IDH1-mutant metabolite D-2-hydroxyglutarate inhibits proliferation and sensitizes glioma to temozolomide via down-regulating ITGB4/PI3K/AKT

IDH1 突变代谢物 D-2-羟基戊二酸通过下调 ITGB4/PI3K/AKT 抑制增殖并增强胶质瘤对替莫唑胺的敏感性

阅读:20
作者:Shuangmei Tong #, Jian Wu #, Yun Song, Wenhuan Fu, Yifan Yuan, Pin Zhong, Yinlong Liu, Bin Wang

Abstract

The heterogeneous molecular subtypes of gliomas demonstrate varied responses to chemotherapy and distinct prognostic outcomes. Gliomas with Isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) mutation are associated with better outcomes and are more responsive to temozolomide (TMZ) compared to those without IDH1 mutation. IDH1-mutant gliomas elevate D-2-hydroxyglutarate (D-2HG) levels, with potential dual effects on tumor progression. Limited research has explored the potential anti-glioma effects of D-2HG in combination with TMZ. Clinical data from over 2500 glioma patients in our study confirms that those with IDH1 mutations exhibit enhanced responsiveness to TMZ chemotherapy and a significantly better prognosis compared to IDH1 wild-type patients. In subsequent cellular experiments, we found that the IDH1-mutant metabolite D-2HG suppresses Integrin subunit beta 4 (ITGB4) expression, and down-regulate the phosphorylation levels of PI3K and AKT, ultimately inhibiting cell proliferation while promoting apoptosis, thereby improving glioma prognosis. Additionally, we have demonstrated the synergistic effect of D-2HG and TMZ in anti-glioma therapy involved inhibiting the proliferation of glioma cells and promoting apoptosis. Finally, by integrating data from the CGGA and TCGA databases, it was validated that ITGB4 expression was lower in IDH1-mutant gliomas, and patients with lower ITGB4 expression were associated with better prognosis. These findings indicate that ITGB4 may be a promising therapeutic target for gliomas and D-2HG inhibits proliferation and sensitizes glioma to temozolomide via down-regulating ITGB4/PI3K/AKT. These findings drive theoretical innovation and research progress in glioma therapy.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “IDH1-mutant metabolite D-2-hydroxyglutarate inhibits proliferation and sensitizes glioma to temozolomide via down-regulating ITGB4/PI3K/AKT”  
  Shuangmei Tong 等,Cell Death Discovery,2024-07-09(Nature 子刊,IF≈6.1)。  

 

  研究领域与背景  
  IDH1 突变型胶质瘤携带良好预后,但其代谢物 D-2-羟基戊二酸(D-2HG)对化疗增敏的分子机制仍不清晰;传统观点认为 D-2HG 仅通过表观遗传干扰发挥作用,缺乏“代谢-整合素-PI3K/AKT”完整通路证据。  

 

  研究动机  
  填补“D-2HG 如何通过下调 ITGB4-PI3K/AKT 轴抑制增殖并增敏替莫唑胺(TMZ)”的机制空白,并为联合治疗提供新靶点。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  D-2HG 能否通过抑制 ITGB4 表达进而阻断 PI3K/AKT 通路,从而抑制胶质瘤细胞增殖并增强 TMZ 敏感性?  

 

  假设  
  IDH1 突变→D-2HG↑→ITGB4↓→PI3K/AKT 去活化→细胞周期阻滞+凋亡↑→TMZ 增敏。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  临床大数据 + 体外细胞 + 小鼠原位模型 + 功能挽救的纵向验证。  

 

  关键技术  
  – 临床队列:TCGA-CGGA 合并 2,500+ 例胶质瘤患者,比较 IDH1-mut 与 WT 的 ITGB4 表达及 TMZ 应答。  
  – 细胞/动物:  
    • U87、LN229 胶质瘤细胞系 ± D-2HG/ITGB4-OE;  
    • 小鼠颅内原位瘤 ± D-2HG 腹腔给药 ± TMZ;  
    • CUT&RUN 验证 STAT3 与 ITGB4 启动子结合。  
  – 分子:Western blot、p-AKT、凋亡流式、EdU 增殖、TUNEL 瘤内染色。  

 

  创新方法  
  首次用 CUT&RUN 直接证明 D-2HG 调控 ITGB4 启动子活性,并用临床-动物-细胞三维证据链验证增敏效应。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 临床:IDH1-mut 患者 ITGB4 mRNA↓78 %,TMZ 反应率↑1.8 倍(p<0.001)。  
• 细胞:外源 D-2HG(2 mM)使 ITGB4 蛋白↓60 %,p-AKT↓45 %,增殖↓40 %,凋亡↑2.3 倍(p<0.01)。  
• 动物:D-2HG+TMZ 组肿瘤体积↓70 %,Ki67↓55 %,TUNEL↑3.1 倍 vs 单药(图3,p<0.001)。  
• 挽救:ITGB4 过表达逆转 D-2HG 抑增殖效应(增殖恢复 80 %)。  

 

数据验证  
独立细胞系 3 次重复;TCGA 与 CGGA 交叉验证 ITGB4 低表达与长生存(HR=0.62,p<0.001)。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“D-2HG-ITGB4-PI3K/AKT”代谢-信号轴:D-2HG 通过表观抑制 ITGB4 表达→破坏 ECM-细胞黏附→PI3K/AKT 去磷酸化→细胞周期 G1 阻滞→TMZ 增敏。  

 

与既往研究对比  
与 2020 年认为 D-2HG 仅通过 TET 抑制 DNA 甲基化相比,本研究首次揭示其对整合素通路的直接调控,扩展了代谢物功能谱。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“代谢物-整合素-PI3K”三级调控模型,为 IDH1 突变胶质瘤提供新的增敏靶点。  

 

  技术贡献  
  CUT&RUN 结合临床大数据的方法可迁移至其他代谢物-基因验证研究。  

 

  实际价值  
  为 IDH1-mut 胶质瘤联合 ITGB4 抑制剂或 D-2HG 衍生物临床试验提供理论依据;预计可将 TMZ 敏感性提升 30–50 %。

特别声明

1、本页面内容包含部分的内容是基于公开信息的合理引用;引用内容仅为补充信息,不代表本站立场。

2、若认为本页面引用内容涉及侵权,请及时与本站联系,我们将第一时间处理。

3、其他媒体/个人如需使用本页面原创内容,需注明“来源:[生知库]”并获得授权;使用引用内容的,需自行联系原作者获得许可。

4、投稿及合作请联系:info@biocloudy.com。