突变型异柠檬酸脱氢酶抑制剂的临床研究进展

秦安琦,查晓明

(中国药科大学 工学院,江苏 南京 211198)

异柠檬酸脱氢酶(Isocitrate Dehydrogenase,IDH)作为三羧酸循环的关键限速酶之一,在细胞中扮演着重要的角色。正常生理条件下,IDH催化异柠檬酸转变为α-酮戊二酸(α-KG),并产生NADH和NADPH两种重要的还原物质[1]。IDH家族有三种不同的亚型,IDH1、IDH2和IDH3。IDH1位于细胞质和过氧化物酶体由2q33.3基因编码,产生NADPH,可抵御细胞氧化损伤,同时为脂类合成提供还原力;IDH2位于线粒体基质中由15q26基因编码,将α-KG转化为异柠檬酸从而平衡线粒体内二者的平衡。IDH1和IDH2是同源二聚体,都是利用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)作为辅因子,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依赖的IDH3定位于线粒体基质是由2 IDH3α、IDH3β和IDH3γ组成的异四聚体蛋白,将NAD+转化为NADH并产生α-KG,在TCA中发挥重要作用[2]。一方面IDH参与维持三羧酸循环正常进行,为细胞提供活动能量,另一方面NADH和NADPH进一步参与体内的脂质合成、氧化应激等活动,保证机体稳定运行[3]。

然而,现已在多种肿瘤中发现IDH1/2突变,这些突变多发生在酶活性位点,最常见的突变类型有IDH1密码子Arg132被His或Cys取代,IDH2密码子Arg140被Gln或Arg172被Lys取代,其中80%是IDH1(R132H)[4]。IDH发生突变后会引起酶功能的改变,突变的IDH通过消耗NADPH使得α-KG转变为肿瘤代谢物D-2-HG[5]。D-2-HG与α-KG结构类似,是α-KG的拮抗剂,能够抑制依赖α-KG双加氧酶的活性如5-甲基胞嘧啶羟化酶(TET2),该酶可将5-甲基胞嘧啶转化为5-羟甲基胞嘧啶参与DNA去甲基化过程[6]、抑制含JmjC结构域的组蛋白去甲基酶(JmjC KDMs),这种抑制引起组蛋白甲基化的改变,从而改变细胞表观遗传状态[7];而且D-2-HG还被报道直接或间接激活许多酶和途径[8]。因此,利用α-KG作为底物的通路在IDH突变的癌症中受到干扰,导致表观遗传异常,破坏正常细胞分化从而促进肿瘤发生[9]。

目前,已经在各种来源的肿瘤细胞中检测到异柠檬酸脱氢酶基因发生突变,包括但不限于急性髓系白血病(20%)、胆管癌(20%)、软骨肉瘤(80%)和神经胶质瘤(80%)。因此,靶向抑制突变型异柠檬酸脱氢酶,是一种有效的肿瘤治疗策略。异柠檬酸脱氢酶活性部位包括一个α-螺旋,当异柠檬酸脱氢酶发生突变后,引起该构象不稳定,从而增加了抑制剂对变构位点的可及性[10]。在外界条件作用下,多个氢键和疏水相互作用能将抑制剂锚定在变构袋内,导致突变型异柠檬酸脱氢酶与抑制剂紧密结合而关闭酶活性部位。突变型异柠檬酸脱氢酶独特的结构和功能促进了小分子抑制剂的发现,AGI-5198是第一个被确定为突变IDH1的有效抑制剂的分子,在IDH1突变肿瘤异种移植模型中观察到D-2-HG的产生减少了90%[11]。尽管AGI-5198在体外和体内诱导胶质瘤细胞分化和减缓IDH1突变胶质瘤细胞的生长方面具有很好的活性,但其较差的药代动力学和药效学特性其无法在临床研究中使用。之后,通过对化合物AGI-5198进行结构的改造和优化,出现了理化性质更稳定的突变型异柠檬酸脱氢酶抑制剂。这些抑制剂通过与突变型异柠檬酸脱氢酶变构位点结合从而阻止催化所需的构象变化,将发生突变的酶的构象稳定在开放的非活性状态[12]。基于这些背景,科学家已经研发出针对突变IDH的小分子抑制剂,这些抑制剂的作用机理主要是通过抑制mIDH来降低细胞内的D-2-HG水平,从而阻断由D-2-HG引发的致癌通路。其中mIDH1抑制剂Ivosidenib、Olutasidenib以及mIDH2抑制剂Enasidenib已经被FDA批准用于急性髓系白血病(AML)。除此之外,还有多种以突变型异柠檬酸脱氢酶为靶点的小分子抑制剂的研究处于临床前或临床研究。本文主要讨论了突变的异柠檬酸脱氢酶抑制剂目前临床的研究进展(图1),为开展突变型异柠檬酸脱氢酶抑制剂研究工作提供参考,以促进癌症治疗的发展。

