急性髓细胞白血病分子遗传学研究进展

杜秀敏

（济南军区总医院，济南 250031）

急性髓细胞白血病（AML）是多能干细胞或已经轻度分化的前体细胞核型发生突变所形成的一类疾病。染色体核型异常，尤其是染色体易位是其典型的细胞遗传学特征。染色体易位所涉及的AML分子改变一方面通过修饰生长因子受体的信号通路组分改变造血祖细胞的转录调控过程;另一方面通过信号传导分子的活化突变产生部分正常骨髓细胞分化所必需的转录因子活性与功能的改变。这两类分子事件是互相依赖的，可能为临床治疗提供新的靶标。本文结合文献对以上两个方面作一综述。

1 AML的细胞遗传学特征

细胞遗传学分析发现，具有染色体异常的AML约占52%，其表现为平衡易位［如 t（8;21），t（15;17）和 inv16 AML］、不平衡易位（如 5q-，7q-，-5，-7和复杂核型AML）;而在无染色体核型异常中可存在明显的分子异常，如FMS相关的酪氨酸激酶3（Flt3）、C/EBPα或干细胞因子受体（C-KIT）基因突变等［1］。临床研究发现，细胞遗传学亚型的改变与临床预后高度相关。具有平衡易位的AML预后较好，患者可长期生存，其潜在治愈率为60% ～80%;具有非平衡易位的AML预后较差，仅10% ～15%可长期生存;无细胞遗传学异常的AML预后介于前两者之间，其长期存活率为25% ～30%［1］。

1.1 染色体平衡易位的AML 研究表明，平衡易位导致转录因子的表达失调是AML的主要发病原因。如在急性早幼粒细胞白血病（APL）中，PML基因与RAR-α基因融合，招募共抑制子结合到DNA链上，破坏DNA的转录。用全反式维甲酸处理可以逆转这一过程，恢复维甲酸启动子的转录活性，使白血病细胞向粒系分化［2］。因而APL成为基础研究推动临床治疗的最显著例子。另一平衡易位的AML是具有t（8;21）和inv16的AML。在具t（8;21）易位的AML中，产生AML1/ETO融合蛋白，导致粒系和粒单细胞系发育的关键调控子C/EBP-α和PU.1的失调［3］。这两种转录因子的失调阻断造血祖细胞的分化，继而AML1/ETO通过JNK1/C-jun通路产生增殖激活［4］。

1.2 染色体不平衡易位的AML 目前，关于染色体不平衡易位的AML生物学特征知之甚少。对此类AML染色体核型改变的总体回顾发现，染色体全部或部分丢失占优势，尤其是5、7和17号染色体，而经常增多的是8号染色体［5］。染色体平衡易位AML出现的频率随患者年龄的增加而增加，且分布于所有年龄组;而染色体不平衡易位的AML患者很少发生于40岁以下，且随着患者年龄增加，其出现的频率也急剧增加。表明染色体不平衡易位的AML可能发生于早期的多能造血干细胞，是以丢失部分基因导致细胞周期调控、DNA修复及细胞凋亡的改变为特征的;而染色体平衡易位AML可能发生于发育得较为成熟的祖细胞期，伴随着转录因子的表达失调，造成分化的阻断。

2 AML的分子遗传改变

关于转录和信号传导在AML分子病理中的机制比较复杂，目前尚未完全明确。染色体平衡易位是其典型特征，它包含转录因子的改变及融合蛋白的形成。在AML发生过程中，祖细胞不仅丢失了分化能力，还逃脱了细胞增殖及存活的调控。

2.1 信号传导的改变 AML是以非成熟的祖细胞克隆性生长为特征。细胞增殖加速、凋亡受抑制及分化受阻是这一病理事件的核心，而生长因子受体信号通路的改变在这一病理事件中具有关键作用。研究发现，约50%初发AML患者骨髓细胞中可见信号传导分子的改变及异常，最常见的是受体酪氨酸激酶（RTK）家族中 Flt3、N-Ras、K-Ras和 KIT的激活。这些突变的激活与转换能力已在体外实验的骨髓细胞及小鼠细胞中得到证实，并与疾病的某些亚型相关。

