1、慢性粒细胞白血病发病机制干细胞的定义与性质 如造血干细胞,干细胞特性是慢性粒细胞白血病干细胞的基本属性。CML干细胞来源于获得BCR-ABL突变的造血干细胞,能够自我更新与保持惰性的CP。在这个时期,CML干细胞与分化的CML细胞功能、形态与表型几乎没有区别。尽管自我更新的能力被认为是慢性粒细胞白血病干细胞的维持至关重要的,相关的机制与信号转导途径仍然不行定义。最近的研究表明,Wnt/-连环蛋白信号是维持正常与CML干细胞必不可少的。Hedgehog(Hh)信号已被证明为CML干细胞的扩增与维持是必要的;早幼粒细胞白血病蛋白(PML)在HSC维持中被证明起到关键作用。CML患者干细胞与祖细胞的
2、表型与正常个体不同。例如,与正常祖细胞不同,血液循环大部分白血病的粒单核细胞集落形成单位(CFU-GMS)表达高水平的黏附受体CD44与低水平L-选择素。白血病CD34+细胞过度表达多药耐药表型的P糖蛋白。许多抗凋亡蛋白是在CML中高表达,促进细胞耐药。静止期CD34+细胞表达过多Bcl-2、Bcl-xl、Mcl-1与XIAP。造血干细胞的细胞的特点是细胞表面表达ABC转运蛋白,特别是ABCB1(P-糖蛋白)与BCG2(BCR-P),能泵出特异性药物。上面2种转运蛋白均在CP CML患者的原始细胞被发现与正常细胞相比过表达。在CP CML患者原始细胞与正常细胞相比Oct-1的表达减少,其是一种
3、负责特定药物吸收的转运蛋白,包括伊马替尼。ABCB1、ABCG2的表达增加与Oct-1表达下降的组合估计造成CML祖细胞对治疗的反应差。花生四烯酸5-脂氧合酶基因(Alox15/15-LO)是近年来发现的一个由BCR-ABL诱导的调节器,对伊马替尼无反应,其对CML干细胞功能特别重要。在缺乏 Alox15情况下,BCR-ABL不能诱导小鼠形成CML。此外,Alox15的缺失通过影响细胞分裂与细胞凋损伤LSC的功能,导致LSCs最终耗尽。在人类慢性粒细胞白血病细胞与CD34+细胞,Alox15的敲除或抑制15-LO均能显著减少生存。Alox15的缺乏改变PTEN,PI3K/Akt与转录因子ICS
4、BP这些已知的癌症发病介质的表达。最近的研究表明,FoxO因子是维持CML启动细胞的关键;FOXO的活性被BCR-ABL1-AKT信号负调控,被TKI治疗与Pten正调控。然而,通过该FOXO3A介导自我更新与CML起始细胞的维持机制,目前仍不清楚。最近有研究确定了BCL6原癌基因作为在CML-起始细胞自我更新信号的FOXO下游的关键效应物。BCL6抑制 CML细胞中Arf与p53,同时其是白血病起始与集落形成必需的。Notch信号是造血干细胞的自我更新与生存的关键。有研究对BCR-ABL与Notch信号的关系及Notch的表达模式及其下游靶基因Hes1在慢性期CML患者以及与正常人的骨髓中(
5、NBM)CD34+干细胞与祖细胞进行了评估。发现在原始的CD34+Thy+亚型CML CD34+细胞Notch1、Notch2与Hes1显著升高,提示Notch信号在慢性粒细胞白血病原始细胞的活性。数据表明,伊马替尼诱导的BCR-ABL的抑制导致了显著Notch活性上调。同样,Notch的抑制导致BCR-ABL过度活化。因此,确定了CML Notch与BCR-ABL之间的对立关系。TKI治疗CML干细胞能有效地抑制BCR-ABL激酶活性,这表明额外的激酶依赖的机制有助于LSC存活。人骨髓间充质干细胞(MSCs)的共培养显著抑制TKI暴露下的CML干/祖细胞的细胞凋亡同时使其保存下来,维持其克隆
