝硬化、肝癌等肝臟疾病中異常表達(dá)，可參與多種肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展［2］?，F(xiàn)就IDH1 在肝臟疾病中作用的研究進(jìn)展綜述如下。

1 IDH1的結(jié)構(gòu)與功能

IDH1 基因位于2 號(hào)染色體長(zhǎng)臂3 區(qū)4 帶（2q34）上，其編碼蛋白由414個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量為46.7 kD。IDH1 是線粒體三羧酸循環(huán)中的限速酶，催化異檸檬酸氧化脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮戊二酸（α-KG）。IDH 家族包括IDH1、IDH2、IDH3。其中，IDH1位于細(xì)胞質(zhì)和過(guò)氧化物酶體中，并且利用煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）作為輔助因子，在NADPH 生成途徑中發(fā)揮作用。而IDH2 和IDH3 位于線粒體中，分別利用NADP和NAD為輔因子。

IDH1 突變通常是雜合突變，包括一個(gè)突變體（mtIDH1）和一個(gè)野生型等位基因（wtIDH1）。mtIDH1 多數(shù)是第132 號(hào)密碼子上的精氨酸發(fā)生錯(cuò)義突變，轉(zhuǎn)換為其他氨基酸，如組氨酸（IDH1-R132H）、絲氨酸（IDH1-R132S）、半胱氨酸（IDH1-R132C）、甘氨酸（IDH1-R132G）及亮氨酸（IDH1-R132L），其中IDH1-R132H 最常見(jiàn)。mtIDH1 可降低其與異檸檬酸活性位點(diǎn)結(jié)合力，增加與NADPH 的親和力，削弱異檸檬酸脫羧作用。此外，mtIDH1 可將產(chǎn)物α-KG 轉(zhuǎn)化為2-羥基戊二酸（2-HG），并且mtIDH1 還可產(chǎn)生2-HG 的R-對(duì)映體即（R）-2-HG。wtIDH1 可通過(guò)提供α-KG 底物，增強(qiáng)mtIDH1 產(chǎn)生2-HG 的能力。2-HG 可通過(guò)抑制組蛋白去甲基化和5-甲基-胞嘧啶羥基化，從而致使組蛋白和DNA 甲基化水平發(fā)生改變，與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，如膠質(zhì)瘤、肝癌中的膽管細(xì)胞癌等［3-4］。

2 IDH1在肝臟疾病中的作用

2.1 在肝臟代謝及氧化應(yīng)激中的作用

2.1.1 調(diào)節(jié)糖代謝 IDH1 與肝臟糖代謝密切相關(guān)。葡萄糖通過(guò)糖酵解轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，丙酮酸氧化脫羧后在三羧酸循環(huán)周期中轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕?，異檸檬酸在相關(guān)載體協(xié)助下進(jìn)入胞質(zhì)被IDH1 轉(zhuǎn)化為α-KG。肝臟是糖原合成與輸出的主要器官，胰島素在其中扮演重要作用。BAUCHLE 等［5］發(fā)現(xiàn)，抑制IDH1 可削弱糖酵解過(guò)程，并且使胰島素分泌受損。IDH1的缺乏還可通過(guò)損害依賴(lài)α-KG的生糖氨基酸如丙氨酸的轉(zhuǎn)氨基作用來(lái)減少糖異生［6］。突變的IDH1 會(huì)使三羧酸循環(huán)過(guò)程中的α-KG 轉(zhuǎn)變?yōu)?-HG。腫瘤細(xì)胞在有氧條件下傾向于將葡萄糖代謝為乳酸，即Warburg 效應(yīng)，是腫瘤代謝的重要特征。LI等［7］研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的早期，存在IDH1活性及表達(dá)抑制，這可能與腫瘤細(xì)胞的代謝重編程有關(guān)。而GRASSIAN 等［8］發(fā)現(xiàn)，在缺氧條件下，IDH1突變細(xì)胞可表現(xiàn)出氧化三羧酸代謝的增加。

2.1.2 參與脂質(zhì)代謝 肝臟與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)，如在過(guò)氧化物酶體中進(jìn)行脂肪酸β 氧化、支鏈脂肪酸的α氧化等。肝細(xì)胞中脂肪與膽固醇的合成需要乙酰CoA 及NADPH，而IDH1 被認(rèn)為是過(guò)氧化物酶體中NADPH 唯一生產(chǎn)者，參與脂質(zhì)合成。正常情況下，脂質(zhì)合成的乙酰CoA來(lái)源于糖酵解，而在缺氧或線粒體功能障礙的情況下，IDH1可介導(dǎo)谷氨酰胺衍生的α-KG 的還原羧化，產(chǎn)生乙酰CoA，促進(jìn)脂肪酸生物合成，以支持腫瘤生長(zhǎng)和進(jìn)展。并且當(dāng)谷氨酰胺是主要的脂質(zhì)碳來(lái)源時(shí)，IDH1是合成脂質(zhì)的必要因素［9］。

膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（SREBP）是肝臟和癌細(xì)胞內(nèi)膽固醇合成的調(diào)節(jié)器。SREBP 可通過(guò)激活正常細(xì)胞IDH1 的表達(dá)而參與脂質(zhì)代謝，并且在IDH1突變細(xì)胞中，SREBP不但激活致癌IDH1表達(dá)，還可調(diào)節(jié)腫瘤代謝物2-HG 的產(chǎn)生［9］。但突變IDH1可通過(guò)減少NADPH 和細(xì)胞質(zhì)乙酰CoA 的產(chǎn)生來(lái)抑制脂質(zhì)合成。

2.1.3 參與氨基酸代謝 IDH1 的產(chǎn)物α-KG 可由部分氨基酸轉(zhuǎn)變，如谷氨酸、谷氨酰胺等，再經(jīng)過(guò)糖異生過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。谷氨酰胺是一種條件必需氨基酸，可為三羧酸循環(huán)、脂肪酸合成和核苷酸合成提供氮和碳。SALAMANCA-CARDONA 等［10］通過(guò)超極化磁共振成像（HP-MRI）發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺是突變IDH1腫瘤中2-HG 生產(chǎn)的主要碳源，利用選擇性IDH1 抑制劑可靶向谷氨酰胺衍生的2-HG治療。此外，谷氨酰胺還參與還原性谷胱甘肽的形成。

支鏈氨基酸（BCAAs）包括纈氨酸、亮氨酸及異亮氨酸，是由支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶1（BCAT1）將支鏈α-酮酸轉(zhuǎn)化而來(lái)，其代謝異常與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)。BCAT1 通過(guò)引起細(xì)胞增殖和化療耐藥在肝癌中發(fā)揮致病作用［11］。RAFFEL 等［12］發(fā)現(xiàn)，腫瘤中BCAT1表達(dá)與α-KG 濃度相關(guān)，IDH1 缺乏導(dǎo)致α-KG 濃度降低，進(jìn)而導(dǎo)致BCAT1 表達(dá)降低，并且BCAT1 的過(guò)表達(dá)可降低細(xì)胞內(nèi)α-KG水平。

2.1.4 調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激 活性氧（ROS）主要通過(guò)細(xì)胞色素P450 酶在肝細(xì)胞線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中產(chǎn)生。谷胱甘肽（GSH）是一種主要的抗氧化劑及氧化還原和細(xì)胞信號(hào)調(diào)節(jié)因子，可通過(guò)減少H2O2和清除ROS及氮自由基保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷。

NADPH 是一種遞氫體，可參與各種代謝反應(yīng)（如脂肪酸及核苷酸合成），還可維持體內(nèi)還原性GSH 的水平及抵抗ROS 刺激等。肝臟中NADPH 主要來(lái)源于葡萄糖氧化的磷酸戊糖途徑、蘋(píng)果酸酶、葉酸代謝及IDH1 等。但I(xiàn)DH1-NADPH 對(duì)肝臟GSH 消耗最敏感，以保持氧化還原平衡［13］。此外，YING等［14］研究發(fā)現(xiàn)，敲除IDH1 可降低NADPH/NADP 和GSH/GSSG，增加ROS 水平并促進(jìn)細(xì)胞壞死。相反，mtIDH1 可使IDH1 催化的前向反應(yīng)喪失，導(dǎo)致NADPH 減少，促進(jìn)ROS 發(fā)生。MOLENAAR 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，含有異質(zhì)性IDH1-R132H 突變的癌細(xì)胞ROS增加。

2.2 IDH1在肝臟疾病發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1 IDH1 參與肝損傷 IDH1 與肝臟炎癥密切相關(guān)。在急慢性肝炎時(shí)，常伴有腸道菌群移位及腸道內(nèi)毒素如脂多糖（LPS）向循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致腸源性?xún)?nèi)毒素血癥。LPS 可誘導(dǎo)肝臟巨噬細(xì)胞活化，促使其釋放多種細(xì)胞因子和炎癥遞質(zhì)，從而加重肝臟炎癥。肝臟中免疫細(xì)胞是肝臟損傷的關(guān)鍵傳感器，它們中的NADPH 氧化酶可促進(jìn)肝損傷炎癥的發(fā)生。另外，NADPH 含量與肝臟炎癥的發(fā)生密切相關(guān)，NADPH 缺乏可影響氧化應(yīng)激，從而激活相關(guān)肝臟炎癥通路。IDH1 可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)NADP/NADPH，從而保護(hù)肝細(xì)胞免受LPS 誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激［16］。肝臟炎癥常伴隨著肝細(xì)胞的破裂與壞死，IDH1 位于細(xì)胞質(zhì)中，IDH1 可能是肝功能損傷的標(biāo)志之一。

