粒细胞集落刺激因子受体突变和髓系肿瘤发生

邢　艺，赵明峰

天津医科大学一中心临床学院　天津市第一中心医院血液科，天津 300192



·综述·

粒细胞集落刺激因子受体突变和髓系肿瘤发生

邢艺，赵明峰

天津医科大学一中心临床学院天津市第一中心医院血液科，天津 300192

摘要：粒细胞集落刺激因子(G-CSF)主要作用于中性粒细胞系造血细胞的增殖、分化和活化，其功能发挥有赖于与效应细胞表面同型二聚体受体——粒细胞集落刺激因子3受体(CSF3R)的结合。近年研究发现，CSF3R突变对疾病的发生可发挥重要作用，部分血液系统疾病，尤其是髓系肿瘤，如慢性中性粒细胞白血病等存在各种CSF3R突变，导致G-CSF转导通路发生异常，而抑制其下游通路的激酶可作为治疗上述疾病的潜在靶点。本文总结了各种CSF3R突变、作用机制及其对髓系肿瘤发生的贡献，旨在进一步探讨髓系疾病的发生机制，为其分子诊断和临床治疗提供新的方法，并为研发新型分子靶向药物提供思路。

关键词：粒细胞集落刺激因子受体；突变；髓系肿瘤；发病机制

ActaAcadMedSin，2016,38(1)：103-107

粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor，G-CSF)是由内毒素、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和γ干扰素(interferon-γ，IFN-γ)活化单核细胞和巨噬细胞产生的一种糖基化多肽链细胞生长因子，主要作用于中性粒细胞系造血细胞的增殖、分化和活化。G-CSF功能的发挥有赖于与效应细胞表面的同型二聚体受体粒细胞集落刺激因子3受体(colony-stimulating factor 3 receptor，CSF3R)的结合。近年研究表明，CSF3R的一些突变与髓系疾病的发生有关系，而G-CSF信号转导通路中一些分子抑制剂可能会对疾病治疗发挥一定作用，但其确切疗效尚需进一步研究。

CSF3R

CSF3R基因定位于1p34.3，是与G-CSF结合的跨模型受体，为Ⅰ型细胞因子受体超级家族成员，在粒细胞的增殖和分化中发挥重要作用[1]。CSF3R是一种高亲和力受体，分布于粒系定向造血祖细胞，中性粒细胞，内皮细胞，髓系白血病细胞，部分幼稚淋巴细胞，血小板，T、B淋巴细胞及某些非造血细胞。CSF3R由813个氨基酸组成的单一跨膜区的多肽链分子组成，包括胞外区、跨膜区及胞浆内区，其胞浆内区与细胞增殖有关，胞外区与细胞分化或者增殖调控有关。

信号转导G-CSF本身没有内在酪氨酸激酶活性，但是当G-CSF与CSF3R结合后，G-CSF的构象就会发生变化，受体链寡聚化引起胞浆区4个酪氨酸残基迅速磷酸化，刺激下游多个酪氨酸激酶与其胞质区结合[2]。一般认为Janus激酶(Janus kinase，JAK)-信号传导及转录激活因子(signal transducers and activators of transcription，STAT)途径是G-CSF信号传递的主要途径。当G-CSF与CSF3R结合后，JAK家族蛋白的酪氨酸发生磷酸化，活化的JAK能够使CSF3R胞内段的酪氨酸残基磷酸化，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位点”(docking site)，STAT家族蛋白被招募到“停泊位点”，JAK催化STAT蛋白发生磷酸化后进入细胞核，与目的基因的启动区结合，启动效应蛋白的表达。JAK/STAT通路包括JAK1、JAK2、TYK2、STAT1、STAT3和STAT5。此外，还包括其他途径，如磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B(phosphatidyl inositol 3 kinase-protein kinase B，PI3K-PKB)途径[3]和小鼠肉瘤蛋白-丝裂原活化蛋白激酶(rat sarcoma-mitogen-activated protein kinase，RAS-MAPK)途径[4]，二者参与了G-CSF介导的细胞维持和增殖作用。G-CSF的信号通路受多个分子的严格调控，其中包括细胞因子信号转导抑制因子(suppressor of cytokine signaling，SOCS)家族的成员，特别是SOCS3和SH2区域蛋白(cytokine inducible SH2-containing protein，CISH)，还有酪氨酸磷酸化酶(SH2-containing inositol phosphatase，SHP)- 1和SHP- 2[2]。

