《MDS的发病机制》word版.doc

MDS的发病机制骨髓增生异常综合征( MDS ) 是一组具有造血干细胞异质性的克隆性疾病, 伴有血细胞质和量异常。其特点为主要发生在老年人, 男性多于女性; 外周血一系或三系血细胞减少, 常为全血细胞减少; 病态造血，高风险向急性白血病转化1。原发性MDS 病因不清, 继发性MDS 可由恶性血液病( 恶性淋巴瘤、多发性骨髓瘤) 及体瘤( 卵巢癌、肺癌、消化道肿瘤) 化疗、放疗引起。目前MDS的发病机制仍不完全清楚, 研究显示其发病与遗传、免疫、环境等多方面因素有关。目前仍不能确定MDS是起源于造血干细胞阶段还是定向祖细胞阶段。对于MDS的细胞和分子基础以及“早期”MDS如何进展到“晚期”MDS 或AML, 我们仍不十分清楚， 但是已清楚的是, MDS 具有与AML不同的生物学特征。因此, 较好地了解有关特征, 有助于依据MDS细胞遗传学、免疫学和骨髓微环境异常的特点, 更合理地选择治疗方案。本文就近年来对MDS发病机制的一些新的认识作以下介绍。1. 基因改变已有研究证实，多种基因的异常在MDS的发生、发展、转归中发挥重要作用。这些基因包括ras、 fms、Evi1、WT1、FLT3、JAK2、STAT5、Fas/FasL、bcl-2家族、Chk2/hCd-sl、IRF1、AML1、P53、D1k、Tec、GSTT、GSTM微卫星序列等。1. 1 生长调节基因Ras基因家族及其信号传导通路在肿瘤发生中的作用已经被证实,有研究表明在MDS中有10% 40% 存在ras基因的点突变, ras基因突变率因MDS的类型而异, 以慢性骨髓单核细胞性白血病(CMML)突变率最高。ras基因突变与患者的预后密切相关, 有ras基因突变者预后较差, 且易发展为急性髓细胞样白血病(AML) 2。fms基因编码人集落刺激因子-1(CSF-1)或巨噬细胞的细胞表面受体, 表达依赖配体酪氨酸激酶的活性, CSF-1可提高单核巨噬系统造血细胞的增殖和分化, fms基因区域与造血系统疾病密切相关。越来越多的证据表明3, 编码子969 的点突变与早期MDS亚型的发生有关。1. 2 细胞周期调控基因细胞周期调控基因, 如周期素( cyclin)、周期素依赖性激酶( CDK )及CDK 抑制剂( CK I) p15 INK4b 和p16INK4b等异常表达, 在许多肿瘤的发生中起着重要作用, 目前研究较多的是p15INK4b 基因。p15 INK4b 基因启动子区域内CpG 岛的高度甲基化在MDS中发生率较高。Solomon3等研究发现近61% ( 25 /41)的MDS患者存在p15 INK4b基因的甲基化, 该基因的甲基化与骨髓存在原始细胞数量明显相关, 序贯分析表明甲基化随着疾病向AML转化而增加。在MDS 诊断早期及疾病发展过程中均可发现p15INK4b甲基化, 而且与MDS 的AML转化有关。这可能在MDS的发病机制中起重要作用。EvI- 1定位于染色体3q26, 为一原癌基因, 与髓系恶性肿瘤的发生密切相关, 原发性癌基因EvI-1的过度表达在慢性髓细胞样白血病和MDS 向AML 转化中的作用已经被证实。除了上述基因外, 研究表明细胞周期调节蛋白E ( cyclin E )异常表达在MDS的发病中也可能起着重要作用。但是否与向白血病转化相关尚需进一步研究4。1. 3 WT1基因WT1基因是一种肿瘤抑制基因编码锌指蛋白转录因子, 位于染色体11p13q上, 最初在研究Wilmls肿瘤的病理时发现, 在儿童Wilmls肿瘤中及生殖泌尿系统的发育中起着重要作用。一直被认为是抑癌基因, 但在白血病中的研究却揭示WT1基因在正常骨髓中低表达, 而在白血病细胞中异常表达, 起着癌基因的作用5, 是一个泛白血病标记。近年来也有一些学者研究了WT1表达异常或突变在MDS 发病中的意义, 揭示WT1表达增高主要见于高危组MDS 患者, 并且WT1的表达水平与病情进展密切相关, 经有效化疗或干细胞移植后WT1 转阴。1. 4.FLT3基因FLT3又称胎肝激酶2( FLK2) 或干细胞酪氨酸激酶1(STK) , 属于型受体酪氨酸激酶家族成员, 是AML中最常发生变异的基因, 其在造血祖细胞中被优先表达。