MOREAU 等［17］研究發(fā)現(xiàn)，免疫細(xì)胞產(chǎn)生劇烈防御反應(yīng)，刺激NADPH 氧化酶產(chǎn)生ROS 等物質(zhì)，導(dǎo)致線粒體功能障礙，從而促進(jìn)器官衰竭的發(fā)生，并且IDH1濃度在合并敗血癥時(shí)更高。本課題組前期研究顯示，組蛋白去乙?；敢种苿〢CY-1215 可通過(guò)DDX3X/NLRP3信號(hào)通路改善糖解通路來(lái)抑制M1巨噬細(xì)胞的激活，促進(jìn)IDH1表達(dá)，從而緩解肝衰竭［18］。

2.2 IDH1抑制肝纖維化進(jìn)程 肝纖維化是各種慢性肝病的補(bǔ)償性修復(fù)過(guò)程，肝星狀細(xì)胞（HSCs）在肝纖維化的發(fā)生發(fā)展中起重要作用?；罨疕SC 的異常糖酵解活性是動(dòng)態(tài)纖維生成與消除的主要調(diào)節(jié)者。XU 等［19］研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可能通過(guò)抑制IDH1的表達(dá)來(lái)發(fā)揮其促進(jìn)肝纖維化的作用。

此外，肝炎病毒可降低細(xì)胞內(nèi)抗氧化能力，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激、脂質(zhì)過(guò)氧化和DNA 損傷的積累，誘導(dǎo)組織損傷，最終形成肝纖維化，因此與氧化應(yīng)激相關(guān)的IDH1 可能是檢測(cè)肝纖維化或治療肝纖維化的治療靶點(diǎn)之一。IDH1 的產(chǎn)物α-酮戊二酸還可以通過(guò)抑制乙酰輔酶A-EP300途徑抑制HSCs的自噬，從而抑制HSCs的活化和肝纖維化［20］。

2.3 IDH1突變與乙?；龠M(jìn)肝臟腫瘤形成 IDH1突變與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。IDH1 突變?cè)诟伟?，尤其是與膽管細(xì)胞癌（IHCC）的發(fā)生密切相關(guān)。IDH1 突變可能通過(guò)以下幾種途徑促進(jìn)肝臟腫瘤的發(fā)生。IDH1 突變通過(guò)腫瘤代謝物的積累如2-HG，對(duì)肝臟細(xì)胞分化、生長(zhǎng)、缺氧信號(hào)以及氧化應(yīng)激具有多效性影響。突變IDH1 還可以通過(guò)抑制α-KG 和NADPH 的產(chǎn)生，并且調(diào)節(jié)IHCC 中乙醛脫氫酶1 的表達(dá)，促進(jìn)IHCC 的發(fā)生［21］。此外，突變IDH1促進(jìn)氧化應(yīng)激發(fā)生，而肝臟腫瘤的高增殖能力與氧化應(yīng)激有關(guān)。在一項(xiàng)針對(duì)IDH1 突變的IHCC 臨床實(shí)驗(yàn)中，靶向IDH1 突變藥物AG-120 治療中有5%患者部分緩解，56%患者病情穩(wěn)定［22］。AG-120 可以抑制腫瘤代謝物2-HG 產(chǎn)生，促進(jìn)mtIDH1的IHCC病情穩(wěn)定和無(wú)進(jìn)展生存期改善［23］。

此外，蛋白質(zhì)乙?；ㄟ^(guò)控制多種細(xì)胞途徑來(lái)調(diào)節(jié)癌癥細(xì)胞增殖，例如細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡和不同的代謝途徑。關(guān)鍵致癌酶的乙?；绊懨负头敲富钚裕瑥亩龠M(jìn)腫瘤進(jìn)展。WANG等［24］研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸原發(fā)腫瘤和肝轉(zhuǎn)移中IDH1 是高乙酰化的，K224 上IDH1的過(guò)度乙?；c肝臟轉(zhuǎn)移瘤和低生存率顯著相關(guān)，IDH1 去乙?；{(diào)節(jié)可抑制繼發(fā)性肝臟腫瘤的發(fā)生。

綜上所述，IDH1是IDH家族中一種依賴(lài)NADP，在過(guò)氧化物酶體和胞質(zhì)中發(fā)揮作用的酶。IDH1 參與肝臟中糖、脂質(zhì)、氨基酸代謝以及調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激，自身及其產(chǎn)物與肝臟炎癥、腫瘤及肝纖維化等的發(fā)生密切相關(guān)。此外，IDH1與其產(chǎn)物參與肝臟能量代謝重編程過(guò)程。