6、形成能力与植入免疫缺陷小鼠的潜力。研究发现,N-钙粘蛋白受体在充间质干细胞介导的TKI治疗CML祖细胞保护中起着重要的作用。N-钙粘蛋白介导的对间充质干细胞粘附与增加的细胞质N-钙粘蛋白-连环蛋白复合物的形成以及增强的-连环蛋白的核转位与转录活性相关。增加的外源性Wnt信号介导的-连环蛋白信号通路在MSC介导的TKI治疗CML祖细胞的保护中发挥了重要作用。其她最近的研究表明,肿瘤抑制基因PTEN在CML干细胞被bcr-abl表达下调,PTEN缺失加速小鼠CML白血病发展,证明了PTEN在白血病中调节干细胞的关键作用。CD34+原始CML细胞的系统基因分析显示多个信号通路的激活,伴随DNA修复的
7、减少,异常的黏附与归巢,以及激活的蛋白酶体蛋白信号通路。BCR-ABL 融合基因 CML原始细胞黏附(接触与锚定)缺陷使其摆脱了在正常情况下通过细胞因子信使从微环境细胞中接收的控制信号的控制。这些信号维持细胞的存活、死亡、细胞增殖与细胞分化的平衡。估计不依赖酪氨酸激酶的细胞骨架蛋白的异常磷酸化,被认为是引起CML细胞的整合功能紊乱的关键因素。正常的9号染色体中ABL基因位于q34与qter之间,22号染色体的BCR与SIS的基因位于q11与qter之间。图右为t(9;22)。9号染色体的ABL被换位到22号染色体的M-BCR序列,22号染色体的末端部分被转换到9号染色体长臂上。22q-就是Ph
8、染色体。BCR,断裂点集群区域;C-SIS,细胞病毒猿猴肉瘤病毒转化基因;IGL,免疫球蛋白轻链基因。9号染色体上ABL基因与22号染色体上的BCR基因突变是为慢性粒细胞白血病的发病关键 V-ABL是正常细胞ABL基因的同源病毒癌基因。该基因(v-abl)可在体外培养中诱导细胞恶性转化,并在易感小鼠体内诱发白血病。上图显示的是正常的ABL与BCR基因BCR-ABL融合基因。图中上半部分垂直箭头表明在ABL估计断点位置。注意上游紧随的ABL 8604 met基因位。BCR基因含有25个外显子,包括第一(e1)与第二(e2)外显子。三个断点簇区域的位置显示为,m-BCR,M-BCR,-bcr。该图
9、的下部显示BCR-ABL信使RNA融合转录的结构。-bcr断点导致BCR-ABL转录带有e19a2连接点。在每一个发生断裂的基因处有相关的数字代表外显子位置。CML患者的细胞株的ABL的基因被重排并有扩增。细胞株与新鲜分离的慢性粒细胞白血病细胞均含有延长的8-kb的异常RNA转录单位,它由留在22号染色体的BCR基因的5部分与从9号染色体易位来的基因ABL的3部分融合产生的新的嵌合基因转录而来。这一融合mRNA翻译成一种独特的210 kDa酪氨酸磷酸蛋白激酶(p210BCR-ABL),与v-abl蛋白产物作用相似,它能够对细胞蛋白酪氨酸残基产生磷酸化。ABL的位点含有至少两个等位基因,在正常细
10、胞中,ABL原癌基因编码一分子量145000的酪氨酸激酶,其仅仅被痕量翻译,且在体外缺乏任何激酶活性。推测BCR-ABL基因表达的融合产物通过嵌合酪氨酸蛋白激酶的酶活性调节异常而导致恶性转化。BCR-ABL融合基因构建表明,BCR序列还能够激活微丝结合功能,酪氨酸激酶对肌动蛋白丝功能的修饰差不多被认为是白血病发生过程中的一个步骤。22号染色体上的断点区DNA延伸段特别短,约5至6kb,延伸的DNA的被称为断裂簇区(M-BCR),这是个较长的断裂点簇基因BCR。三个主要的断点簇区在22号染色体上各有特征:主要(M-BCR),次要(m-BCR),以及微(-bcr)。三种不同的断点分别产生P210,
