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慢性粒細胞白血病急變相關基因研究進展
中華血液學雜志
CHINESE JOURNAL OF HEMATOLOGY
1999年第1期No.1 1999
熊慧綜述 陳賽娟審校
關鍵詞：慢性粒細胞白血病(CML) cML急變 基因
慢性粒細胞白血病(CML)是一種起源于多能造血幹細胞的血液系統惡性疾病。根據其臨床進展，可分為慢性期(CP)，加速期(AP)和急變期(BC)。加速期和急變期表現為分化受阻，不受髓細胞生成調節因子的調節。研究CML急變的分子機制一直成為國內外的研究熱點。近年來，許多臨床和實驗觀察都顯示CML急變時涉及到許多基因的改變，現將研究現狀綜述如下。
1 BCR-ABL基因與CML急變
早在1960年Nowell和Hungerford就在CML患者的白血病細胞中發現了費城染色體(Ph染色體)。1973年，Rowley等應用染色體分帶技術，證明Ph染色體是由于t(9;22)(q34.1;q11.21)而形成的。
位于9q34上的ABL原癌基因易位至22q11的BCR基因3′端，形成BCR-ABL融合基因，其產物為相對分子質量為210×103的BCR-ABL融合蛋白(p210)。與正常的ABL蛋白相比，p210有更強的酪氨酸蛋白激酶活性，在體外能使造血祖細胞轉化。Daley等﹝1﹞在骨髓移植模型中，將人BCR-ABL基因導入小鼠骨髓細胞，再輸入接受致死劑量照射的同系小鼠，結果在絕大多數受體小鼠產生了類似人CML的病變，這些研究肯定了p210在白血病發生中起直接作用。
根據22號染色體斷裂點的精確定位，可將M-BCR重組分為兩個區域，即M-BCR的5′端和3′端重組(見圖1)。Schaefer-Rego等﹝2﹞認為M-BCR內的斷裂點定位可能與CML急變相關，尤其斷裂點在3′端的容易急變。也有學者認為：BCR斷裂部位(亞區b2或亞區b3)與患者的病程、存活期及預後無明顯關系，但與患者急變的細胞類型有一定的關系。斷裂點在亞區b2與亞區b3比較，發生急性髓系白血病(AML)的急變明顯多于急性淋巴細胞白血病(ALL)的急變﹝3﹞。但不少學者未能證實這些相關性，現認為這些不同的結果可能是由于對病例選擇的差異以及對確切發病期估計的不同所致。
圖1 BCR基因結構簡圖(↑為斷裂點位置)
Ph染色體也出現在5%～20%的ALL和2%的AML中，此時至少有50%的BCR斷裂點位于m-BCR(也稱為次要斷裂點叢集區)，可形成較小的BCR-ABL融合基因，產生相對分子質量為190×103的融合蛋白質。與p210相比，p190有更強的酪氨酸蛋白酶活性和轉化潛能。不少研究表明，p190僅出現在急性白血病細胞中，部分CML患者從慢性期向急變期轉化與產生p210向產生p190轉化有關﹝4﹞。
BCR斷裂點還位于u-BCR(見圖1)，產生e19a2BCR-ABL融合基因，產生相對分子質量為230×103的融合蛋白質。與p210和p190相比，p230多見于慢性中性粒細胞白血病(CML-N)，其臨床病程經過良好，不易發生急變﹝5﹞。
近來，有些學者還注意到BCR-ABL基因表達水平與CML急變有關。CML患者從慢性期發展到急變期，往往伴隨著BCR-ABL mRNA水平的明顯升高，BCR-ABL基因的表達狀況和CML細胞的成熟度呈負相關，而且這一分子生物學改變可發生于細胞形態學變化之前﹝6，7﹞。進一步研究表明：BCR-ABL是一種抑制凋亡的基因，能通過抑制細胞凋亡，而使細胞數量增加﹝8﹞，基因組的內在不穩定性也隨之增加，這樣細胞就容易發生第2次突變，從而使CML向急性期發展。BCR-ABL基因轉錄增加的原因仍不太清楚，有人認為是與幹擾素(IFN)對該基因表達的下調作用減弱有關，亦有人推測它與CML急變相對不成熟的單個核細胞所佔的比例升高有關﹝6，7﹞。
在CML急變中，Ph染色體除經典的t(9;22)外，還可出現其他多種形式的變異易位和復雜易位，它和CML急變的關系目前仍限于臨床病例報道，尚缺少深入的發病機制研究。
2 其他癌基因與CML急變
