本论文《MTHFD2: a retrospective and a glance into the future》于2025年11月14日发表在《International Journal of Molecular Sciences》期刊（卷26，文章编号11025）。论文作者为Cyprus Cancer Research Institute的Costas Koufaris和University of Nicosia的Vicky Nicolaidou。这是一篇关于甲基四氢叶酸脱氢酶2（MTHFD2）的全面综述性论文。
论文主题： 本文系统回顾了自1985年MTHFD2活性在哺乳动物中被确认以来近四十年的研究进展，总结了该酶在叶酸代谢、癌症和免疫细胞代谢中的核心作用，讨论了其作为治疗靶点的潜力、当前挑战及未来研究方向。
主要观点详述：
1. MTHFD2的发现、生化特性与亚细胞定位 论文首先回顾了MTHFD2研究的初始阶段。关键论点是：MTHFD2是一种独特的线粒体、NAD+依赖性双功能酶，在增殖细胞（尤其是癌细胞和胚胎组织）中特异性高表达。支持这一观点的证据链包括：1960年Scrimgeour和Huennekens在艾氏腹水瘤细胞中发现NAD+依赖性甲烯基四氢叶酸脱氢酶活性的早期线索；1985年Mejia和Mackenzie正式确认并命名了这种主要存在于转化细胞中的酶活性，并初步将其与癌症联系起来；随后，Mackenzie团队在1986年纯化了该酶，确认其具有脱氢酶和环化水解酶双功能活性，并在1988年发现其定位于线粒体，这通过其cDNA序列中的N端线粒体定位信号得到进一步证实。这些早期工作勾勒出MTHFD2的核心生化特征：一个定位于线粒体、以NAD+（而非NADP+）为辅因子、依赖Mg2+和磷酸盐的双功能酶，催化一碳代谢中甲烯基四氢叶酸（CH2–THF）经亚甲基四氢叶酸（CH+-THF）转化为甲酰基四氢叶酸（CHO–THF）的两步反应。作者指出，其线粒体定位提示其参与了一个与胞质一碳代谢平行的、独立的线粒体一碳单元产生途径，该途径的产物甲酸盐可输出到胞质用于嘌呤和胸苷酸合成。
2. MTHFD2在癌症中的重要作用及其作为治疗靶点的潜力 论文的核心论点之一是：MTHFD2在多种癌症中普遍且显著上调，是其快速增殖所必需的，因此是一个极具前景的抗癌靶点。支持这一观点的关键证据来自Nilsson等人2014年的大规模代谢酶组学分析，该研究通过对涵盖19种癌症类型的1981个肿瘤样本分析，发现MTHFD2是肿瘤与正常组织之间表达差异最一致的代谢酶。此外，大量独立研究在不同癌症类型（如乳腺癌、急性髓系白血病、胶质母细胞瘤、肾癌等）中证实了MTHFD2的转录水平上调。功能研究表明，利用RNAi沉默MTHFD2对多种癌细胞系具有致死性。作者强调，由于MTHFD2在大多数成人正常组织中表达有限，而在癌细胞中高表达，这为其提供了一个理论上较宽的治疗窗口。文章总结了开发MTHFD2抑制剂的初步努力，包括LY345899（一种非选择性叶酸类似物）、基于三环香豆素支架开发的DS18561882（对MTHFD2选择性有所提高）、黄嘌呤衍生物（变构抑制剂）以及天然产物卡罗内酯等。这些抑制剂已在结直肠癌、胶质母细胞瘤和急性髓系白血病模型中显示出抗肿瘤活性。
3. 当前研究的复杂性与挑战：代谢补偿、旁系同源物与非经典功能 论文指出，随着研究的深入，针对MTHFD2的单一疗法面临三大挑战，构成了当前研究的核心复杂层面。 第一是代谢补偿：癌细胞展现出代谢可塑性。研究表明，当线粒体一碳代谢（通过MTHFD2）被抑制时，细胞可以通过增强胞质一碳代谢通路（依赖NADP+的MTHFD1）的流量来补偿。例如，MTHFD2敲除的小鼠成纤维细胞在培养中仍能正常生长，尽管它们成为甘氨酸营养缺陷型。这种补偿能力降低了单独靶向MTHFD2可能带来的疗效，提示在某些情况下可能需要同时靶向两条通路。 第二是旁系同源物MTHFD2L的发现：2000年代后期，Appling实验室发现了一个与MTHFD2高度同源的线粒体酶——MTHFD2L。与MTHFD2不同，MTHFD2L在多种正常成人组织中普遍表达，并能同时利用NAD+和NADP+。