异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）是一种关键的代谢酶，参与细胞的柠檬酸循环。多种癌症中发现了IDH1的突变，包括肝内胆管癌和脑胶质瘤等。IDH1的突变形式（mIDH1）具有新的功能，能够产生异常代谢产物（R）-2-羟基戊二酸（R-2HG）。R-2HG作为一种肿瘤代谢物，其在细胞内的积累可以干扰多种酶的功能，改变细胞的表观遗传和代谢状态，进而促进肿瘤的发生发展。近年来，针对mIDH1的多种抑制剂已被成功开发并应用于临床治疗，取得了显著疗效，但具体作用机制尚未完全明确。

2024年7月，发表在Science上的一项题为“Mutant IDH1 inhibition induces dsDNA sensing to activate tumor immunity”的研究揭示了突变IDH1抑制剂抗癌的“真相”。来自麻省总医院/哈佛大学医学院癌症研究中心的吴孟儒等研究人员发现，mIDH1通过高度甲基化特定基因，如细胞质双链DNA（dsDNA）感受器CGAS，并使其表达沉默，从而促进免疫逃逸。而mIDH1抑制剂能够恢复DNA去甲基化，激活CGAS和转座元件（TE）的表达，引发类似病毒的免疫反应，从而刺激抗肿瘤免疫。该研究中的WGBS和RNA-seq测序服务由诺禾致源提供。

文章题目：Mutant IDH1 inhibition induces dsDNA sensing to activate tumor immunity

研究物种：人

发表期刊：Science

影响因子：44.8

发表时间：2024/7/12

测序技术：WGBS、RNA-seq

研究成果

1.mIDH1抑制引发抗病毒反应和I型干扰素信号传递

在胆管癌的基因工程小鼠模型中，mIDH1抑制剂AG120能够迅速促进CD8+ T细胞浸润肿瘤，并使肿瘤细胞增殖呈现梯度下降。RNA测序结果显示，AG120处理后，肿瘤细胞的转录组发生显著变化，I型和II型干扰素通路相关基因以及抗原加工呈递和病毒过程调节相关基因显著富集，而细胞周期相关基因集则被下调。体外实验表明，AG120处理ICC细胞系引发的转录变化与体内观察到的现象一致（II型干扰素反应除外），I型干扰素特征及相关炎症和病毒反应特征被显著诱导，表明AG120可通过细胞自主免疫刺激信号招募CD8+ T细胞。

mIDH1细胞对单独的γ干扰素处理反应较弱，但AG120与γ干扰素联合处理时表现出协同作用，显著上调抗病毒反应介导因子Ifnb1和促进T细胞、NK细胞募集的Cxcl10，同时强烈激活抗病毒基因。进一步比较γ干扰素和AG120对I型干扰素通路的影响发现，γ干扰素主要刺激抗原呈递基因，而AG120则优先诱导病毒反应基因。AG120能够通过肿瘤细胞内在机制促进免疫刺激基因的表达，并恢复对γ干扰素的敏感性。联合处理能够激活肿瘤细胞内源性的I型干扰素产生，从而增强抗肿瘤免疫反应。

图1 在ICC模型中，mIDH1抑制诱导细胞自主I型IFN反应

2.mIDH1抑制诱导内源性逆转录病毒转录

AG120处理并未引发DNA损伤或线粒体DNA泄漏，但显著改变了内源性逆转录病毒（ERVs）的表达，尤其是ERV1和ERVK家族的特定亚家族，而对其他转座元件（如LINE、SINE和DNA转座子）的影响较小。全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）显示，AG120处理导致mIDH1胆管癌（ICC）细胞中全局DNA甲基化的显著降低，且低甲基化区域主要集中在转座元件（TEs）上。此外，体外和体内实验均表明，TET2在AG120诱导的ERVs表达上调中发挥关键作用。TET2基因敲除（KO）可完全消除AG120对特定ERVs的诱导作用，并显著减弱I型干扰素信号通路的激活。这些结果揭示了mIDH1抑制通过TET2介导的DNA去甲基化激活ERVs的机制，并强调了这种激活在mIDH1 ICC细胞中的特异性。

图2 抑制mIDH1通过表观遗传学方式激活特定的ERV类群

3.ERV编码的RT激活双链DNA-cGAS-STING信号传递推动mIDH 1抑制剂功效

研究发现，ERVs通过双向转录产生双链RNA（dsRNA）和通过逆转录产生双链DNA（dsDNA），这些核酸被细胞质中的不同感应器（如MDA5/RIG-I/MAVS和cGAS/STING通路）检测到。通过基因敲除（KO）实验，发现cGAS在AG120的抗肿瘤效果中起关键作用，而MAVS影响不显著。进一步研究发现，ERV衍生的逆转录酶（RT）产生的dsDNA是激活cGAS的关键因素。通过敲除特定ERV家族（如RLTR4-int/MuLV-int和IAPEz-int）中的RT基因，证实了这些RT酶在dsDNA产生中的重要性。在体内实验中，RT基因敲除消除了AG120的抗肿瘤效果，表明ERV衍生的RT在mIDH1抑制剂治疗中通过cGAS通路发挥重要作用。