所有編碼生長因子，生長因子受體，第二信使以及調節基因轉錄的基因都有潛在的成為癌基因的可能。癌基因質和量的改變，可導致腫瘤的發生。在CML的病情發展中，也有該因素的參與。除了ABL癌基因外，還涉及到其他癌基因的改變。
2.1 生長因子基因與CML急變：
sis基因的蛋白產物是PDGF(血小板衍生生長因子)，包括A鏈和B鏈形成的異二聚體和同二聚體。巨核細胞、巨噬細胞及其他一些細胞和組織都可合成PDGF。PDGF是有效的有絲分裂原和趨化。CML加速期和急變期，PDGF表達量可明顯增加，使骨髓原始纖維細胞生長失控，最後導致骨髓纖維化﹝9﹞。
2.2 生長因子受體基因與CML急變：
粒系集落刺激因子受體基因 (G-CSFR基因)，其產物是調節粒系增殖和分化的重要功能物質，許多研究資料證實，在AML中存在著G-CSFR基因的突變，進一步的研究顯示，CML急變過程中，亦可伴有該基因突變的發生﹝10﹞。
2.3 Ras基因與CML急變：
Ras基因的蛋白產物p21是一種膜結合G蛋白，介導許多信號傳導途徑。近年來，也有不少學者研究了Ras基因與CML急變的關系。在慢性期和急變期，Ras基因的突變率分別為3.6%和15.6%，伴有Ras基因突變的患者容易進入急變期﹝11﹞。還有資料顯示，異常的Ras基因可誘導白血病細胞分泌PTHrP(甲狀旁腺激素相關蛋白)，該蛋白質與CML急變時出現的高血鈣有關﹝12﹞。Ras基因突變對于包括CML在內的慢性骨髓增殖性疾病的病程發展均有影響，但也有學者提出異議﹝13﹞。
2.4 轉錄因子基因與CML急變：
2.4.1 c-myc基因與CML急變：c-myc基因定位于8q24，編碼一個結合蛋白p62。c-myc基因表達對細胞的生長調控有兩方面作用。一方面參與細胞增殖、分化和細胞週期的調節，另一方面亦能啟動凋亡程序。CML急變時，c-myc表達常明顯增加，提示它可能也參與CML急變的發生和發展。可能c-myc基因通過抑制粒系分化，增加細胞增殖潛能，同時通過與bcl-2基因的協同作用抑制凋亡，從而促進CML向急變期發展﹝14﹞。
2.4.2 AML1-EVI1融合基因與CML急變：CML急變時，80%的患者可出現附加染色體異常。雖然在3q26區域染色體異常在CML急變時不常見，但inv(3)(q21;q26),t(3;3)(q21;q26),尤其是t(3;21)(q26;q22)，往往標志著疾病向巨核細胞急變發展。t(3;21)(q26;q22)的結果，產生AML1-EVI1融合基因，編碼相對分子質量為180×103的融合蛋白，其氨基端為50%的AML1基因，羧基端含有EVI1的2個鋅指區域和羧基端。目前認為該融合蛋白是一個嵌合的轉錄因子，具有雙重功能。一方面能抑制正常的AML1與PEBP2位點結合後的轉錄，導致粒系分化受阻，另一方面可通過增加AP-1的活性，刺激細胞增殖，從而發揮其癌基因作用，導致疾病向急變期發展﹝15﹞。
3 抑癌基因與CML急變
由于基因的突變在大多數情況下是使基因功能減弱或消失，而不是基因功能的增加，所以，抑癌基因異常在腫瘤發生中的作用可能更為重要。近年來，抑癌基因在CML急變中的作用也得到了廣泛的重視。
3.1 p53基因與CML急變：
p53基因是一種抑癌基因，定位于人類染色體17p13.1，全長16～20kb，共有11個外顯子，編碼393個氨基酸。正常野生型p53蛋白是細胞生長的負性調節劑，在細胞週期中，通過阻止G1期細胞進入S期，而使損傷的DNA或染色體有時間得以修復。若損傷嚴重時，p53蛋白能觸發凋亡機制以去除損傷的細胞。p53基因作為基因組的監護點，在保持基因組的內在穩定性和阻止細胞轉化中起重要作用﹝16﹞。
不少研究表明p53基因的改變與CML疾病分期有密切關系，在CML向急變轉化中起促進作用﹝16﹞。p53基因組的突變多見于加速期和急變期，突變頻率為20%～30%，在各種急變中，以AML急變最常見，罕見于巨核細胞變，在ALL急變中未發現。
80年代後期一些報道認為在CML急變中，p53基因組突變的方式以明顯的結構改變如重排、缺失為主，但近期研究發現p53基因的微小變化(如點突變)並不少見。突變可發生在外顯子和內含子，外顯子點突變熱點位于進化發育過程中的4個保守區，包括129～146，171～179，234～260，270～287密碼子，尤以175，248，249，273，282密碼子最常見。內含子突變主要發生在外顯子和內含子的接頭部位，尤其是在具有獨特二核苷酸的剪接受體和供體部位，這些微小突變產生異常mRNA，導致p53基因失活﹝16﹞。最近也有人報道了不是通過p53基因點突變，而是通過其他未知原因影響剪接進程，也可導致p53基因失活﹝17﹞。