11、P190,P230融合蛋白。绝大多数CML患者BCR-ABL融合基因编码p210 kDa(p210BCR-ABL)的融合蛋白,其mRNA转录物有e14a2或e13a2融合连接方式。涉及易位时,“e”表示BCR的外显子的与“a”表示ABL外显子位点。在大约50的Ph染色体阳性的急性淋巴细胞白血病病例中,其BCR-ABL转录为e1a2融合链接,它产生190 kDa的(p190BCR-ABL)BCR-ABL蛋白。几乎所有的CML病例确诊时编码p210BCR-ABL,但也表达p190BCR-ABL转录。这些双转录物的生物学与临床意义尚不明确。在未发现Ph染色体的病例中,BCR-ABL估计仍然位于染色体
12、9(隐匿的Ph染色体)。BCR基因能够与富含Alu重复序列区域中复杂易位的11q13区带里的不同基因位点再结合。ETV6/ABL融合基因也已在BCR-ABL阴性CML中发现。BCR-ABL与信号转导 现在差不多认为p210BCR-ABL酪氨酸磷酸化激酶活性是人类费城染色体阳性白血病发生的起因。与主要定位于细胞核中的ABL蛋白不同,p210BCR-ABL定位于细胞质中,因而更容易与各种分子发生相互作用,尤其是信号转导通路中的分子。作为癌蛋白,P210BCR-ACL可结合20多个细胞蛋白与(或)使其磷酸化。磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)的一个亚单位结合p210BCR-ABL;而BCR-ACL依赖性细
13、胞株与原代CML细胞的增殖需要这种相互作用。BCR-ABL作用于促丝裂素原活化蛋白激酶(MAPK)引发的信号通路与相互作用是多重与复杂的。一种RAF编码的丝氨酸-苏氨酸激酶活性被p210BCR-ABL调节。RAF表达下调既抑制CML细胞的BCR-ABL依赖性生长,又抑制正常造血祖细胞的生长因子依赖性增殖。BCR-ABL转化细胞的效率受一种衔接蛋白的影响,这种蛋白可将酪氨酸激酶信号传导至RAS。这一过程涉及生长因子受体结合蛋白2(GRB2)。p210BCR-ABL也激活RAS多重替代途径。BCR-ABL可持续激活PI3K并生成肌醇脂,且通过下调诸如PTEN与SHIP1等多聚磷酸肌醇抑癌基因而使P
14、I3K失调。在p190BCR-ABL转基因小鼠的白血病组织中,Hef2也结合CRKL。Hef2基因编码的蛋白可加速RAS编码的蛋白与神经纤维瘤蛋白的GTP水解,并参与整合素的信号通路。在造血细胞中,神经纤维瘤蛋白通过RAS负向调控粒细胞-单核细胞集落刺激因子(GM-CSF)的信号转导。P62DOK,其酪氨酸处于持续磷酸化状态,并与p120RAS GAP蛋白相联结,在c-kit受体激活时发生快速酪氨酸磷酸化,也与ABL相关联。p210BCR-ABL介导的转化也需要核因子(NF)-B的激活。p210BCR-ABL的表达通过核转移引起NF-B依赖性转录的激活。表达p210BCR-ABL的细胞株也具有
15、JAKS激酶、信号转导与转录激活因子(STATs)(通常是STAT5)的持续活化。由BCR-ABL急性转化的原代小鼠髓细胞中STAT5也被激活;p210BCR-ABL使IL-3的亚基、GM-CSF受体与JAK2磷酸化,并与其免疫共沉淀。ABL与BCR都是GTP结合蛋白家族Rho228,229与生长因子结合蛋白GRB2的多功能调节蛋白,GRB2将酪氨酸激酶与RAS联系起来,并与BCR-ABL与核苷酸交换因子Sos形成复合物,导致RAS激活。加速期、急变期的发病机制 尽管酪氨酸激酶抑制剂治疗显著延长了慢性期向加速期与原始细胞危象的发展,但这种转变的风险仍然存在,因为经BCR-ABL酪氨酸激酶抑制剂
