人二氫乳清酸脫氫酶抑制劑的潛在用途

葉磊　冉莎　任小利　張偉　舒蕾　劉慶香

摘要：人二氫乳清酸脫氫酶（Human dihydroorotate dehydrogenase，hDHODH）是一種參與嘧啶從頭合成途徑的限速酶，迅速生長和分裂的細胞需要大量的從頭合成嘧啶來維持其增長，因此，抑制hDHODH則可抑制嘧啶的從頭合成，從而抑制細胞的快速增殖，研究表明，hDHODH可能是一個治療癌癥、移植排異、類風濕性關節炎、自身免疫性疾病、抗病毒等的潛在靶標。本文主要討論hDHODH在癌癥和抗病毒領域的潛在應用。

關鍵詞：人二氫乳清酸脫氫酶;癌癥;白血病;黑色素瘤;病毒

人二氫乳清酸脫氫酶（Human dihydroorotate dehydrogenase，hDHODH）將二氫乳清酸（Ldihydroorotate，DHO）轉化為乳清酸（orotate，ORO），是嘧啶核苷酸從頭合成途徑第四步反應的關鍵酶，抑制hDHODH則可抑制嘧啶的從頭合成，而細胞的快速增殖需要大量的從頭合成嘧啶，因此可通過抑制hDHODH來阻止細胞的快速增殖，從而達到治療癌癥、移植排異、類風濕性關節炎、自身免疫性疾病、抗病毒等的目的。

1 癌癥

hDHODH在DNA形成中的基本作用就是使它成為腫瘤化療的一個理想靶標。Brown等人[1]認為阻斷TNBC細胞嘧啶合成途徑會阻礙他們的DNA修復能力，可使化療時DNA損傷效應更敏感。事實上，他們將TNBC細胞暴露于阿霉素（一種常用的化療藥物）和來氟米特（hDHODH抑制劑）的混合物中，表明來氟米特對異種移植腫瘤有顯著的致敏作用。這些研究提供了關鍵的臨床前證據，由于化療暴露而誘導的從頭合成嘧啶適應性重編程可被利用，用以提高治療TNBC的基因毒性化療藥物的抗癌活性。

p53失活是人類腫瘤發展過程中的常見事件，盡管p53腫瘤抑制因子的許多功能影響線粒體過程，但線粒體生理改變在p53反應調節中的作用仍不清楚。Khutornenko等人已經證明，由于抑制DHODH，從頭合成嘧啶的損傷如何觸發激活，以響應電子傳遞鏈復合物III的抑制。作者發現，在人結腸癌細胞凋亡，誘導線粒體呼吸鏈復合物III抑制，可以防止補充尿苷或乳清酸。更多的實驗數據表明，RNA干擾下調DHODH可導致p53抑癌基因的積累和凋亡細胞的死亡。Lindmark等人[2]提出了一種通過施用治療有效量的HER受體抑制劑和治療有效量的hDHODH抑制劑來治療患者的方法。hDHODH在腫瘤細胞生長機制中的特殊作用近年來得到了更好的理解。研究結果表明，谷氨酰胺通量的增加產生了DHODH抑制的弱點，由于ATR激活的固有缺陷，導致PTEN缺陷細胞的合成，因此，DHODH的抑制可能是PTEN突變癌患者的一種有希望的治療方法。

Fairus等人在評估hDHODH抑制劑對敏感和非敏感乳腺癌細胞產生ATP和ROS的影響后，認為表達高水平hDHODH的細胞對hDHODH抑制劑更敏感，無論其致癌狀態如何。然而快速生長的癌細胞對hDHODH抑制劑表現出更高的敏感性，hDHODH基因低表達的癌細胞對hDHODH抑制劑具有耐藥性。Yin等人已經開發了一種測定方法，用于測量培養的HeLa細胞和成纖維細胞以及同一患者的III期胃癌和鄰近正常組織中hDHODH的活性，數據表明HeLa細胞中DHODH活性顯著高于正常成纖維細胞，惡性腫瘤組織中DHODH活性顯著高于鄰近正常組織。這一結果表明，hDHODH在癌癥中的活性不僅是細胞對高嘧啶需求的反應，而且是癌癥組織的特異性反應和特征。

1.1 白血病

盡管對急性髓細胞白血病（AML）的遺傳學和表觀遺傳學的研究取得了重大進展，但仍然需要開發更為特異和有效的治療方法。急性髓細胞白血病是一種骨髓系血細胞癌，其特征是異常白細胞迅速生長，積聚在骨髓中，干擾正常血細胞的生成。急性髓細胞白血病是影響成人的最常見的急性白血病，進展迅速，如果不治療，通常在數周或數月內就會致命。

在2016年秋季幾乎同時發布的兩個版本中，馬薩諸塞州總醫院（MGH）和哈佛干細胞研究所（HSCI）的研究人員在AML方面取得了突破性的發現，這是40年來從未出現過新的治療方法，也在hDHODH領域開辟了全新的前景。當造血干細胞和造血祖細胞不能分化為成年白細胞，而是在不成熟狀態下被冷凍時，AML就會發生。這些不成熟的細胞占據了骨髓中的空間，排擠了健康的細胞，使體內健康的血細胞數量下降變得更加困難。