在CML向急變期發展中，p53基因點突變常同時伴有另一等位基因丟失。目前認為p53基因點突變發生在17p上p53等位基因之一缺失之後﹝16﹞。p53基因缺失，細胞進入S期，大量增殖，同時細胞凋亡受到抑制，細胞損害性成熟，基因組內在不穩定性增加，細胞容易發生第2次突變，包括p53基因本身，最後導致CML向急變期發展。
3.2 p16基因與CML急變：
p16基因，又稱為MTS1、INK4、CDK4I、CDKN2，最近認為也是一種抑癌基因，定位于人類染色體9p21，有3個外顯子，編碼相對分子質量為16×103的蛋白質。p16蛋白最初在各種腫瘤病毒(包括SV40，乳頭瘤病毒，腺病毒)轉化細胞中，作為一種CDK4相關蛋白被鑑定的。p16蛋白是CDK4的一種抑制因子，通過抑制細胞週期蛋白D/CDK4活性，參與並調節細胞從G0期向G1期轉化。近年來，不少研究組認為，p16基因的純合性缺失在CML向急性期轉化中起促進作用，且僅限于ALL急變，缺失頻率見于40%～50%的ALL急變患者中﹝18﹞。p16基因的純合性缺失，p16蛋白對細胞週期蛋白D/CDK4的抑制作用被解除，細胞週期蛋白D/CDK4復合物就能使RB磷酸化，使細胞轉化、異常增生，外週血中非成熟細胞數量增加，疾病向急變期發展。
鑑于p53基因突變僅限于急非淋變的病例，而p16基因突變僅限于ALL急變的病例。在Serra等﹝18﹞的研究中也未發現在同一病例中同時涉及p53和p16基因的改變，故提示p53和p16基因是通過不同途徑引起CML向兩個不同的方向發展。可能，p53和p16基因的改變，使BCR-ABL的轉化潛能得以充分實現，最後導致急性白血病。
4 其他基因與CML急變
此外，在CML急變過程中，可發現hlim-1基因和GATA基因編碼的轉錄因子的表達都有不同程度的升高﹝19，20﹞。位于11p15的降鈣素基因可發生高甲基化﹝21﹞。在CML向ALL急變發生的過程中，還可出現免疫球蛋白重鏈基因持續的重組﹝22﹞。我們所在的實驗室還發現在1號染色體1q12-21區域可能存在1個或多個與CML急變密切相關的重要基因。這些事件發生的確切機制還不清楚，可能與CML急變時，基因組內在不穩定性增加，導致克隆進化有關。
綜上所述，CML是一種異質性的疾病，CML急變具有廣泛而復雜的分子基礎，涉及到多方面的分子病理變化，包括癌基因，抑癌基因和其他基因量和質的異常，它們相互影響，相互作用，促進CML急變期的形成。真正的急性變機制仍有待于進一步研究和探討。
作者單位：200025 上海第二醫科大學附屬瑞金醫院、上海血液學研究所
參考文獻
[1] Daley GQ,van Etten RA,Baltimore D.Induction of chronic myelogenous leukemia in mice by the P210 bcr/abl gene of the Philadelphia chromosome.Science,1990,247:824.
[2] Schaefer-Rego K,Dudek H,Popenoe D,et al.CML patients in blast crisis have breakpoints localized to a specific region of the bcr.Blood,1987,70:448.
[3] Morris SW,Daniel L,Ahmed CMI,et al.Relationship of bcr breakpoint to chronic phase duration,survival and blast crisis lineage in chronic myelogenous leukemia patients presenting in early chronic phase.Blood,1990,75:2035-2041.
