【佳学基因检测】富马酸水合酶缺陷型肾细胞癌的靶向药物治疗靶点及其基因检测

关键词：富马酸,水合酶，缺陷型,靶向药物,二甲双胍,血红素,精氨酸剥夺

根据《人体结构与功能的基因编码序列》，FH物质的国际代码为EC 4.2.1.2，参与线粒体TCA循环，该循环通过氧化磷酸化（OXPHOS），产生ATP，从而人体及人体细胞提供能量生产。FH在人体内负责催化富马酸转化为L-苹果酸。富马酸盐本身是琥珀酸脱氢酶氧化琥珀酸盐的产物。TCA循环由乙酰辅酶A提供燃料，在该途径的第一步，乙酰辅酶a与草酰乙酸缩合形成柠檬酸盐。为了保持TCA循环，乙酰辅酶A必须通过丙酮酸的氧化脱羧、长链脂肪酸的氧化或某些氨基酸的氧化降解持续生成。当葡萄糖水平较低或TCA循环中间产物被转用于生物合成目的时，细胞使用谷氨酰化来维持TCA循环。在此途径中，谷氨酰胺酶分解谷氨酰胺形成谷氨酸，谷氨酸进一步转化为α-酮戊二酸（α-KG）。值得注意的是，即使在含FH的细胞中，补充TCA循环中的谷氨酰胺也会导致富马酸盐积累。肾细胞癌的致癌基因解码研究探讨了FH缺陷的永生化肾细胞在TCA循环功能缺乏的情况下细胞存活的机制。通过结合气相色谱-质谱（GC-MS）、液相色谱-MS（LC-MS）和代谢的计算机模型，肾脏细胞癌发现FH缺陷细胞使用谷氨酰胺生存，富马酸盐的积累主要来自谷氨酰胺。

在复性途径中，FH缺陷细胞使用累积的TCA循环中间体琥珀酸盐通过琥珀酰辅酶a启动卟啉生物合成。然而，产生的血红素，即铁原卟啉IX，立即被血红素加氧酶（HMOX）和其他酶再次降解。这种伴随血红素生物合成和降解的明显无效循环，使FH缺陷细胞至少能够产生至少一些线粒体NADH。HMOX抑制剂锌原卟啉或HMOX沉默损害FH缺陷细胞生长和集落形成。同样，使用血红素抑制血红素生物合成（血红素是一种经批准的用于急性卟啉症的药物），减少了FH缺陷细胞的集落形成，这表明缺乏FH的细胞严重依赖于这种不寻常的途径，泌尿科肿瘤 的基因解码表明血红素生物合和降解途径可能是治疗富马酸水合酶缺陷型肾细胞癌FHdRCC的有吸引力的靶点。另一种增加富马酸盐细胞水平的途径是尿素循环，它将有毒氨转化为尿素，用于随后的排泄。氨主要在氨基酸分解代谢过程中积累。当精氨琥珀酸盐转化为精氨酸时，富马酸盐在循环的第4步产生。有趣的是，FH缺陷细胞逆转了这一步骤，并使用富马酸盐和精氨酸形成精氨琥珀酸盐。这一代谢步骤的逆转似乎至关重要，因为精氨酸缺失会损害FH缺陷细胞的增殖和存活。因此，对于基因检测明确由FH致病基因突变引起富马酸水合酶缺陷的肿瘤类型中，采用精氨酸剥夺或靶向精氨琥珀酸合成酶的药物治疗对这种特殊的肾细胞癌亚型应该是有益的。

