巨核细胞分化过程中转录因子的研究进展

赵 婕，杜长虹，钟大平，范世伟，何思颖，宋 航

巨核细胞是高度分化的细胞，来源于具有双向分化能力的巨核细胞 -红系祖细胞（MEP）[1]。Debili等[1]在 1996 年在体外克隆血液细胞系分化实验中，分离出一种具有两重分化功能的巨核细胞-红系祖细胞，开启了人们对巨核细胞前体细胞的认识。MEP可能既来源于常见的髓系祖细胞（CMP）[2]，也可能直接来源于更为原始的短期造血干细胞（ST-HSC）[3]。从MEP成功分化为巨核细胞需要3种因素的协调激活：巨核细胞特异基因、细胞周期的变化、抑制红系分化因子的激活。MEP向巨核红系分化过程是差异发育学中，最为复杂但又最能体现生物发育之精准的例子。

巨核细胞发育过程是一种“过度肥大”的过程，包括大量细胞体积的膨大、多倍体的形成以及独特的细胞膜结构形成，接受多种复杂基因的调控。相反，幼红细胞进化发育过程却以一种“萎缩”的方式，其典型的表现是细胞的皱缩，幼红细胞的细胞质去细胞器过程，且接受高度统一、单一的基因调控。这种表型的分化基础依赖一系列转录因子的参与[4]。有些因子特异作用于这两系细胞，有些因子作用于整个血液细胞系，大部分转录因子具备多种作用，抑制或激活一系列目标基因，参与细胞谱系之间、细胞不同成熟阶段的转变。通过比较巨核细胞和红细胞的启动子/增强子的差异和人遗传性巨核细胞生成障碍疾病遗传基因的研究，对认识巨核细胞的发育过程有帮助。本研究重点阐述4个参与巨核细胞系的生成调节的转录因子家族及其作用机制。

1 GATA 结合因子 1（GATA-binding factor 1，GATA-1）

GATA-1是由位于X染色体短臂（Xp11.23）的GATA-1基因编码的具有锌指结构的转录因子。GATA家族有GATA-1和GATA-2两个成员，在红系-巨核系分化过程中，GATA-2表达受抑制，而GATA-1表达上调[5]。GATA-2缺失小鼠体内多能干细胞增殖受损，说明虽然GATA-2与GATA-1在结构上和生物化学性质上有相似，但不能替代GATA-1的特异作用，GATA-1特异性作用于巨核-红系的分化。FOG1锌指蛋白是GATA-1特异的辅助因子，可提高与GATA-1结合的复合物DNA结合位点的稳定性[6]。GATA-1和FOG1共同缺失的小鼠巨核系发育不成熟，出现巨核细胞体积小且伴不成熟细胞胞浆[7]，说明无论GATA-1表达水平的增加或GATA-1蛋白活性增强（如与FOG1结合能力等），均有利于MEP细胞发生“肥大性”或“萎缩性”形态变化的分离，使其更容易向巨核细胞系分化。临床研究发现，伯纳德-血小板综合征（Bernard-Soulier syndrome）患者体内由于GATA结合位点缺乏或糖蛋白Ⅰbβ启动子突变，导致巨核细胞减少，表达巨核细胞特异蛋白gpⅠ-Ⅸ-Ⅴ复合物的血小板减少[8]。临床研究还发现，GATA-1 N端锌指结构的氨基酸基团存在至少4种突变[9]，其临床表现也各异。如V205M基因突变会引起FOG1结合能力下降，携带此型突变患者会出现贫血伴血小板急剧下降；R216Q和R216W突变会引起GATA-1与含GATC序列的DNA结合受损；R216Q突变患者临床上出现中度血小板减少伴地中海贫血；还有D218G突变导致的GATA-1生物学功能改变并不清楚，但D218G突变患者会出现严重的血小板减低而不伴贫血；D218Y突变引起GATA-1结构上严重的改变，引起重度血小板减少和贫血。总之，这些基因突变证明GATA-1功能损伤更容易影响巨核细胞系的分化。

2 Runt相关转录因子1（Runt-related transcription factor 1，RUNX1）

RUNX1由位于染色体21q22.3位点RUNX1基因编码[10]，因其N端含有保守的runt同源结合域而得名，也称为核结合因子（core-binding factor subunit α-2，CBFA2）或急性髓系白血病1蛋白（acute myeloid leukemia 1 protein，AML1）。Runt结构域和RUNX1的共转录因子CBF β相关，共同参与造血细胞的发育编程，是人急性白血病最常见的突变靶点。RUNX1和CBF β仅在MEP向巨核细胞分化时高表达，当MEP向红系细胞分化时未见表达。RUNX1缺失小鼠出现严重的巨核细胞成熟障碍，红系发育稍受影响[4]。CBF β基因缺陷小鼠巨核系发育障碍，提示了核结合转录因子在巨核细胞谱系中的重要作用。RUNX1基因突变涉及家族性血小板紊乱/急性髓系白血病（familial platelet disorder/acute myeloid leukemia，FPD/AML）， 这是一种常染色体显性遗传疾病，患者临床特征为严重出血，出血程度与血小板轻度减少不成比例，血小板异常表现在致密核颗粒减少和细胞二磷酸腺苷（ADP）表达减少[11]。血小板受胶原、肾上腺素和花生四烯酸刺激后，血小板的聚集显著减少，机制可能是通过减少ADP表达[12]，或PKCθ激酶相关的底物磷酸化受损以及NOTCH4等调节[10，13]。