CSF3R突变正常情况下，CSF3R与G-CSF结合，促进髓系前体细胞的生长和维持，使髓细胞最终分化成粒细胞。CSF3/CSF3R通路可通过激活LYN酪氨酸激酶影响下游的JAK/STAT信号通路和类固体受体辅激活因子(steroid receptor coactivator，SRC)家族。基因编码的CSF3R有多种突变，目前已知CSF3R 的突变至少涉及18 种以上，不同的突变模式与不同疾病的发生相关[5]。CSF3R突变一般可分为两种：(1)无义或者框移突变，可使受体的胞质尾过早截短，又称为截短型突变，如Q741X和S783fs；(2)受体胞外区的点突变，近跨膜区突变，如T615A和T618I突变[6]。此外，Liongue等[2]将与髓系恶性肿瘤有关的CSF3R突变分为致残细胞外突变、活化跨膜突变、高反应性细胞内阻断、剪切变异体缺陷、致病的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)5类。

人们发现CSF3R 的突变与许多疾病相关，绝大部分与髓系系统疾病相关，最常见的是严重先天性中性粒细胞减少症(severe congenital neutropenia，SCN)[7]，此外还有急性髓细胞白血病(acute myeloid leukemia，AML)、慢性中性粒细胞白血病(chronic neutrophilic leukemia，CNL)、非典型慢性髓细胞白血病(atypical chronic myeloid leukemia，aCML)、慢性粒单核细胞白血病(chronic myelomonocytic leukemia，CMML)和骨髓增生异常综合征(myelodysplastic syndromes，MDS) 等。

CSF3R突变与髓系肿瘤

CSF3R突变与SCN和AMLSCN是一个具有成分混杂的造血功能紊乱状态，以中性粒细胞严重缺乏(中性粒细胞绝对计数低于0.5×109/L)和髓系祖细胞在早幼粒细胞阶段成熟停滞为特征，有向MDS和AML演变的倾向。与SCN 相关的CSF3R 基因突变分为获得性突变和体质性突变2 类，前者使CSF3R对G-CSF敏感性增高(CSF3Rhyper)，患者易进展为MDS/AML；后者使CSF3R对G-CSF敏感性降低(CSF3Rhypo)，患者对常规G-CSF 治疗无反应[8]。

在SCN患者中，最常见的突变是谷氨酰胺富足的延伸区错义突变，其会导致CSF3R羧基末端发生截短型突变[9]，此区是G-CSF发挥诱导作用的关键子域，突变会导致髓系细胞增殖作用增强，成熟和凋亡减弱。伴有CSF3R突变的SCN患者似乎更倾向于发展为MDS/AML。Dong等[10]从2例由SCN进展为AML的患者体内分离出基因组DNA和RNA，结果发现1例AML患者CSF3R基因上有1个G→A的突变，阅读框架发生改变，其C-末端也发生变化，使AML细胞SD变异体的表达明显增加，突变了的CSF3R不能传导粒细胞成熟的信号，只能传导增殖信号。一旦进展为MDS/AML，超过80%的患者体内CSF3R突变的克隆会明显增多，故推测CSF3R的突变可能参与了SCN的发病及演变成AML的进程。