图3 mIDH1诱导cGAS-STING信号通路和T细胞免疫依赖于ERV编码的RT

4.cGAS在mIDH1肿瘤中被表观遗传沉默

mIDH1突变的肿瘤细胞中cGAS蛋白表达显著降低，而AG120处理能够重新激活cGAS和STING的表达，并诱导下游信号传导。这种激活与DNA去甲基化相关，特别是cGAS启动子的去甲基化。此外，还发现AG120能够上调内源性逆转录病毒（ERV）的表达，这些ERV通过产生双链DNA（dsDNA）进一步激活cGAS-STING通路。这些效应不仅在胆管癌模型中观察到，也在胶质瘤模型中得到验证。这些免疫调节作用并非AG120所特有，其他mIDH1抑制剂如IDH-305和AG881也能产生类似效果。

图4 在小鼠ICC和胶质瘤模型中，mIDH1驱动cGAS表观遗传沉默

5.mIDH1导致人ICC和神经胶质瘤中cGAS沉默

通过分析多个数据库（包括TCGA、Fu-iCCA和ICGC）中的RNA-seq数据，发现mIDH1突变的胆管癌（ICC）和胶质瘤患者样本中cGAS基因显著下调，并且其启动子区域高度甲基化。这种cGAS沉默现象在多种实体瘤（如ICC、胶质瘤、黑色素瘤和前列腺癌）中普遍存在，但在急性髓系白血病（AML）中未观察到。此外，研究还发现mIDH1抑制剂AG120能够诱导这些肿瘤细胞中cGAS和STING基因的去甲基化，从而恢复其表达。这些结果表明，cGAS沉默是mIDH1突变实体瘤的一个新特征，且mIDH1抑制剂可能通过逆转这种沉默来增强肿瘤的免疫原性，为癌症治疗提供了新的潜在靶点。

图5 在人ICC和胶质瘤细胞中mIDH1诱导先天免疫信号缺陷

6.mIDH1抑制在人类ICC和胶质瘤细胞中诱导病毒模拟现象

AG120单独或与IFNγ联合使用时，能够显著上调CGAS和STING的表达，并激活下游的cGAS-STING信号通路。此外，AG120和IFNγ联合处理能够协同上调I型干扰素途径、病毒反应、抗原处理/呈递以及其他炎症相关基因集。通过对接受IDH1抑制剂治疗的患者肿瘤样本进行RNA-seq分析，进一步证实了这些免疫相关基因集的上调与治疗反应的相关性。在低级别胶质瘤（LGG）患者中，肿瘤内低R-2HG水平与病毒反应特征的强烈上调相关，且关键病毒反应基因（如OAS1、OAS2、IFITM1和IFNB1）的表达显著升高。

进一步探讨了mIDH1抑制剂（如AG120）在人类ICC和胶质瘤细胞中是否能够像在小鼠模型中那样激活转座元件（TEs），并引发先天免疫信号传导。发现AG120单独或与IFNγ联合处理能够显著上调TEs的表达，特别是LTR和LINE家族成员。全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）显示，AG120处理导致TE位点的去甲基化，这种效应被IFNγ进一步增强。此外，Western blot分析显示，AG120诱导了TE衍生蛋白（如LINE-1的ORF1p）的表达，并导致细胞质dsDNA的积累。

通过CRISPR/Cas9技术建立的CGAS敲除（CGAS-KO）细胞系实验表明，mIDH1抑制诱导的I型IFN反应依赖于cGAS。此外，使用核苷RT抑制剂阿昔洛韦（AZT）处理能够阻断AG120诱导的IFNB1和CXCL10表达，这表明内源性RT活性在AG120的反应中起关键作用。进一步证实了CGAS-KO和AZT处理对AG120诱导的转录特征的抑制作用，这些特征与病毒过程、IFN信号传导以及抗原处理和呈递相关。

图6 mIDH1抑制诱导人ICC和胶质瘤细胞中dsDNA介导的病毒模拟反应

总结

总体而言，本研究揭示了一个保守的机制：mIDH1抑制剂通过恢复CGAS表达、上调STING以及解除携带功能性RT的TEs的抑制，激活先天免疫信号通路。这一发现不仅在小鼠模型中得到验证，也在人类ICC和胶质瘤细胞中得以重现，为mIDH1抑制剂的抗肿瘤机制提供了新的见解，并为未来的癌症免疫治疗提供了潜在的靶点。

参考文献：

[1] Wu, Meng-Ju et al. “Mutant IDH1 inhibition induces dsDNA sensing to activate tumor immunity.”
Science (New York, N.Y.) vol. 385,6705 (2024): eadl6173. doi:10.1126/science.adl6173