3 弗兰德白血病整合因子1（Friend leukemia integration 1，FLI-1）

FLI-1属于ETS转录因子家族（含有85位氨基酸的有翼螺旋-转向-螺旋ETS结构域），识别并结合含有5'-GGAA/T-3'序列的DNA，该序列紧邻GATA位点。ETS家族中有3个成员：FLI-1、GABPα和TEL1，均直接作用于巨核细胞[14]。FLI-1敲除小鼠出现明显出血和无效造血，可引起胚胎死亡[15]。FLI-1可使MEP趋向于分化成巨核系爆式集落形成细胞（BFU-Meg）。研究发现FLI-1能够抑制红系krueppel样转录因子（erythroid krueppel-like transcription factor，EKLF）对 β-球蛋白（β-globin）及相关基因转录激活，其机制是FLI-1通过与DNA结合，掩盖了EKLF的转录因子结合位点，同样EKLF也可抑制FLI-1对GPⅨ（血小板糖蛋白Ⅸ）等巨核细胞发育关键基因的转录激活作用，两者可互相牵制[16]。人巨核细胞生成相关的FLI-1基因缺陷是一种罕见的遗传性疾病，称为帕瑞斯陶瑟杰（Paris-Trousseau syndrome，PTS），该基因缺陷患者会出现颅骨畸形、发育延迟和多器官畸形，终身伴有轻微的出血倾向、巨大血小板减少症，骨髓中巨核细胞小伴巨大α颗粒[17]。

4 原癌基因c-Myb

c-Myb是巨核细胞分化过程中强有力的负调节转录因子。c-Myb突变小鼠出现外周血血小板增加和骨髓巨核细胞增加。c-Myb条件性敲除小鼠骨髓巨核细胞集落形成增加，伴红系集落形成减少。c-Myb的靶基因是p300共激活因子，p300是 CREB结合蛋白（CREB binding protein,CBP）共激活因子的同源基因。c-Myb可结合p300的KIX结构域，从而招募p300，发挥下游作用[18]。将KIX结构域敲掉会出现cMyb表达的下调，外周血中血小板数量增加和骨髓巨核细胞数量增加。所以cMyb很可能在MEP分化过程中作为负调节巨核系分化的转录因子，抑制MEP向巨核细胞分化[19]。

5 其他转录因子

决定巨核细胞分化命运的不掌握在任何单一的转录因子或家族手上，而是多种因素共同作用。除了以上重点描述的因子，如今涌现出大量的如GFI1B、ETV6、EVI1和HOXA11等新的转录因子为大家所认识。巨核细胞系发育过程中至少存在3种以上的转录因子的统一调节，如GATA-1和RUNX1共缺陷小鼠存在严重的巨核细胞异常（细胞核多倍体消失，克隆形成能力增加，病态增殖和分界膜缺陷等）。研究发现，造成此现象的原因除了GATA-1和RUNX1存在物理性的相互作用和功能合作外，还有CMPL、GPⅠbα、JAK2和GPⅡb等多种基因协同参与巨核细胞的分化调控[20]。而Fossett等[21]研究果蝇体内造血细胞发育时，也发现这种基因交叉性协作的存在，说明这种基因协作在生物进化过程中是高度保守的。FLI-1/GABP复合物与GATA-1/RUNX1复合物也存在共同的靶基因——C-MPL、GPⅠbα、JAK2和GPⅡb。 生物化学分析曾证实，GATA-1与FLI-1存在相互作用。有趣的是，FLI-1和GABPα能通过促进FOG1/GATA-1复合物的形成激活GPⅡb增强子，而与FLI-1同属ETS家族的另外一个成员PU.1却没有此作用[6]。因此，FOG1是作为GATA-1的共抑制子或共激活因子都取决于GATA-1相关的转录因子和增强子。Starck等[16]研究者在巨核细胞复合物中证明了GATA-1与FLI-1相互作用，在红细胞复合物中证明了GATA-1与EKLF相互作用。而FLI-1与EKLF可以直接相互作用，也存在竞争抑制作用。与EKLF相互作用可以让FLI-1暴露于DNA结合位点，引起特定抑制子的招募。这个研究证明了3种不同转录因子一起协同作用于巨核细胞和红系的分化过程。

综上所述，巨核细胞调控相关的转录因子以类似“二进制”特点发挥调控作用。GATA-1作用应该是巨核细胞生成或是红系生成的重要开关环节，GATA-1/FOG1复合物是巨核-红系共同激活因子，FLI-1和EKLF则分别是巨核系和红系特异性谱系选择因子[16]。当巨核系分化时，FLI-1的DNA结合域暴露，通过与GATA-1/FOG1生成复合物（GATA-1/FOG1/FLI-1），MEP分化成巨核细胞，同时抑制与红系生成复合物EKLF的DNA结合域结合，反之亦然。目前对巨核红系谱系选择因子的调控机制并不完全清楚，当巨核细胞选择性转录因子的优势上调，同时伴随红系特异性转录因子的下调，以及共同红系-巨核系转录因子的正常表达均协同时，才能正常地开始巨核细胞的分化，这个复杂的调控机制需要更全面系统地的对调节因子的生物学功能和信号通路进行研究。

【参考文献】

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