CSF3R突变的SCN患者继续用重组人粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(recombinant human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，rhGM-CSF)治疗的疗效及是否会易恶变成MDS/AML的不良反应目前尚不确定，但Donadieu等[11]研究则显示，随着G-CSF治疗剂量的增加，SCN转变成AML的危险性也会增加。

CSF3R突变与CNL和aCMLCNL是一种罕见的骨髓增殖性肿瘤(myeloproliferative neoplasm，MPN)，表现为中性粒细胞增多和脾大，见于文献报道的病例不足200例。CNL病程较缓慢，程度较轻，诊断较复杂，易与其他类型的白血病和类白血病反应相混淆，由于缺乏特异性分子诊断，WHO的CNL诊断标准(2008)主要还是排除性诊断。aCML是一种发生于造血干细胞的血液系统恶性克隆增生疾病，CML患者中BCR-ABL1阴性与阳性的比值约为1～2∶100[12]。Maxson等[6]对9例CNL和18例aCML患者1862个候选基因的已知参与癌症信号传导的区域进行基因深度测序，结果发现，27例患者中，88.9%(8/9)的CNL和44.4%(8/18)的aCML患者富含CSF3R突变。随后，他们又检测了其他血液系统疾病，仅在92例AML患者中发现1例CSF3R突变，而8例T细胞ALL和41例B细ALL患者中均未检测到突变。由此推测CSF3R的致癌性突变是CNL和aCML的决定性分子异常。上述突变分别存在于CSF3R基因的不同区域，并通过SRC 家族-TNK2 或JAK激酶以及对激酶抑制剂的不同敏感性来激活下游激酶通路。Gotlib等[13]研究表明，8/9(89%) 的CNL 和8/20(40%) 的aCML 患者被检测出CSF3R 突变基因。Pardanani等[14]检测了临床诊断的35 例CNL、19 例aCML、94 例CMML和76 例原发性骨髓纤维化(primary myelofibrosis，PMF)患者的CSF3R 突变基因，结果显示其中13 例(12 例WHO 诊断标准的CNL 和1 例未定性CNL)患者中存在14处CSF3R 突变，而所有单克隆丙种球蛋白血症(monoclonal gammopathy，MG) 相关的CNL、aCML、CMML 和PMF 均为阴性结果。CSF3R 突变在CNL 中的阳性率为100%，其中以CSF3R T618I 最为常见。这些结果表明，CSF3R T618I 基因是CNL 的一个高度特异和敏感的分子标志。故Tefferi等[15]建议将CSF3R T618I或其他近跨膜区的突变纳入到CNL的诊断标准中。研究显示，CSF3R突变与否不影响CNL的生存率和生存期限，但与SETBP1突变同时出现时，其生存率会有缩短的趋势[16- 17]。

CSF3R突变与CMMLCMML兼有骨髓发育异常和骨髓增殖的特点，WHO造血和淋巴细胞肿瘤分类将CMML归属于一个新的独立病种——MDS/MPN性疾病，发病率低。Kosmider等[18]研究发现，CSF3R突变也可见于4%的CMML患者，其在ASXL1突变的情况下会优先出现，是导致疾病预后不良的一个因素。与CMML有关的CSF3R突变不会影响胞质区其他热点的突变，如不会影响SCN中受体信号转导的突变，而且其与AML、多数CNL中发现的激活突变也不相同，在研究中并未发现外显子14上的T618I错义突变，检测到的突变为外显子17上的G683R、E935K、M696T突变。

CSF3R突变与其他髓系疾病MDS是起源于造血干细胞的一组异质性髓系克隆性疾病，特点是髓系细胞分化及发育异常，表现为无效造血、难治性血细胞减少、造血功能衰竭，高风险向AML转化。多数研究表明，人类CSF3R表达水平或结构异常可参与MDS的发病. Wolfler等[16]研究发现，人群中有不到6%的人CSF3R 785位赖氨酸代替缬氨酸，会使其个人得高风险MDS的概率增高。CSF3R突变的SCN有转化为MDS的倾向。对于没有SCN病史的原发性MDS患者，文献中至今并未有CSF3R突变的报道。