在癌细胞中，MTHFD2L表达水平远低于MTHFD2，且不受生长因子显著诱导。这意味着MTHFD2L可能维持基础水平的线粒体一碳代谢流量，而癌细胞则通过“同工酶转换”上调MTHFD2。由于MTHFD2与MTHFD2L高度同源，开发特异性仅靶向前者而不影响后者的药物极具挑战性，且癌细胞也可能通过上调MTHFD2L来逃避靶向治疗。 第三是MTHFD2的非经典（非代谢）功能：Nilsson团队于2015年首次报道MTHFD2也定位于细胞核。随后的研究发现，MTHFD2与RNA加工元件存在物理相互作用。更重要的是，多项独立研究表明MTHFD2参与DNA损伤修复：在小鼠干细胞中与Exo1相互作用；其酶活性失活的突变体可通过与PARP3相互作用并增强其核糖基化来促进非同源末端连接；最近研究还显示其在同源重组修复中发挥作用。这些发现表明，MTHFD2在癌细胞中的诱导上调可能不仅是为了满足代谢需求，也可能是为了增强DNA修复能力以应对复制压力。这提出了新的治疗策略可能性，即靶向其蛋白-蛋白相互作用界面而非酶活性中心。
4. MTHFD2在免疫细胞中的新兴作用 文章强调，MTHFD2不仅在癌细胞中重要，在免疫细胞（尤其是快速增殖的淋巴细胞）中也发挥着关键作用，这为其作为免疫调节靶点提供了依据。早期线索来自Mejia和Mackenzie（1985）在骨髓、胸腺和脾脏等免疫器官中检测到MTHFD2活性。Nilsson等人的研究也提示MTHFD2在活化的淋巴细胞中转录被诱导。哈佛大学Haigis实验室2016年的研究表明，一碳代谢对于CD4+ T细胞的活化和存活至关重要。Sugiura等人（2022）的研究具体阐明了MTHFD2是CD4+ T细胞中调节Th17/Treg平衡的代谢检查点，其上调会驱动促炎的Th17表型，靶向MTHFD2可在多种炎症性疾病模型中发挥保护作用。近期预印本还报告了MTHFD2在CD8+ T细胞中的关键作用。此外，在B细胞中，MTHFD2对于EB病毒感染后的B细胞扩增、生发中心B细胞的生长和抗体产生所需的核苷酸合成及氧化还原平衡也至关重要。在单核-巨噬细胞谱系中，MTHFD2被证明可通过其非代谢功能（如直接相互作用并抑制PTEN）或通过生成NADPH清除活性氧来抑制IKKα/β–NF-κB活化，从而调节巨噬细胞极化与炎症表型。这些发现表明，靶向MTHFD2不仅具有抗癌潜力，也可能为治疗自身免疫性和炎症性疾病提供一种新的、比传统抗叶酸药物（如甲氨蝶呤）更具选择性的免疫调节策略。
5. 未来展望与挑战 论文在结论部分总结了MTHFD2研究从最初发现到成为热点靶标的历程，并展望了未来方向。作者认为，当前可能正处于MTHFD2研究的“黄金时代”。在癌症治疗方面，MTHFD2在精准医学（基于其独特的肿瘤高表达模式）、联合疗法（利用其代谢和DNA修复功能与现有化疗药物协同）以及作为诊断和预后生物标志物方面均具潜力。关键步骤包括开发更高效、选择性更强的抑制剂，并阐明在何种条件下（如体内营养匮乏环境）细胞质途径无法补偿线粒体通路的抑制。在免疫调节方面，靶向MTHFD2为治疗炎症性疾病提供了新思路。然而，开发有效疗法必须解决前文所述的复杂性：癌细胞的代谢可塑性、MTHFD2L旁系同源物的潜在补偿作用，以及区分靶向其代谢功能与非代谢功能的不同策略。此外，还需仔细权衡其在癌细胞和免疫细胞中的双重作用，因为抑制免疫细胞中的MTHFD2可能对抗癌免疫产生不利影响。
论文的意义与价值： 这篇综述的价值在于对MTHFD2长达四十年的研究历史进行了系统、全面的梳理和整合，将分散的发现（从早期生化表征到近期在癌症、免疫、DNA修复中的功能）置于一个连贯的叙事框架中。它清晰地阐述了该领域的里程碑、当前共识（如MTHFD2作为癌症靶点的合理性）以及存在的主要争议和挑战（如代谢补偿、旁系同源物、非经典功能）。通过将癌症靶向和免疫调节两大应用前景并列讨论，文章拓展了对MTHFD2生物学意义的理解，强调了其作为治疗靶点的多功能性和潜在的双刃剑效应。因此，本文不仅是对过往研究的总结，更是为未来基础研究和转化医学探索（如抑制剂开发、联合治疗策略、生物标志物应用）提供了重要的路线图和思考框架。