研究揭示唐氏綜合征兒童白血病前期轉化為白血病的機制

　　白血病（Leukemia）是一種血液系統癌癥，表現為骨髓、血液以及其他組織被無限增殖的不成熟的造血細胞浸潤，抑制正常的造血功能。髓系白血病（Myeloid Leukemia,ML）是指粒細胞、單核細胞、紅細胞或巨核系發生病變的白血病。ML是兒童中出現頻率最高的癌癥，而患有唐氏綜合征（Down syndrome,DS）的兒童ML的發病率是正常兒童的150倍。伴隨DS的ML（ML-DS）患兒在患病前往往出現一個特殊的階段，稱為短暫性異常骨髓增殖（transient abnormal myelopoiesis,TAM）。30%的唐氏綜合征兒童造血干細胞中轉錄因子GATA1發生突變最終導致TAM，其中又有20%的兒童中GATA1突變的細胞又獲得其他突變，在5年內使TAM發展為ML-DS。

　　近日，來自德國馬丁路德?哈勒維騰貝格大學的Jan-Henning Klusmann團隊，來自漢諾威醫學院的Dirk Heckl與來自英國牛津大學Paresh Vyas團隊共同在Cancer Cell雜志上發表文章Mechanisms of Progression of Myeloid Preleukemia to Transformed Myeloid Leukemia in Children with Down Syndrome。作者首先使用三種方法對111位TAM和141位ML-DS病人的外周血和骨髓樣本的基因組序列（其中包括12個成對的TAM和ML-DS樣本）進行分析，分別是全外顯子測序，使用RNA捕獲的定向測序和基于擴增子捕獲靶向序列測序。與之前報道類似，在ML-DS的樣本中，突變多發生在編碼黏連蛋白復合體的基因，包括STAG2,RAD21, SMC1A, SMC3, CTCF和NIPBL（占比47%），JAK家族基因MPL和KIT（占比48%），表觀遺傳調控基因KANSL1，EZH2，SUZ12（占比36%）和Ras家族基因中（占比20%）。此外，作者鑒定到新的熱點突變CSF2RB（A455D/T），占比4.7%。通過分析疾病發展過程中的基因突變率，作者發現28%的突變并非發生在所有的癌細胞中。而編碼黏連蛋白復合體核心亞基的基因和JAK家族基因的突變更可能發生在所有癌細胞中。特別地，CSF2RB（A455D）在突變的樣本中均存在于所有的癌細胞中。

　　而在TAM樣本中，基因突變的發生率明顯低于ML-DS樣本。除所有樣本的GATA1均突變失活外，并無其他突變與ML-DS樣本的突變不同，并且雙熒光素酶報告實驗表明這些突變不影響STAT5的活性，這說明TAM樣本中除GATA1外的其他突變對TAM的發生無決定作用，即僅有GATA1突變為白血病前期發生所必需。

　　作者進一步鑒定了首次發現的突變CSF2RB（A455D）在TAM轉化到ML-DS過程中的作用。CSF2RB能夠與受體特異的α鏈和細胞因子形成復合體，介導JAK，PI3K-AKT-mTOR和MEK/ERK信號通路的激活，調控造血細胞的存活，增殖和分化。位于跨膜區的丙氨酸替換為帶負電的天冬氨酸（A455D）進而促進與自身和受體α鏈二聚化，從而持續激活下游信號。作者發現，CSF2RB（A455D）能夠促進人白血病細胞系TF1在無GM-CSF環境下增殖，并增加移植TF1細胞小鼠的死亡率。CSF2RB（A455D）還抑制造血細胞的分化為成熟的巨核細胞（CD41+/CD42b+），而使用JAK抑制劑ruxolitinib能夠回復這種效應，說明突變CSF2RB（A455D）激活JAK信號通路，誘導癌變發生。

　　為揭示由TAM到ML-DS的轉化過程，作者在小鼠胚胎肝細胞中使用靶向Gata1的第二外顯子的CRISPR-Cas9系統敲除Gata1，并將胎肝細胞移植到骨髓被清除的受體小鼠中，成功構建能夠模擬TAM的模型。作者針對臨床樣本中檢測到突變的基因設計gRNA，將gRNA混合后導入胎肝細胞，移植到小鼠中。通過對38只發生ML的小鼠癌細胞進行測序，發現82% 能夠與Gata1協同調控TAM到ML-DS的轉化過程。

　　作者分析了111位TAM和141位ML-DS病人的外周血和骨髓樣本的基因組序列，發現僅有GATA1突變為白血病前期發生所必需；同時還鑒定了ML-DS新的熱點突變CSF2RB（A455D）。作者又建立了TAM轉化到ML的小鼠模型，使用該模型鑒定得到18個在其中發揮重要作用的基因，從而為研究轉化過程奠定了基礎，未來可為控制唐氏綜合征兒童白血病的發生提供新的策略。