相丹紅(綜述), 黃 健(審校)

骨髓增殖性腫瘤(myeloproliferative neoplasms,MPNs)是造血干細(xì)胞克隆性增殖的異質(zhì)性疾病,伴隨著一系或多系血細(xì)胞增多。典型的費城染色體陰性MPNs包括原發(fā)性血小板增多癥(essential thrombocytosis,ET)、真性紅細(xì)胞增多癥(polycythemia vera,PV)和原發(fā)性骨髓纖維化(primary myelofibrosis,PMF)。MPNs血栓形成風(fēng)險及進展急性白血病風(fēng)險較高,不同表型之間的預(yù)后有顯著差異,腫瘤表型異質(zhì)性是其預(yù)后差異的重要原因。PMF患者的壽命顯著低于ET和PV患者,更易進展為急性髓系白血病[1]。MPNs表型之間存在動態(tài)演變的趨勢,遺傳信息和慢性炎癥變化促使疾病表現(xiàn)為不同表型[2]。克隆演化及多種因素共同影響MPNs亞型變化,使疾病復(fù)雜化及治療動態(tài)化。本綜述從MPNs表型異質(zhì)性角度深入理解驅(qū)動基因JAK2V617F突變背景下MPNs的發(fā)生發(fā)展,為此類疾病提供新的診療思路。

1 MPNs

費城染色體陰性MPNs患者中,經(jīng)檢測,多數(shù)患者可有JAK2V617F基因突變、CALR基因突變或MPL基因突變。然而,3種基因突變通常是相互排斥的,但偶有報道存在2種突變共存的現(xiàn)象。其中JAK2V617F基因突變可存在上述3種表型中。95%的PV患者存在JAK2V617F基因突變,在ET和PMF中,50%～60%的患者存在JAK2V617F基因突變[3]。MPL基因突變和CALR基因突變只在ET和PMF中發(fā)現(xiàn),并未在PV中發(fā)現(xiàn)[4]。3種經(jīng)典亞型的MPNs都可以出現(xiàn)JAK2V617F突變,但其臨床表現(xiàn)及預(yù)后卻有顯著區(qū)別。典型的PV患者表現(xiàn)為外周血紅細(xì)胞升高或血細(xì)胞比容增加;ET患者則表現(xiàn)為外周血小板增多和骨髓巨核細(xì)胞增殖;PMF分為纖維化前期和明顯纖維化期,前者血常規(guī)表現(xiàn)與ET相似,診斷纖維化前期更依賴于骨髓組織學(xué)差別,可見巨核細(xì)胞成熟異常和染色質(zhì)折疊異常。明顯骨髓纖維化期可出現(xiàn)進行性血細(xì)胞減少、脾腫大、骨髓纖維化程度達到2級或3級。在預(yù)后方面,PMF預(yù)后最差,其次為PV、ET。約20%的PMF進展為急性髓系白血病,未進展患者死于其他并發(fā)癥(包括心血管疾病、出血或炎癥等)的風(fēng)險也較大[5],中位生存期為5.9年。血栓形成是PV和ET的主要生存風(fēng)險因素,其中位生存期分別為15年和18年[6]。研究表明,JAK2V617F突變從多方面影響MPNs的表型,導(dǎo)致不同的臨床特點。