2.1.1 AML中Flt3-ITD及其异常信号传导 Flt3是RTKs家族Ⅲ中的一员，与家族中其他分子（如血小板生长因子、巨噬细胞集落刺激因子受体及CKIT）高度同源。编码 Flt3的基因位于染色体13q12，Flt3在早期的多能祖细胞中表达，而非原始干细胞。Flt3突变约见于30%的AML患者，且与不良预后有关［6］。研究表明，Flt3基因的回文序列和DNA修复机制的损伤可能导致了Flt-ITD（FLT3内部串联重复序列）突变的产生。Flt3-ITD可见于23%的AML患者，较少存在于AML的M2和M6亚型（FAB分型）中，而相对高表达于APL中。细胞遗传学研究发现，Flt3-ITD与正常核型高度相关，较少发生于 CBF（核心结合因子）白血病［7，8］。在 FAB分型M3亚型中，Flt3-ITD突变常伴有很高的白细胞计数、高比例的骨髓原始细胞和高水平的乳酸脱氢酶，这些都与预后不良有关。在儿童AML，尤其是小于10岁患者，Flt3-ITD发生较少，且预后差。在成人AML中，ITD突变随着年龄的增加而增加。表明Flt3-ITD以不同于野生型Flt3的方式激活Bcl-2家族成员，从而活化不同的抗凋亡通路［9］。Flt3-ITD可以阻断细胞分化，用选择性激酶Flt3抑制剂处理可解除此阻断。

2.1.2 C-KIT突变 人类C-KIT是由约70 kb大小的C-KIT原癌基因编码的跨膜受体。该受体由976个氨基酸组成，分膜外区、跨膜区和胞浆区3部分，属Ⅲ型酪氨酸激酶受体家族，其配体为干细胞因子（SCF）。C-KIT/SCF系统参与调节造血干/祖细胞的增殖分化及细胞凋亡等多个复杂的生物过程。Gare等在110例CBF-AML患者发现有KIT突变，8号外显子突变占inv16患者的24%，而在t（8;21）患者中仅占2%。尽管C-KIT 8号外显子突变激活的本质尚未揭示，但酪氨酸激酶受体的突变并不是均匀分布于不同类型的AML中，其与相伴随的转录因子的分子改变是相互依赖和高度特异的。

2.1.3 Ras突变 自1984年在AML患者中首次发现N-Ras突变后，关于Ras蛋白前两个外显子的突变已有较多报道，如N-Ras 12、13、61号密码子的突变，偶发于K-Ras，极少发生于H-Ras。近期一项研究发现，N-Ras和K-Ras突变分别占AML患者的9.7%、2.9%，而且伴 Ras突变的 AML患者在初诊时WBC计数显著升高，Ras突变在M4或M5（FAB分型）中的出现频率远高于其他亚型，且极少与Flt3-ITD突变共存［10］。对骨髓增生异常综合征（MDS）患者进行Ras突变分析发现，具有N-Ras突变的患者易发展成AML，说明Ras突变是MDS病情发展的重要因素。Ras的致癌形式可通过p53途径抑制原始细胞的增殖。

2.2 转录因子的改变 在初发AML患者中，50%可见染色体断裂产生的融合基因。AML特异的染色体易位与突变的靶基因是一些转录因子，可导致AML细胞的分化阻断。转录因子的DNA结合域是一个转录激活子，可与无关蛋白融合引起转录水平的抑制。这些突变不仅影响了骨髓细胞的分化，而且通过影响细胞周期与凋亡机制中关键分子的表达或其功能的饰变参与细胞的增殖与存活。

2.2.1 CBF白血病与 AML1-ETO 约在 25%的AML患者中可见CBF复合体被t（8;21）、inv16和t（16;16）易位所打断。CBF由两个亚基组成:AML1，21q22编码;CBFβ，16q22 编码。AML1 具有结合DNA的能力，可以充当转录激活子。AML1和CBFβ是维持正常血细胞发育所必需的。最常见的AML易位是t（8;21），在成人中占10% ～15%，它导致AML1的C末端被转录抑制子ETO所取代，产生融合蛋白AML1-ETO，ETO能够结合一些共抑制子（NcoR，SMRT）和组蛋白脱乙酰化酶。组蛋白脱乙酰化酶可引起DNA构象的变化，使得转录不易进行，从而导致AML1靶基因的转录抑制及细胞分化的阻断。

靶基因分析表明，AML1诱导而AML1-ETO抑制基因是中性粒细胞和巨噬细胞集落刺激因子，如IL-3和NP3。AML1-ETO还影响其他转录因子（如C/EBPα和转录因子激活蛋白-1等）的表达和功能。C/EBPα是一个重要的中性粒细胞分化因子，AML1-ETO可下调其表达水平，从而抑制其功能。研究表明，C/EBPα单一等位基因的突变见于MDS来源的 AML，而双等位基因的突变见于原发AML［11］。c-Kit联合 AML1-ETO 突变可以诱导小鼠形成 AML［12］。研究表明，AML1-ETO 可直接抑制p14的表达，p14可诱导p53依赖型的细胞增殖和分化。对不同细胞系研究发现，AML1-ETO可上调Bcl-2抑制细胞凋亡或下调Bcl-2诱导细胞凋亡。总之，AML1-ETO并不仅仅抑制造血祖细胞的分化，而且还对细胞的凋亡、增殖、自我更新及细胞特定类型的分化有重要作用。

