【Blood文献速递】 CD44的代谢重编程在IDH 突变白血病中具有代谢依赖的可靶向性_细胞_实验_水平

研究背景

IDH突变在多种癌症如急性髓系白血病（AML）和胶质瘤中常见，这些突变的IDH酶催化α-酮戊二酸（α-KG）还原为致癌代谢物R-2-羟基戊二酸（R-2HG），从而影响细胞功能并促进肿瘤发生。R-2HG通过竞争性抑制α-KG依赖的双加氧酶，影响表观遗传调控、DNA损伤修复和信号传导。目前的 IDH 抑制剂治疗存在低响应率和耐药性问题。尽管R-2HG在AML中的作用已被广泛研究，但肿瘤细胞如何改变其代谢以支持高水平R-2HG生产以维持IDH突变肿瘤发展的机制仍不清楚。该研究有助于深入理解 IDH 突变型白血病的代谢机制，为开发更有效的治疗方案提供理论依据。

拟解决的关键科学问题

1. IDH突变型白血病细胞如何通过重编程代谢以维持高水平的R-2HG 生成？

2.是否存在靶向代谢依赖性来增强 IDH 抑制剂的治疗效果？

研究结果

1.IDH - mutant白血病患者中存在CD44的激活

为了探究IDH 突变型白血病细胞及患者样本中 CD44 的表达情况，验证 CD44 是否是 IDH 突变型白血病的特征性标志物，作者通过CRISPR 基因编辑技术，构建具有单等位 IDH 热点突变（包括 IDH1R132H、IDH2R140Q、IDH2R140W 和 IDH2R172K）的同源 TF-1 白血病细胞模型，对亲代及经过基因编辑的 TF-1 细胞进行转录组测序，筛选出在 IDH 突变细胞中显著上调和下调的基因。转录组测序显示，在不同 IDH 突变的 TF-1 细胞中，CD44 基因表达显著上调，且通过 qRT-PCR 和流式细胞术证实了 CD44 mRNA 和蛋白表达水平的增加。通过细胞黏附实验，发现IDH 突变型白血病细胞表现出更强的细胞黏附能力，且细胞形态发生改变，与 CD44 的上调密切相关。此外，作者还在在独立的 AML 队列中，观察到IDH 突变型患者的白血病样本中 CD44 的 mRNA 和蛋白表达水平显著高于野生型样本，表明 CD44 的上调是 IDH 突变型白血病的一个普遍特征。

2.CD44对IDH突变的白血病细胞是必需的

接下来，作者想要进一步验证CD44 在 IDH 突变型白血病细胞中的功能作用，探究其对细胞生长和存活的影响，以及对相关信号通路的调节机制。细胞增殖实验显示，与对照组相比，CD44 敲低的 IDH 突变型 TF-1 细胞生长受到显著抑制，过表达 CD44 可促进其在无 GM-CSF（粒细胞 - 巨噬细胞集落刺激因子）条件下的生长，表明 CD44 对 IDH 突变型白血病细胞的增殖至关重要。Western Blot实验显示，CD44 过表达和IDH 突变型 TF-1 细胞中均观察到 AKT 和 ERK 的磷酸化水平升高。这提示 CD44 可能通过激活 PI3K-AKT 和 MEK-ERK 信号通路，促进白血病细胞的生存和增殖。

3.CD44 的激活重塑细胞内代谢以促进 NADPH 的生成

作者利用LC-MS/MS 技术检测细胞内 R-2HG 和 NADPH 的水平，发现CD44 敲低会显著降低 R-2HG 和 NADPH 水平，这提示 CD44 可能参与了细胞代谢的调节。在此基础上，作者进一步探究 CD44 在 IDH 突变型白血病细胞中介导的代谢重编程。结果显示，与对照组相比，CD44 敲低的 IDH 突变型 TF-1 细胞中 R-2HG 和 NADPH 的水平显著下降。通过稳定同位素示踪实验发现，IDH 突变或 CD44 过表达的细胞中，葡萄糖更多地通过 PPP 转化为乳酸，而非通过糖酵解途径。这表明 CD44 通过代谢重编程，增强了 PPP 活性，同时抑制了糖酵解。

4.CD44 通过磷酸化 G6PD 和 PKM2 来调节 NADPH 水平

接下来，作者进一步研究CD44 在 IDH 突变型白血病细胞中通过磷酸化 G6PD（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）和 PKM2（丙酮酸激酶 M2）来调节 NADPH 水平的分子机制。通过免疫共沉淀实验，发现CD44 能够与 G6PD 和 PKM2 结合，这种结合通过 CD44 的细胞内结构域（ICD）介导。Western Blot实验显示，IDH 突变型白血病细胞中，G6PD 的 Tyr-401 和 PKM2 的 Tyr-105 磷酸化水平升高。在IDH 突变的细胞中过表达CD44进一步增强了这种磷酸化，而 CD44 敲低则降低了 G6PD 的活性并增加了 PKM2 的活性。此外，酶活性实验显示，CD44 敲低的细胞中 G6PD 活性降低，而 PKM2 活性升高。这进一步证实了 CD44 通过调节关键代谢酶的活性，促进 NADPH 的生成，并抑制糖酵解途径。