FLT3基因的内衔接重复在20%的AML和3%的MDS中被发现, 且FLT3的异常在难治性贫血伴原始细胞过多(RAEB)中较难治性贫血(RA) /环形铁粒幼红细胞性难治性贫血(RARS) 更为多见, 这种变异的出现多提示预后不良及从MDS向白血病转化的高风险性2。1. 5.JAK2及STAT5基因JAK家族, 是一种非受体型酪氨酸激酶, 目前发现4 个家族成员: JAK1、JAK2、JAK3和Tyk2。家族中不同成员参与不同类型的细胞因子信号传导。信号转导子和转录活化子(STAT ) 家族是在研究干扰素对基因表达的调控中被认识的, 是一种DNA结合蛋白, 在哺乳动物中已证实有7种家族成员。近年, 国外研究MDS发生机制的重要进展是, 逐步认识到细胞因子受体超家族普遍通过JAK /STAT 途径传导信息在MDS发病中的地位, 认为该途径的活化是MDS造血细胞增殖、分化、凋亡信号转导的重要机制之一。1.6 Fas/FasL基因Fas ( CD95) 是一个细胞表面蛋白, 它在与Fas 配体( FasL, CD95L) 或抗Fas 抗体结合后, 产生一种凋亡信号。如肿瘤细胞再次获得FasL, 并与之结合, 即对Fas 介导的凋亡产生耐受, 使许多肿瘤能够预先对免疫系统进行攻击或“反攻”。FasL 在肿瘤细胞上的表达, 通过刺激自身增殖而使这些细胞获得增长优势。MDS中自身抗体的产生与多克隆浆细胞增值有关，引起可溶性Fas抗原增加，继而抑制凋亡信号的产生6。1.7 Bcl-2家族Bcl-2基因（即B细胞淋巴瘤/白血病-2基因）是一种原癌基因，它具有抑制凋亡的作用，并用近年来的一些研究已开始揭示这一作用的机制。目前已经发现的Bcl-2蛋白家族按功能可分为两类，一类是象Bcl-2一样具有抑制凋亡作用，如哺乳动物的Bcl-X1、Bcl-W、Mcl-1、A1、线虫Ced-9、牛痘病毒E1B119kD等，而另一类具有促进凋亡作用，如Bax、Bcl-Xs、Bad、Bak、Bik/Nbk、Bid和Harakiri。在MDS中随着疾病的发展，Bcl-2表达增强，凋亡组（Bax/Bad）与抗凋亡组（Bcl-2/Bxl-x）的比例明显下降7。1.8 P53基因P53因编码一种分子质量为53 kDa的蛋白质而得名，是一种抗癌基因。其表达产物为基因调节蛋白（P53蛋白），当DNA受到损伤时表达产物急剧增加，可抑制细胞周期进一步运转。P53 抑癌基因可通过基因突变和缺失而失活, 但P53基因在MDS 中的突变率很低, 而P53基因甲基化的发生率却较高, 尤其在17p- 病例P53 基因甲基化的发生率高达69%, P53 基因过度表达在原发性MDS 为14%21%, 继发性M DS 为60%, 且与核型异常、白血病转变、生存期长短等相关2。1.9IRF1-1基因IRF1-1:5q31:其功能是激活I型干扰素和某些干扰素介导的基因的转录活性，具有抑癌特性7。1.10 Chk2/hCd-sl基因Chk2/hCd-sl基因被称为DNA损伤关卡基因，它编码一族可感知DNA损伤的蛋白，使受伤细胞停滞于G1期或G2期，是肿瘤抑制基因7。1.11 GSTM微卫星序列微卫星序列是分散在整个基因组的高度多态性的短串联重复序列, 参与基因表达调控。微卫星序列不稳定性(MSI) 是指微卫星序列中重复单位的数目变化, 是由错配修复基因缺陷引起DNA 复制错误所致, MSI 可引起基因组不稳定性。MDS 的M SI 发生率很高, 提示MDS 恶性演变与基因组复制和修复错误有明显关系。1.11 线粒体DNA异常环形铁粒幼细胞是MDS中的一个重要的病态造血现象, 是由铁负荷过多的线粒体绕核周排列而成, 应用电镜发现幼红细胞中存在着广泛的核、浆异常。而线粒体改变除了表现为铁蓄积外, 还有形态异常、肿胀扩大等改变, 可伴内膜断裂。线粒体DNA ( mt-DNA ) 突变可能是引起线粒体铁负荷过多的一个重要原因。mt-DNA 突变导致呼吸链上参与氧化还原反应的一些酶发生缺陷, 三价铁不能被还原为亚铁用于血红素合成, 从而在线粒体内发生蓄积。由于mt-DNA 不含内含子, 既无组蛋白保护又无DNA 修复酶, 所以较染色体DNA 更易发生突变。因此, m t-DNA 突变可能在MDS的发病早期起着重要作用2。1. 12 血管新生及其调节基因血管新生是指在原有血管的基础上形成新的微小血管。