2 JAK-STAT通路及JAK激活機制

2.1JAK-STAT通路 JAK是一種非受體型酪氨酸蛋白激酶,廣泛存在于體細(xì)胞中,作為主要細(xì)胞因子受體下游的信號傳遞器[7],干細(xì)胞因子和FLT3配體等造血干細(xì)胞調(diào)節(jié)劑利用JAK2在細(xì)胞內(nèi)進行轉(zhuǎn)導(dǎo),促進免疫和造血干細(xì)胞的增殖、分化和細(xì)胞因子的產(chǎn)生。有研究證明,在敲除JAK2基因的小鼠中發(fā)現(xiàn)正常紅細(xì)胞的缺失,小鼠不久后死于嚴(yán)重貧血[8]。JAK蛋白包含4個結(jié)構(gòu)域:FERM結(jié)構(gòu)域、SH2結(jié)構(gòu)域、JH2結(jié)構(gòu)域和JH1結(jié)構(gòu)域。FERM結(jié)構(gòu)域和SH2結(jié)構(gòu)域共同形成一個整合的結(jié)構(gòu)單元,與細(xì)胞因子受體非共價結(jié)合,介導(dǎo)受體酪氨酸磷酸化并募集STATs蛋白[9],繼而促進下游“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子”的磷酸化。STATs是DNA結(jié)合蛋白,包含7個成員(STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b、STAT6)。磷酸化的STATs發(fā)生二聚化,并從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄[10]。除STATs外,還有絲裂原活化蛋白激酶和磷酸肌醇3-激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,它們共同導(dǎo)致骨髓細(xì)胞過度增殖和分化。JAK2-STAT通路負(fù)責(zé)將細(xì)胞外化學(xué)信號傳入細(xì)胞核,參與細(xì)胞代謝、細(xì)胞周期控制、細(xì)胞凋亡、DNA損傷,直接或間接影響轉(zhuǎn)錄[11]。而異常的細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是MPNs的發(fā)病機制,引發(fā)造血干細(xì)胞對促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin,EPO)、胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)、IL-3和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)表現(xiàn)出超敏反應(yīng),刺激造血干細(xì)胞過度增殖。

2.2JAK2的激活機制 JH2結(jié)構(gòu)域與JH1結(jié)構(gòu)域相似,但缺乏激酶活性,對JH1結(jié)構(gòu)域起到負(fù)向調(diào)節(jié)作用。激酶蛋白生理活性依賴于JH2結(jié)構(gòu)域負(fù)性調(diào)控。激酶活性失調(diào)導(dǎo)致造血干細(xì)胞對生長因子和細(xì)胞因子的超敏性,是MPNs發(fā)病的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。Y1007和Y1008是JAK2激酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)2個潛在調(diào)節(jié)位點,Y1007的累積可導(dǎo)致JAK2活性的重新激活[12]。JH2中Ser523和Try570的自磷酸化,可使JH2和JH1之間產(chǎn)生靜電作用,抑制JH1編碼的酪氨酸激酶活性。結(jié)構(gòu)之間相互作用影響JH2對JH1的負(fù)向調(diào)節(jié)作用。SH2-JH2接頭在EPO受體運輸中起作用,受體介導(dǎo)的JAK2 FERM二聚體的形成是激酶激活所必需的[13],FERM-JH2和SH2-JH2之間的相互作用增強JH2對JH1的抑制作用。使JAK2的酪氨酸激酶活性維持在基礎(chǔ)水平[9],并維持正常的細(xì)胞活性。相反,JH2中的V617F位點位于FERM-JH2界面,靠近SH2-JH2接頭,其突變使JH1和JH2之間的SH2-JH2接頭失去穩(wěn)定性,導(dǎo)致JH1結(jié)構(gòu)域的過度激活,在沒有細(xì)胞因子的情況下導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄改變,發(fā)展為MPNs[14]。JAK2V617F突變型和野生型的激活方式不同。JAK2V617F突變型通過影響FERM-JH2、SH2-JH2和JH1-JH2的相互作用來破壞JH2對JH1的自動抑制,其激活被認(rèn)為是通過殘基E596、F537和F595介導(dǎo),使突變體JAK2V617F晶體構(gòu)象變化,促使激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。其中E596是JAK2V617F致癌激活所必需的[15]。突變型和野生型都發(fā)揮激酶活性,前者通過基因位點突變誘導(dǎo)激酶過度激活,后者則表達正?；钚?。進一步研究兩者內(nèi)在聯(lián)系有助于對JAK2V617F突變的MPNs深入了解。

3 JAK2V617F在MPNs表型中的作用

個體遺傳背景可能會影響MPNs的發(fā)展傾向。JAK2V617F突變導(dǎo)致多能干細(xì)胞水平上的擴增。JAK2V617F突變在MPNs發(fā)病機制中占中心地位,兩者存在因果關(guān)系。但研究表明JAK2V617F突變不足以引發(fā)MPNs。MPNs的發(fā)展是一個基于個體和細(xì)胞背景差異組合的復(fù)雜過程。根據(jù)目前的研究,JAK2V617F突變型等位基因負(fù)荷、基因修飾、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子和生活方式都可能參與JAK2V617F相關(guān)的MPNs發(fā)展。