上述实验共同表明，CD44通过调节关键代谢酶的磷酸化状态来重塑细胞代谢的分子机制。

5.阻断CD44增强 IDH 抑制剂的抗白血病活性

在上述实验的基础上，作者评估了阻断CD44与IDH 抑制剂联合使用对 IDH 突变型白血病细胞的治疗效果，探讨其是否能增强 IDH 抑制剂的抗白血病活性，并克服耐药性。结果显示，与单一治疗相比，IDH 抑制剂与 CD44 阻断抗体（RG7356）联合使用显著增强了对 IDH 突变型白血病细胞的抑制作用，表现为 R-2HG 和 NADPH 水平的更显著下降，以及细胞增殖的明显抑制。而对于 IDH 抑制剂耐药的白血病细胞中，联合 CD44 阻断治疗仍然能够有效抑制白血病细胞的生长，降低 R-2HG 水平，并减少 PKM2 和 G6PD 的磷酸化，表明 CD44 阻断可能克服 IDH 抑制剂的耐药性。此外，在 IDH 突变型原代 AML 样本和IDH 突变型 TF-1 的CDX小鼠模型中，联合治疗同样表现出比单一治疗更强的抑制白血病细胞生长的能力，且显著降低了骨髓和脾脏中的白血病负荷，效果优于单一治疗。综合上述实验，进一步证实了CD44阻断剂联合治疗IDH抑制剂在临床应用中的潜力。

6.阻断CD44 介导的代谢重编程克服对 IDH 抑制的耐药性

为了模拟临床上对IDH 抑制剂产生耐药性的白血病细胞，作者在这些 IDH 突变的白血病细胞中引入了获得性耐药突变(IDH1S280F, IDH2I319M,IDH1H315D, IDH2A347T)，并通过代谢物测量，细胞增殖等实验验证了验证了这些细胞株对 IDH 抑制剂的耐药性。在对 IDH 抑制剂耐药的白血病细胞中，联合使用 CD44 阻断抗体（RG7356）能够显著降低 R-2HG 和 NADPH 水平，抑制细胞生长，表明 CD44 阻断可以克服 IDH 抑制剂的耐药性。在耐药IDH突变CDX白血病小鼠模型中，联合治疗显著降低了骨髓和脾脏中的白血病负担，效果优于单一治疗。

7.CD44 介导的代谢重塑是 IDH 突变型白血病的具有代谢依赖的可靶向性

最后，作者研究了CD44 介导的代谢重塑是否可以作为 IDH 突变型白血病的治疗靶点，评估联合使用 IDH 抑制剂和 CD44 阻断剂在患者来源的白血病细胞中的治疗效果，并探讨其潜在的临床应用价值。结果显示，在所有测试的 IDH 突变型 AML 患者来源的白血病细胞样本中，联合使用 IDH 抑制剂和 CD44 阻断抗体（RG7356）显著降低了PDX小鼠外周血、骨髓和脾脏中的白血病负担，效果优于单一治疗。对于表现出对 IDH 抑制剂耐药的白血病样本（如 HMTB1214 和 HMTB2410），CD44 阻断仍然能够有效抑制白血病细胞的生长，降低 R-2HG 水平，并减少 PKM2 和 G6PD 的磷酸化。上述实验结果表明，CD44 介导的代谢重塑是 IDH 突变型白血病的具有代谢依赖的可靶向性，通过阻断 CD44 介导的代谢重塑可以增强 IDH 抑制剂的抗白血病活性，并克服耐药性。这一发现为 IDH 突变型白血病的临床治疗提供了新的潜在治疗策略。

结论

总结全文，作者使用CRISPR 基因编辑技术构建了具有 IDH 突变的同源白血病细胞模型，通过转录组分析、代谢物测量、稳定同位素示踪、酶活性测定、细胞增殖检测和动物模型实验等方法来研究 CD44 在 IDH 突变型白血病中的作用。研究揭示了CD44通过激活磷酸戊糖途径（PPP）和抑制糖酵解来确保高效的NADPH生成，从而支持突变IDH催化的R-2HG生成。基于此发现，将IDH抑制与CD44阻断相结合可增强对IDH突变白血病细胞的杀伤作用，且对于IDH抑制剂产生耐药性的白血病细胞中，CD44阻断也能减少R-2HG和NADPH水平，抑制耐药白血病细胞的生长。因此针对CD44 介导的代谢重塑进行干预，可能成为治疗 IDH 突变型癌症的一个潜在靶点。

原文：

供稿：赵璧环

编辑：黄乐富 王国蓉 杨光忠

审核：主鸿鹄

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【科室简介】首都医科大学附属北京朝阳医院血液科是国内知名的血液病中心、国家血液系统疾病临床医学研究中心北京分中心、北京多发性骨髓瘤医疗研究中心。科室人才梯队配置合理，其中教授／主任医师10人，副教授／副主任医师9名，医生38人，90%以上取得博士学位。主鸿鹄教授担任科主任。

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