16、处理的CML干细胞未发生凋亡。CML加速期的开始被认为出现在一个携带有BCR-ABL融合基因的粒-单核祖细胞。由慢性期CML转变为加速期并进而转变为原始细胞危象,或直截了当由慢性期转变为原始细胞危象被认为至少经过以下7个分子过程:(1)成熟停滞,(2)基因组监视失败,(3)不能进行充足的DNA修复,(4)突变子表型出现,(5)端粒缩短,(6)肿瘤抑制因子功能缺失,(7)未知因素。由慢性期转变为加速期过程的显著特点是BCR-ABL表达的增加。而在mRNA BCR-ABL转录上调的基础上,出现其她细胞遗传学异常,这种情况大约出现在50%-65%持续Ph染色体阳性的患者中。在原始细胞有淋巴细胞表型的
17、CML急淋变中,约有50%的患者出现P16/ARF基因突变,约有20%的患者发生Rb基因的突变。在原始细胞具有粒细胞表型的CML急粒变中,大约25的病例含有p53突变的细胞。通过敲除p53功能的转基因小鼠实验证实,p53功能的缺失具有促进人慢性期CML克隆转化的作用。作为p53基因家族的一员,p51/p63在CML慢性期并没有突变,但在急变期,约有8的患者出现P51/P63的突变。大约65的病人,除了有Ph染色体,还有其她细胞遗传学的异常。双Ph染色体,8号染色体三体与等臂染色体17p是最常见的继发性改变。异常的mRNA与蛋白质产物p210BCR-ABL见于转化为急性白血病病人的骨髓与血细胞中
18、。极少数的病例在转化后出现BCR-ABL融合基因的缺失,mRNA的缺失以及具有酪氨酸激酶活性的P210表达的缺失,这些发现提示异常的蛋白激酶并不总在维持急性期时期状态中发挥独特的作用。相反,患者关于伊马替尼的高反应率,尽管只是临时的,提示突变的BCR-ABL产物通常在疾病的这一时期发挥重要的作用。特别多在急性转化患者细胞内检测出的分子改变估计有助于CML克隆恶性行为能力的增加,包括N-RAS基因活化,p53基因重排,降钙素基因的高甲基化,以及ABL1基因的甲基化。一项研究报道了17%的原始细胞危象患者有p53基因突变。还有报道视网膜母细胞瘤1基因产物在CML细胞的表达缺失与有巨核细胞表型的急变
19、相关。P16抑癌基因纯合子缺失与CML的淋系转化有关。11p13染色体的WT基因编码一个含锌指模块的转录因子,它只在转化为急变期的CML病人中出现。CML急变期中还出现EVI-1基因的过度表达。BCL-2,c-Myc与其它的基因也与CML的演变有关。慢性期向急变期进展,增加的额外的遗传与表观遗传的变化,还没有完全清楚。在进展期慢性粒细胞白血病,粒细胞巨噬细胞祖细胞(GMP)通过-连环蛋白激活获得异常的自我更新能力。在大多数急淋变患者中存在继发性基因损害,其中有一些是由AID突变酶的异常活性介导的。在急变进展中,CDKN2A(ARF),MYC,RB1,AML1,TP53,与RAS基因的突变是经常
20、获得的,及在大多数CML急变的情况下,在BCR-ABL1激酶域内的突变编码对TKI耐药。在一项研究中,小鼠白血病模型表明,LSC表达主要组织相容性复合体(MHC)与共刺激分子,LSC会被白血病特异性CD8+效应CTL体外杀灭。相反,治疗性输注效应CTL到CML小鼠体内不仅未能清除LSCs,而且增加了LSC数。LSC增殖与分化诱导的CTL分泌IFN-。干扰素-增加白血病患者体外培养CD34+干/祖细胞的增殖与集落形成。在肿瘤细胞程序性死亡配体1(PD-L1)的表达诱导T细胞功能障碍导致疾病进展。最近使用信号转导与转录激活因子3(STAT3)的条件基因敲除小鼠的研究表明,STAT3是引发疾病的关键。在治疗的情况下,STAT3不是疾病维护必须的,提示STAT3只是启动干细胞肿瘤时期需要。在骨髓微环境中,STAT3在细胞因子环境中被BCR ABL依赖的途径激活。JAKSTAT3的活化能促进骨髓中在BCR ABL活性完全抑制情况下细胞的存活。感谢您的聆听！