3.1突變頻率 JAK2V617F突變可以發(fā)生在任何一種MPNs亞型中。JAK2V617F突變在25%～30%的PV和2%～4%的ET中以純合狀態(tài)發(fā)生,JAK2V617F純合子突變?yōu)樽R別PV和ET提供了依據(jù)。Li等[16]發(fā)現(xiàn)JAK2V617F的純合化可使ET轉(zhuǎn)化為PV。此外,JAK2V617F突變型與野生型的占比可能對表型至關(guān)重要,這一假設(shè)已通過小鼠模型得到驗證。Tiedt等[17]揭示,當(dāng)JAK2V617F突變型表達頻率低于JAK2V617F野生型時,小鼠可出現(xiàn)ET表型,出現(xiàn)血小板計數(shù)和中度中性粒細(xì)胞增多;當(dāng)JAK2V617F突變型水平與JAK2V617F野生型水平大致相等時,則表現(xiàn)為血紅蛋白、血小板和中性粒細(xì)胞增多的PV表型,而較高突變頻率可導(dǎo)致PV樣表型但血小板沒有增多。由此可知,突變頻率的高低影響MPNs的表型,較低的JAK2V617F突變頻率更傾向于ET表型,較高突變頻率則傾向于PV表型,在繼發(fā)纖維化的患者中突變頻率可達100%[18]。

3.2表觀遺傳修飾 除了體細(xì)胞驅(qū)動基因,大多數(shù)患者存在一系列“髓系腫瘤相關(guān)”表觀遺傳調(diào)節(jié)因子基因的突變,參與染色質(zhì)修飾和DNA甲基化[19]。ET、PV、PMF 3種表型中甲基化的差異為表型異質(zhì)性提供了進一步的證據(jù)。ET和PV的異常甲基化主要參與細(xì)胞信號通路,而PMF的異常甲基化則更傾向于炎癥通路[20]。異常高甲基化TET2突變是JAK2V617F突變在MPNs中最常見的共存突變,有報道MPNs的表型可能受TET2和JAK2突變順序的影響,“JAK2優(yōu)先”更常在PV中檢測到,而“TET2優(yōu)先”常在ET患者中檢測到[21]。DNMT3A屬于高度保守的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶家族,其突變導(dǎo)致甲基轉(zhuǎn)移酶活性降低,與TET2相似,當(dāng)JAK2V617F在DNMT3A突變之前獲得時,MPNs患者更有可能出現(xiàn)PV,而首先獲得DNMT3A突變的患者更常發(fā)展為ET表型[22],JAK2V617F表達和DNMT3A缺失之間的突變合作推動PV到骨髓纖維化的進展[23]。此外,EZH2、IDH1或IDH2功能喪失突變與JAK2V617F協(xié)同啟動MPNs和促進骨髓纖維化[24-25]。除以上突變外,一種組蛋白去甲基化酶、NFE2的過表達都被證明可驅(qū)動JAK2V617F突變MPNs[25-26]。