图1 突变型异柠檬酸脱氢酶抑制剂

1 突变型异柠檬酸脱氢酶1抑制剂

1.1 Ivosidenib(AG-120)

Ivosidenib(AG-120)由Agios公司开发,是一种具有高选择性和高活性的口服mIDH1抑制剂。Agios公司发现了Ivosidenib具有良好的酶和细胞效能,在人肝微粒体中的良好稳定性,降低的hPXR活化,渗透性好;同时可以抑制几个IDH1-R132突变体,其效力与R132H相似,并且对IDH1同工型具有高度选择性,在微浓度下未显示对IDH2(WT或突变体)同工型的抑制作用[13]。此外,Ivosidenib在肿瘤模型中表现出明显的D-2-HG降低,并且能够诱导原发性患者AML离体细胞体外分化。因此,Ivosidenib成为首个被FDA批准上市,用于治疗复发或难治性IDH1突变的急性髓细胞白血病(AML)的mIDH1抑制剂。目前发现,在接受Ivosidenib 治疗的R/R-AML患者中,总缓解率(ORRs)为41.6%,完全缓解率(CR)为21.6%,中位总生存期(mOS)为8.8个月[14]。

1.2 Olutasidenib(FT-2102)

Olutasidenib(FT-2102)是一种突变型异柠檬酸脱氢酶-1(mIDH1)抑制剂,由Rigel制药公司开发,用于治疗复发或难治性(R/R)急性髓系白血病(AML)。Olutasidenib最近在美国被批准用于治疗美国食品和药物管理局批准的检测中检测到的具有易感IDH1突变的R/R AML患者。Olutasidenib的X射线结构证实了其结合模式,揭示了右侧区域中的吡啶酮在其羰基的主链NH之间与残基Ile128获得了额外的氢键相互作用。Olutasidenib能有效抑制了多个IDH1-R132突变体(R132H、R132C、R132G、R132L)产生的2-HG,这表明FT-2102对大多数IDH1-R132突变体表达的肿瘤有效。FT-2102对IDH1亚型具有高度选择性,对野生型IDH1(> 20 μmol/L)和IDH2突变体(R172K和R140Q:均> 20 μmol/L)没有明显的抑制作用[15]。最近,研究Olutasidenib单独使用或联合阿扎胞苷治疗IDH1突变的急性髓系白血病和骨髓增生异常综合征的安全性、药代动力学、药效学的临床试验(NTP02719574)结果已经公布,临床结果显示单药治疗的中位随访时间为3.1个月,联合治疗的中位随访时间为4.2个月。剂量递增队列中未报告剂量限制性毒性,根据安全性、药代动力学和药效学以及临床活性,每天两次,20 mg认为是推荐的3期剂量。此外,对于复发或难治性急性髓系白血病患者,接受单药治疗的26%和接受联合治疗的95%有总体缓解。

1.3 LY3410738

LY3410738是一种共价抑制剂,被认为是“第二代”mIDH1抑制剂,这不仅是因为它的共价作用模式,而且它对mIDH第二位点突变的效力。2017年,礼来公司报道的含有嘧啶并噁嗪酮结构的代表性化合物LY3410738对IDH1-R132H、IDH1-R132C的IC50值分别为29.1和26.6 nmol/L,并且对WT-IDH1、WT-IDH2、IDH2-R140Q以及IDH2-R172K表现出优异的选择性。研究表明在携带IDH1-R132C和IDH1-R132H的无胸腺裸鼠中,LY3410738可以剂量依赖性抑制D-2-HG的产生[16]。目前,评估口服 LY3410738治疗IDH1或IDH2突变的晚期血液系统恶性肿瘤与晚期实体瘤患者的安全性,耐受性的两项I期临床试验正在进行(NCT04521686、NCT04603001)。

1.4 BAY-1436032

BAY-1436032是一种mIDH1口服药物通过变构抑制机制起作用,由拜耳公司开发的一种苯并咪唑-2-胺类化合物,具有良好的脑通透性,可通过降低D-2-HG水平,诱导骨髓分化,从而延长IDH1突变AML患者源性异种移植(PDX)模型的生存期。2019年拜耳公司完成了BAY-1436032在AML治疗方面的I期临床试验(NCT03127735),并确定了其用于口服治疗mIDH1-R132X晚期急性髓细胞白血病(AML)的最大耐受剂量MTD(Maximum Tolerated Dose)和II期临床推荐剂量RP2D(Recommended Phase II Dose)[17]。与此同时,其类似的针对晚期实体瘤患者的I期临床试验仍在进行中(NCT02746081)。