CSF3R突变是否参与原发性AML的发生目前尚存在争议。有研究表明，继发于SCN的AML患者中CSF3R的突变率高于原发性AML患者。Germeshausen等[17]则未从原发的AML患者体内检测到CSF3R基因的突变。这与Link等[19]研究结果相同，提示原发的AML和继发于SCN的AML的发病机制可能不太相同，为临床上不同治疗提供思路。

靶向治疗CSF3R突变通路的药物——SRC激酶抑制剂和JAK抑制剂

CSF3R近跨膜区突变会引起JAK/STAT信号通路的异常激活，因此JAK/STAT信号通路上的靶向分子抑制剂可能会对临床髓系疾病有效。有报道采用JAK1/2抑制剂鲁索替尼对1例伴有CSF3R T618I突变的CNL患者[6]和小鼠模型[20]进行治疗，结果显示患者白细胞和中性粒细胞绝对计数显著下降，血小板数量升高，小鼠的状况也有所改善。对1例伴有CSF3R T618I突变阳性的aCML患者的治疗显示，鲁索替尼的应用提高了血红蛋白、平均红细胞体积和血小板水平，脾大的状况也有所改善[21]。此外有报道显示，1例携带CSF3R S783fs突变的CNL患者对SRC激酶抑制剂达沙替尼敏感，但是对JAK1/2抑制剂无反应。有研究人员推测，CSF3截短型突变可能对SRC激酶的抑制剂(如达沙替尼)敏感，CSF3R近跨膜区突变可被JAK抑制剂(如鲁索替尼)抑制。目前SRC激酶抑制剂和JAK抑制剂应用于临床的时间不长，其远期疗效及安全性尚缺少有说服力的临床研究资料。

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Colony Stimulating Factor 3 Mutations and Myeloid Malignancies

XING Yi，ZHAO Ming-feng

Department of Hematology，Tianjin First Central Hospital，the First Central Clinical College of Tianjin Medical University，Tianjin 300192，China Corresponding author：ZHAO Ming-fengTel：022- 23626946，E-mail：zmfzmf@hotmail.com

ABSTRACT：Granulocyte colony stimulating factor (G-CSF) plays a major role in the proliferation，differentiation，and activation of neutrophil cell line hematopoietic cells. G-CSF exert the function depending on its binding to colony-stimulating factor 3 receptor (CSF3R)，a homo-dimer receptor located on the surface of effector cells. Some recent studies have demonstrated that CSF3R mutations play a significant role in many diseases. Some of the hematopoietic diseases，especially myeloid malignancies (e.g. chronic neutrophilic leukemia) are related to the presence of various CSF3R mutations，which leads to abnormal G-CSF signal pathways. Also，the downstream kinases can be the treatment targets for these diseases. This review summarizes CSF3R mutations，mechanisms of mutations，and their contributions to the myeloid malignancies，with an attempt to further reveal the pathogenesis of myeloid malignancies，inform the diagnosis and clinical treatment of the myeloid malignancies，and provide clues for the research and development of new molecular target drugs.

Key words：colony-stimulating factor 3 receptor；mutation；myeloid malignancy；pathogenesis

(收稿日期：2015- 04- 21)

DOI：10.3881/j.issn.1000- 503X.2016.01.019

中图分类号:R551.3

文献标志码:A

文章编号：1000- 503X(2016)01- 0103- 05

通信作者：赵明峰电话：022- 23626946，电子邮件：zmfzmf@hotmail.com

基金项目：国家自然科学基金(81041043)、天津市自然科学基金(BJCYBJC23400)和天津市卫生行业重点攻关项目(13KG106)Supported by the National Natural Sciences Foundation of China(81041043)，the Natural Science Foundation of Tianjin(13JCYBJC23400)，and the Health Industry Key Project of Tianjin(13KG106)