[4] Tanaka M,Yamazaki Y,Hattori M,et al.The dual expression of minor and major bcr/abl chimeric mRNA in blast crisis of chronic myelogenous leukemia.Leuk Res,1996,20:575-580.
[5] Pane F,Frigeri F,Sindona M,et al.Neutrophilic-chronic myeloid leukemia:a distinct disease with a specific molecular marker(bcr/abl with C3/A2 junction).Blood,1996,88:2410-2414.
[6] Gaiger A,Henn T,Geissler K,et al.Increase of bcr-abl chimeric mRNA expression in tumor cells of patients with chronic myeloid leukemia precedes disease progression.Blood,1995,86:2371-2378.
[7] Wetzler M,Talpaz M,van Etten RA,et al.Subcellular localization of bcr,abl and bcr-abl proteins in normal and leukemia cells and correlation of expression with myeloid differentiation.J Clin Invest,1993,92:1925.
[8] Bedi A,Zehnbauer B,Barber J,et al.Inhibition of apoptosis by bcr-abl in chronic myeloid leukemia.Blood,1994,83:2038-2044.
[9] Kimura A,Nakata Y,Hyodo H,et al.Platelet-derived growth factor expression in accelerated and blastic phase of chronic myelogenous leukemia with myelofibrosis.Br J Haematol,1994,86:303-307.
[10] Carapeti M,Soede BA,Hochhaus A,et al.Rarity of dominant-negative mutations of the G-CSF receptor in patients with blast crisis of chronic myeloid leukemia or de novo acute leukemia.Leukemia,1997,11:1005-1008.
[11] Tanaka K,Takauchi K,Takechi M,et al.High frequency of RAS oncogene mutation in chronic myeloid leukemia patients with myeloblastoma.Leuk Lymph,1994,13:317-322.
[12] Kubonishi I,Asahi Y,Machida H,et al.PTHrP-mediated hypercalcaemia in a case of CML blast crisis.Br J Haematol,1997,96:165-167.
[13] Gaidano G,Guerrasio A,Serra A,et al.Molecular mechanisms of tumor progression in chronic myeloproliferative disorders.leukemia,1994,8(Suppl):27-29.
[14] Handa H,Hegde UP,Kotelnikov VM,et al.Bcl-2 and c-myc expression,cell cycle kinetics and apoptosis during the progression of chronic myeloid leukemia from diagnosis to blast crisis.Leuk Res,1997,21：479-489.
[15] Mitani K.Molecular mechanism of blastic crisis in chronic myelocytic leukemia. Leukemia, 1997,3(Suppl):503-505.
[16] Fenaux P.The clinical significance of mutations of the P53 tumor suppresser gene in hematological malignancies.Br J Haematol,1997,98:502-511.
[17] Nakai H,Kaneko H,Horiike S.Multiple aberrant splicing of the P53 transcript without genomic mutations around exon-intron junctions in a case of CML in blast crisis----a possible novel mechanism of P53 inactivation.Br J Haematol,1994,87:839-842.
[18] Serra I,Gottardi E,Ragione FD,et al.Involvement of the cyclin-dependent kinase-4 inhibitor(CDNK2) gene in the pathogenesis of lymphoid blast crisis of chronic myelogenous leukemia.Br J Haematol,1995,91:625-629.
[19] Dong WF,Heng HH,Lowsky R,et al.Cloning,expression,and chromosomal localization to 11p12-13 of a human LIM/HOMEOBOX gene,hLim-1.DNA Cell Biol,1997,16:671-678.
[20] Schimamata T,Ohyashiki K,Ohyshiki JH,et al.The expression pattern of erythrocyte/megakaryocyte-related transcription factors GATA-1 and the stem cell leukemia gene correlates with hematopoietic differentiation and is associated with outcome of acute myeloid leukemia.Blood,1995,86:3173-3180.
[21] Mills KI,Guina BA,Walsh VA,et al.Increasing methylation of the calcitonin gene in CML patients.Leuk Res,1996,20:771-775.
[22] Kiyoi H,Fukutani H,Yamauchi T,et al.Continuing immunoglobulin heavy chain gene rearrangements in chronic myeloid leukemia with recurrent B-lymphoid blast crisis after bone marrow transplantation.Leukemia,1995,9:265-270.
收稿：1998-03-31
(校對：仵乾玉)
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