1.5 DS-1001b

DS-1001b是由Daiichi Sankyo公司发现的一种有效的口服mIDH1抑制剂,具有高水平的血脑屏障渗透性,该药物对IDH1-R132G、IDH1-R132L和IDH1-R132S的药效较低(在体外细胞实验中,对IDH1-R132H和IDH1-R132C的一半最大抑制浓度为～200 nmol/L,而～30 nmol/L,对IDH2变体无抑制,并能有效抑制IDH1-R132H和IDH1-R132C产生D-2-HG[18]。已经进入临床I期试验(NCT03030066),以评估其在具有IDH1-R132突变的神经胶质瘤患者的安全性、耐受性、药效学、抗肿瘤活性和DS-1001b的最大耐受剂量。此外,临床II期试验正在进行DS-1001b在未经化疗和放疗的IDH1突变WHO II级胶质瘤患者中的研究(NCT04458272)。

1.6 IDH305

IDH305是一种IDH1突变型的口服抑制剂,具有良好的溶解性、清除动力学和抑制效力,对IDH1-R132H的IC50为79 nmol/L,可抑制多种异种移植模型中D-2-HG的产生。在临床前模型中,IDH305能以剂量依赖性抑制D-2-HG产生[19]。目前临床I期试验(NCT02381886)正在评估IDH305在携带IDH1R132突变的晚期恶性肿瘤患者中的研究。

2 突变型异柠檬酸脱氢酶2抑制剂

2.1 Enasidenib(AG-221)

Enasidenib是一种口服的、选择性的、有效的突变IDH2抑制剂,能够降低AML体外和体内模型中D-2-HG水平,逆转组蛋白甲基化模式并诱导细胞分化。目前,已被FDA批准用于IDH2突变的R/R-AML患者[20]。临床试验(NCT01915498)结果显示,在接受Enasidenib 治疗的R/R-AML AML患者中,总缓解率为40.3%,中位缓解持续时间为5.8个月,中位总生存期为9.3个月,完全缓解的患者(19.3%)的总生存期为19.7个月。此外,患者对连续每日的Enasidenib治疗的耐受性良好,并在既往AML治疗失败的患者中诱导血液学反应,诱导成髓细胞分化。目前,仍有多项临床试验正在研究Enasidenib在中度和重度肝损伤受试者中的药代动力学以及在AML患者中药物相互作用研究(NCT04573582、NCT03290443、NCT03720366)。

2.2 SH1573

SH1573是一种新型的mIDH2抑制剂,对mIDH2 R140Q蛋白表现出较强的选择性抑制作用,可有效减少动物模型细胞系、血清和肿瘤中D-2-HG的产生。SH1573可以促进PDX模型中突变AML细胞系和粒细胞的分化[21]。同时,现已证实SH1573具有生物利用度高、代谢稳定性好、组织分布广等特点。此外,毒理学实验表明,SH1573对呼吸系统、心血管系统和神经系统无影响,遗传安全。目前,临床试验(NCT04806659)正在评估SH1573胶囊在治疗携带IDH2突变的晚期复发、难治性急性髓系白血病(AML)受试者方面的安全性、耐受性、PK、PD和初步疗效。

2.3 Vorasidenib(AG-881)

Vorasidenib(AG-881)是由Agios Pharmaceuticals开发的一种可口服的IDH1/2双重抑制剂,在临床上用于治疗低级别mIDH胶质瘤。突变的IDH1和IDH2的变构口袋中不同的残基氨基酸以相似的方式与AG-881产生作用,它对IDH1 R132H、IDH1 R132C、IDH1 R132G和IDH1 R132S表现出0.04～22 nmol/L的抑制活性,而对IDH2-R140Q表现出7～14 nmol/L的抑制活性,对IDH2-R172K 则表现出130 nmol/L的抑制活性[22]。此外,AG-881能透过血脑屏障并诱导骨髓系分化。由于AG-881良好的脑渗透性可使mIDH胶质瘤中D-2-HG的水平降低90%以上。AGI-881的多个I期临床试验已完成(NCT02492737、NCT02481154),AGI-881的一项III期临床试验中正在进行,用于治疗IDH1/IDH2突变的复发性II级神经胶质瘤(NCT04164901)。

3 结论

突变型异柠檬酸脱氢酶已成为重要的肿瘤治疗靶标。目前,FDA已批准靶向抑制突变型异柠檬酸脱氢酶1(mIDH1)的Ivosidenib、Olutasidenib以及靶向抑制异柠檬酸脱氢酶2(mIDH2)的Enasidenib用于治疗带有IDH突变的急性髓系白血病(AML)。除此之外,现已发现多项临床试验正在研究突变型异柠檬酸脱氢酶抑制剂与其他靶点抑制剂联合治疗,如:NCT04092179、NCT03914742和NCT03173248等临床试验。因此,未来开发与mIDH抑制剂具有协同作用的双(多)靶点药物是今后潜在的研究方向之一。