基于结构与功能分析确定基因检测的基因列表，并对基因检测结果进行密码破解的基因解码认为缺乏FH会改变富马酸水合酶缺陷型肾细胞癌FHdRCC中的许多细胞功能。富马酸盐及其直接前体琥珀酸盐可通过竞争性抑制α-酮戊二酸（α-KG）依赖性双加氧酶（也包括脯氨酰羟化酶）作为肿瘤代谢物。抑制蛋白脯氨酰羟基化可减缓HIF（21）的降解，而HIF的稳定又通过促血管生成基因（包括血管内皮生长因子（VEGF））的转录激活促进肿瘤的发生。HIF还激活有助于Warburg效应的糖酵解基因，这是一种在常氧条件下向有氧糖酵分解的代谢转变。除了脯氨酰羟化酶外，富马酸和琥珀酸还抑制其他α-KG依赖性双氧酶。例如，富马酸盐和琥珀酸盐的积累通过耗尽α-KG抑制组蛋白和DNA去甲基化酶，导致全基因组表观遗传修饰，进一步促进肿瘤的发生。通过积累富马酸盐抑制α-KG的机制仍需要通过基因解码进一步明确，迄今为止的代谢过程基因解码将其称为竞争抑制过程。例如，组蛋白去甲基化过程受到抑制，导致组蛋白H3K9和H3K27的高甲基化。因此，肿瘤抑制基因和分化基因的转录受到抑制，从而导致细胞去分化、肿瘤进一步发展并产生耐药性。肿瘤靶向药物治疗基因解码基因检测研究协团队对843例肾细胞癌的TCGA泛肾癌分析证实了每个肾细胞癌亚型的独特特征。富马酸水合酶缺陷型肾细胞癌FHdRCC的特征是CpG岛甲基化表型、DNA超甲基化/CDKN2A改变和选择性免疫基因特征的特征性免疫分子标记表达增加，包括Th2基因特征（类似于ccRCC）。具体而言，所有肾细胞癌RCC亚型的不良预后与WNT通路调节基因（SFRP1和DKK1）的高甲基化有关，这表明基因检测SFRP1与DKK1的高甲基化可作为肾细胞癌RCC的一个很有希望的治疗效果评估标志物。这些基因解码结果可能提供了在富马酸水合酶缺陷型肾细胞癌FHdRCC患者中引入免疫检查点抑制剂、CDK4/6抑制剂和去甲基化剂的进行治疗的科学依据。

在基因检测缺乏FH的癌细胞中，富马酸盐也可以非酶方式与蛋白质的半胱氨酸残基反应，生成S-（2-琥珀酰）半胱氨酸。这种被称为半胱氨酸琥珀化的蛋白质修饰消除了Kelch样ECH相关蛋白1（KEAP1）抑制核因子（红系衍生2）样2（NRF2）的能力。尽管NRF2是抗氧化剂反应的主要调节因子，在癌症中的激活可能是有益的，但富马酸诱导的遗传性平滑肌瘤病和肾细胞癌综合征HLRCC中NRF2的稳定促进了肿瘤生长和存活。SMARCC1是肿瘤抑制SWI-SNF染色质重塑复合物的核心成员，也受琥珀酸化的影响。在透明肾细胞癌ccRCC中，基因检测SMARCC1通常被删除，因为它位于3号染色体上，这一区域是基因检测结果解读中的肾细胞癌RCC中潜在的肿瘤促进区。最近的一项研究使用富马酸竞争性化学蛋白质组探针与LC-MS相结合，在SMARCC1中发现了一个新的FH调节的半胱氨酸残基，该残基受到琥珀酸化作用。因此，SWI-SNF复合物形成受损，因此其肿瘤抑制活性降低。

在某些肿瘤中，基因检测表皮生长因子受体（EGFR）的激活也可诱导HIF的稳定和积累。EGFR信号可通过磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/AKT途径增加常氧条件下的HIF水平。因此，EGFR可以促进Warburg效应。与EGFR介导的HIF稳定一致，EGFR抑制剂如厄洛替尼可降低HIF靶向VEGF的表达。因此，对EGFR抑制剂的耐药性可能与肿瘤微环境中VEGF水平的增加有关。总之，这些观察结果导致了结合EGFR和VEGF（R）抑制剂的概念进行治疗的想法。然而，目前没有关于FH缺陷肿瘤中EGF信号改变的报道，支持EGFR和VEGF（R）抑制剂的联合应用。

富马酸水合酶缺陷型肾细胞癌FHdRCC向糖酵解的代谢转变已显示降低AMPK水平。AMPK是一种高度保守的代谢传感器，控制细胞对能量不足和环境压力的适应。AMPK通过激活p53和调节哺乳动物雷帕霉素靶点（mTOR）发挥代谢肿瘤抑制剂的作用。富马酸水合酶缺陷型肾细胞癌FHdRCC中AMPK的衰减促进mTOR的激活，从而促进细胞增殖所需的生物合成途径。流行病学研究表明，使用AMPK激活剂二甲双胍治疗的2型糖尿病患者的癌症发病率降低。因此，原则上，使用二甲双胍对AMPK进行药物再激活也是治疗富马酸水合酶缺陷型肾细胞癌FHdRCC的一种有前途的方法。然而，二甲双胍诱导的AMPK激活通过抑制呼吸链复合物I发生。通过抑制线粒体氧磷，ATP被耗尽，最终导致AMPK活化。考虑到FH缺乏本身会导致线粒体呼吸的强烈抑制，目前尚不清楚二甲双胍治疗是否确实有益。