為了篩選能克服急性髓系白血病骨髓細胞分化障礙的藥物，作者利用在小鼠骨髓細胞中轉導的雌激素受體（ER）HoxA9融合蛋白建立了分化模型，并將其用于33萬個小分子的數據庫進行篩選。其中12個顯示出誘導髓系分化的能力。選擇了兩個化合物進行進一步的研究，作者通過RNA測序分析了兩個細胞系（每個化合物一個）的上調基因，從而產生了對每種藥物耐藥的細胞系，并闡明了耐藥機制。只有8個基因在細胞系中共享，其中一個編碼DHODH，兩個化合物都被證實是hDHODH的抑制劑，這些結果表明hDHODH調節髓系分化。然后，作者選擇了一種更有效、更具選擇性的hDHODH抑制劑布喹那進行體內實驗。布喹那已經在其他腫瘤上進行了臨床試驗，但沒有在白血病上進行試驗，它在各種AML小鼠模型中，包括人類細胞系異種移植物、患者來源的異種移植物和同基因小鼠模型中進行試驗，結果顯著的誘導了髓系分化，延緩了疾病的發展，并減輕了白血病起始細胞的負擔。這些發現說明hDHODH具有作為AML分化的體內治療靶點的潛力，提高了利用新型hDHODH抑制劑治療AML患者的臨床試驗的可能性。阿斯蘭制藥公司（ASLAN）是一家專注于開發針對亞洲常見腫瘤類型的免疫療法和靶向藥物的生物技術公司，于2017年3月2日宣布與新加坡癌癥科學研究所（CSI）和國立大學癌癥研究所開展研發合作，新加坡（NCIS）研究ASLAN003抗急性髓細胞白血病（AML）的潛力，ASLAN003被認為是同類中最好的口服活性小分子hDHODH抑制劑。該化合物已完成I期試驗，并已證明具有良好的藥代動力學和耐受性。

1.2 黑色素瘤

黑色素瘤是黑素細胞的惡性腫瘤。原發性黑色素瘤是一種皮膚腫瘤，但在眼睛的黑色素細胞（葡萄膜黑色素瘤）中也可以看到，盡管不太常見。黑色素瘤是一種罕見的皮膚癌，但它是大多數皮膚癌相關死亡的基礎，盡管經過多年的實驗室和臨床研究，但黑色素瘤的治療仍然有限。BRAF存在于大多數黑色素瘤中，致癌性BRAF的突變與黑色素瘤細胞惡性生長有關。Zon等人篩選了一個含有2000種化合物的數據庫，用于抑制BRAF（V600E）中的神經嵴發育，其中一些hDHODH抑制劑如來氟米特幾乎能夠完全抑制斑馬魚的神經嵴發育。特別是在體外和體內小鼠異種移植研究中，當hDHODH抑制劑單獨使用或與BRAF癌基因抑制劑聯合使用時，觀察到黑色素瘤生長減少。

2 病毒

大多數抗病毒藥物對艾滋病、流感、皰疹、丙型肝炎和乙型肝炎感染等威脅生命的疾病具有很高的治療價值，它們抑制病毒復制所必需的特定病毒編碼酶。這種方法有幾個缺點，包括效率降低和對特定病毒的選擇性窄。病毒的生理學和致病性通常高度依賴于宿主細胞因子。病毒蛋白質和基因組通常利用宿主細胞機制產生具有高度傳染性的病毒子代，并且常常逃避和對抗宿主抗病毒免疫反應。這為靶向病毒復制和發病機制所需的宿主途徑提供了治療機會，并允許設計抗病毒藥物。

hDHODH是一個潛在的抗病毒靶點，Das等人發現了一種非常有效的先導化合物6氟2（5異丙基2甲基4苯氧基苯基）喹啉4羧酸，其抑制hDHODH的IC50為1nM，抑制VSV和WSN流感病毒復制的EC50值分別為2nM和41nM。hDHODH抑制劑還可對抗登革熱病毒和寨卡病毒，DD264和布喹那都能增強人類細胞中抗病毒基因的表達，這兩種化合物的抗病毒活性嚴格依賴于細胞基因轉錄、核輸出機制以及需要IRF1轉錄因子。

3 總結

人二氫乳清酸脫氫酶是治療自身免疫性疾病的有效靶點，包括類風濕關節炎和多發性硬化。近年來，該領域為hDHODH抑制劑的治療應用提供了新的機會，特別是在以下兩個領域：第一是發現hDHODH作為體內AML分化的治療靶點，這有可能在未來的臨床試驗中使用新的、優化的hDHODH抑制劑治療AML患者;第二是通過靶向病毒復制和發病所需的嘧啶途徑提供治療機會。

參考文獻：

[1]Brown KK，Spinelli JB，Asara JM，Toker A.Adaptive reprogramming of de novo pyrimidine synthesis is a metabolic vulnerability in triplenegative breast cancer.Cancer Discov 2017，7（4）：3919.

[2]Lindmark，B.，McHale，M.T.，Ooi L.Combination of a dihydroorotate dehydrogenase（DHODH）inhibitor and a HER receptor inhibitor for use in the treatment of cancer.WO2017037292（2017）.

基金：重慶市大學生創新創業訓練計劃項目（S202014 315013）;重慶市教育委員會科學技術研究項目（KJQN2020 04503）資助

*通訊作者：任小利（1987—），女，漢族，重慶人，碩士，講師，研究方向：新藥研發。