2.2.2 APL与 PML-RARα APL占所有 AML的10%，染色体t（15;17）易位是其典型特征，约占99%。其易位导致17q12的RARα基因与PML编码序列相连，产生PML-RARα融合蛋白。其他极少发生的易位为t（11;17）（q23;q12）、t（5;17）（q35;q12）、t（17;17）（q11;q12）或 t（11;17）（q13;q12），分别产生 PLZF-RARα、NPM-RARα、NuMA-RARα 和STAT5b-RARα 融合基因［13］。

RARα是一个核激素受体，它通过募集共抑制子和组蛋白脱乙酰化酶来抑制转录。维甲酸与RARα结合后可释放共抑制子和组蛋白脱乙酰化酶，而成为转录激活子。融合蛋白PML-RARα可破坏RARα与维甲酸之间的正常反应，可能的原因是大量融合分子及其蛋白与蛋白之间相互作用的改变破坏了转录抑制子与激活子转换所必需的构象改变。高浓度的维甲酸可将PML-RARα转变为转录激活子，从而诱导APL细胞的分化。临床上应用全反式维甲酸可以诱导APL患者产生快速的分化反应。然而，对小鼠骨髓的研究发现，仅仅过表达PML-RARα不足以诱导其产生未分化的表型。只有15%～20%的小鼠移植此骨髓后产生具有未分化特征的疾病，而其他大多数小鼠只是产生骨髓增殖紊乱［14］。这表明有其他基因参与了细胞转化过程。此外，PML-RARα与FLT3-ITD突变的共表达极大地增强受体小鼠APL的外显率，尽管FLT3-ITD重组小鼠从未产生急性白血病相关疾病，再次表明两种突变之间的相互作用［15］。

2.3 混合谱系白血病基因（MLL）异常及其相关融合基因

MLL位于染色体11q23，编码一个与胚胎发育调控有关的DNA结合蛋白，具有组蛋白甲基转移酶活性，主要包括3个功能区域:转录抑制区、转录激活区和DNA结合区。MLL具有转录因子功能，在人类发育和细胞分化过程中起着重要调控作用。累及MLL基因的分子异常见于5.2%AML、22%ALL和80%以上小于24个月的小儿白血病。MLL中11q23重排的儿童5年生存率为44%［16］。MLL基因涉及60余种染色体易位，产生不同的融合蛋白，且每种融合蛋白都与特定的白血病表型相关。常见的有ALL中的MLL-AF4融合基因t（4;11）（p21;q23）、AML中的MLL-AF9融合基因t（9;11）（p22;q23）、AML及ALL的MLL-ENL融合基因t（11;19）（q23;p13）［17］。

2.4 融合基因的靶基因与Wnt信号通路 如前所述，对融合蛋白靶基因的分析为其在白血病转化中的作用提供了重要线索。近年来许多实验开始对其进行系统论证。由于其对白血病的致病机制是相似的，因而有理由相信它们可能拥有一些共同的靶基因。较单个融合蛋白的靶基因能够解释AML不同亚型而言，共同的靶基因可能编码了更多的致病相关蛋白。Park等［18］对 PML-RARα 和 PLZF-RARα共同靶基因的分析发现，其调节凋亡的基因包括肿瘤坏死因子受体Ⅱ（TNFR2）和肿瘤坏死因子α诱导蛋白基因。

对U937细胞中融合蛋白 AML1-ETO、PML-RARα和PLZF-RARα的共同靶基因分析发现，被这三种融合蛋白调节的几个基因与Wnt信号通路有关。参与Wnt信号通路的一个重要的转录调控子为盘状球蛋白，这三种融合蛋白都可以诱导其mRNA的产生，其转录活性的增强可以进一步诱导Wnt信号通路中的靶基因。在小鼠实验中，它可以增强骨髓祖细胞的自我更新与白血病发生。这些结果表明，Wnt信号通路的活化是AML中几种染色体易位的共同特征。由于Wnt信号转导通路中许多靶基因为增强细胞增殖的癌基因，因而这成为融合基因在AML发生中除阻断分化之外所扮演的另一角色。

随着基因表达谱分析和RNA干扰（RNAi）技术在这一领域的应用，基于RNAi的白血病癌基因的表达抑制具有诱人的应用前景［19］。Heidenreich等［20］用特异性靶向 siRNA可降低 40% ～80%AML1/ETO mRNA的表达，在分化诱导剂 TGF-β1和维生素D3的作用下，骨髓细胞的分化阻断可被逆转。这种抑制效果同样在伴有t（15;17）的APL细胞PML/RARa融合基因中发现。伴随对白血病发生过程中信号传导分子和转录调控子结构与功能的研究，必将推动白血病临床个性化诊断与治疗，为其靶向基因治疗提供分子依据。

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