3.3轉(zhuǎn)導(dǎo)信號 細(xì)胞因子受體在與配體結(jié)合后誘導(dǎo)構(gòu)象改變,通過JAK2活化將細(xì)胞外信號傳至細(xì)胞內(nèi)。在JAK2V617F突變驅(qū)動的MPNs中,同源細(xì)胞因子Ⅰ型二聚體激活信號級聯(lián)反應(yīng)是必須的。STATs與癌癥信號通路和細(xì)胞功能密切相關(guān)。STAT5是引起造血缺陷和MPNs的重要因素,CD34+細(xì)胞中野生型和突變型異型性分析表明,STAT5和STAT1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)果有所不同,STAT5對JAK2V617F信號轉(zhuǎn)導(dǎo)表現(xiàn)為增強紅細(xì)胞分化,而STAT1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)表現(xiàn)為約束紅細(xì)胞分化和促進巨核細(xì)胞分化[27-28]。因此,增強STAT1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可促進巨核細(xì)胞生成且紅細(xì)胞未見增多,更易表現(xiàn)為ET,降低STAT1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)或增強STAT5信號轉(zhuǎn)導(dǎo)則易表現(xiàn)為PV。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子HMGA2的過表達抑制細(xì)胞凋亡,使JAK2V617F突變的細(xì)胞具有生存優(yōu)勢,這種過表達在ET中更為常見[29]。此外,一些參與細(xì)胞增殖和造血的細(xì)胞因子在JAK2V617F突變的MPNs中發(fā)揮潛在作用,如胰島素受體底物(insulin receptor substrate,IRS)蛋白在MPNs中發(fā)揮作用,IRS2協(xié)同JAK2V617F誘導(dǎo)惡性轉(zhuǎn)化。慢病毒介導(dǎo)IRS2沉默則降低STAT5信號通路激活[30]。近年來,免疫功能失衡對MPNs的影響備受關(guān)注。在分析MPNs患者炎癥基因的表達時發(fā)現(xiàn),在同一患者中,JAK2V617F雜合細(xì)胞表達的p-選擇素顯著高于野生型細(xì)胞。JAKV617F雜合細(xì)胞克隆富集TNF-α、IL-6和INF-γ[31]。TNF-α的表達與JAK2V617F等位基因負(fù)荷相關(guān)。JAK2V617F激酶調(diào)節(jié)MPNs細(xì)胞TNF-α表達,使正常的造血干細(xì)胞以及TNF過敏性的祖細(xì)胞具有TNF抗性,在破壞正常造血的同時促進腫瘤細(xì)胞的克隆性增殖。DNMT3A缺失聯(lián)合JAK2V617F突變會增強TNF-α信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[23]。降低這種TNF-α的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能逆轉(zhuǎn)MPNs的發(fā)生,這在小鼠中得到證實。此外,細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶6(cyclin-dependent kinase 6,CDK6)影響炎癥因子的調(diào)節(jié),CDK6缺乏會減少脾腫大和改善MPNs臨床癥狀[32]。炎癥因子可與JAK2V617F突變誘導(dǎo)產(chǎn)生的活性氧交互作用,參與基因組不穩(wěn)定、JAK-STAT信號放大,促進疾病進展[33]。

3.4生活方式 生活方式可以通過細(xì)胞功能的轉(zhuǎn)變,誘導(dǎo)不同的因子釋放,從而影響體內(nèi)微環(huán)境變化,對MPNs發(fā)病和進展產(chǎn)生影響。飲食結(jié)構(gòu)、個體生活地域的差別可影響腸道菌群的組成。腸道菌群的代謝產(chǎn)物及與宿主之間的相互作用可能是一些疾病的始動因素[34],腸道菌群失調(diào)可能是MPNs的疾病觸發(fā)因素。吸煙與PV有強相關(guān)性,其機制尚不完全清楚,已有研究提出吸煙通過白細(xì)胞活化、內(nèi)皮功能障礙、氧化應(yīng)激和促炎因子的釋放促進全身慢性炎癥,誘導(dǎo)炎癥環(huán)境促進MPNs進展。有研究證實,肥胖可能是ET的風(fēng)險因素之一,低維生素D飲食可預(yù)防JAK2V617F轉(zhuǎn)基因小鼠發(fā)生骨髓纖維化,咖啡攝入量與PV的風(fēng)險呈負(fù)相關(guān)[35-37]。這些因素表明飲食和行為是影響MPNs發(fā)病和進展的因素,但其機制尚待明確。

3.5其他因素 感染和自身免疫性疾病的既往史與MPNs風(fēng)險增加相關(guān)。與對照組相比,MPNs患者既往診斷為炎癥性腸病的可能性提高40%[38]。居住環(huán)境中含有γ放射性核素增加ET風(fēng)險,且與PV無關(guān)。高等教育、職業(yè)因素可以降低MPNs風(fēng)險[39]。Hinds等[40]在正常人群中觀察到JAK2V617F等位基因比率升高的現(xiàn)象,并得出年齡增加是MPNs的危險因素。

4 結(jié)語

二代測序的應(yīng)用在MPNs發(fā)病機制的分子基礎(chǔ)研究中起到關(guān)鍵作用,驅(qū)動基因突變及其表達頻率差異可一定程度上預(yù)示疾病的表型和預(yù)后,JAK2V617F突變頻率、信號通路、表觀遺傳修飾、細(xì)胞因子、生活方式和其他因素,共同參與MPNs表型的異質(zhì)性與疾病的發(fā)展。然而,全面了解MPNs臨床表型及造血干細(xì)胞發(fā)展趨勢的機制仍需探索。這對進一步了解MPNs表型異質(zhì)性及發(fā)病機制,明確其進展過程,控制疾病惡化,尋求突破性的治療方法至關(guān)重要。