血管新生介质有血管内皮生长因子(VEGF)、纤维母细胞生长因子、血管生成因子、促血管素、肝细胞生长因子、白细胞介素-6( IL-6)、白细胞介素-1( IL-1)、白细胞介素-8( IL-8)等。研究证实MDS中血管新生增加, 增生的程度与疾病的进展密切相关, 造血细胞中特殊生长因子的过度表达影响肿瘤的微环境, 也提示了在MDS肿瘤生长和增殖过程中, 这些细胞因子有自分泌作用。1. 13 其它基因Miyazato8等应用含230个基因编码膜蛋白生长因子和转录因子的DNA 微阵列对MDS 进行分析时, 对来自MDS和AML的AC133造血干细胞的研究结果显示: 许多基因呈疾病特异性表达, 如D1k、Tec(编码非受体蛋白酪氨酸激酶)、三磷酸肌醇受体I型基因与MDS高度相关。D lk编码一种跨膜蛋白, 属于内皮生长因子样蛋白超家族, 可能通过介导微环境间质细胞与造血干细胞的相互作用对增殖和分化进行调控。另有资料显示, AML1 基因、CCAT 增强子结合蛋白( C /EBP)基因等在MDS的发病机制中均起着不同程度的作用。2.染色体异常染色体检测发现, MDS 患者染色体异常率高达50% 90%, 以不平衡异常多见, 如5q- 、- 5、- 7、+ 8, 部分为发生于第3、12、20 位染色体的平衡异位。另外, 染色体异常与预后密切相关, 如- 7、复合染色体异常为高危, 染色体正常、5q- 、20q- 为低危9。3. 细胞凋亡改变多数作者认为，MDS患者骨髓细胞凋亡较正常人或良性血液病患者增多，且以低危组增加更为明显。增加的凋亡细胞包括造血干细胞、祖细胞（CD34）、粒、红、巨三系造血细胞。MDS的恶性克隆细胞分泌并促进凋亡因子，造成正常克隆细胞过度凋亡，自身形成优势克隆增值而向白血病转化。MDS 患者早期表现为造血细胞的凋亡增加, 增殖和存活时间减少。这就促使人们研究造血过程中负向调节因子IFN、TNF 和TGF信号, 以及氧化和DNA 损伤应激反应。利用基因表达谱等手段证实, 在MDS骨髓细胞中许多诱导IFN 的基因表达上调; 抑制TGF信号可以改善MDS患者红系造血功能。MDS早期造血细胞的缺失提示自我更新能力的缺陷。显然, 调节造血干细胞自我更新、分化以及静止的基因存在的异常, 有助于发现MDS造血的异常。已确定一系列基因在小鼠造血干细胞自我更新中起到重要调节作用, 包括polycomb基因BMI-1、cdk抑制子p18、PTEN 磷酸酶、zfx和ETS蛋白MEF。同样, 一系列基因在控制造血干细胞静止中发挥作用, 这些基因包括Fbw7、TPO、血管生成素1、GATA-2和MEF。但是, 对于这些基因在MDS发生发展中的变化和意义还没有进行深入研究4. 干细胞龛在MDS中的作用干细胞龛提供信号来维持造血干细胞静止性以及在很大程度上防护氧化应激。干细胞龛信号的缺陷可导致造血干细胞逐步丢失。在MDS 患者和由MDS 转为AML患者中可观察到髓系长时间受抑制, 可能只残留少量的正常造血, 提示随着时间的推移, MDS 患者逐渐丢失造血干细胞(可能由于自我更新的缺陷)而MDS 干细胞蓄积(可能由于更有力地竞争干细胞龛)。在小鼠模型中, 由于ROS的产生和氧化应激导致造血干细胞丢失过程中, 受累及的有FoxO 转录因子、p38MAPK 和ATM 蛋白。令人关注的是, MDS骨髓细胞中p38激酶水平升高, 而p38抑制剂能减少MDS祖细胞凋亡。MDS的进展可分为3或4个阶段, 包括进展到急性白血病、丧失增殖和分化能力导致进展性全血细胞减少。许多研究者对MDS 转为AML 进行研究, 但对于患者有进展性血细胞减少, 而没有原始细胞增多和病态造血恶化的机制还不清楚。特别是增殖缺陷是否发生, 这种缺陷出现在干细胞还是“短暂倍增细胞系”也不清楚。再生障碍性贫血患者, 尤其是对免疫抑制剂有部分反应的患者, 可发展成为MDS。这样的MDS 患者通常伴有+ 8或7号染色体部分或全部丢失。其发生机制还不清楚, 但是这提示了“适者生存”的选择性, 生长能力强的细胞能在恶劣的环境中生存。调节细胞定向分化(向髓系或淋巴系分化)的一系列基因已被确定。由于这些TFs ( CEBPA、PU-1、GATA-1) 活化功能缺陷, 可导致分化受损。其他蛋白如Id1, 阻断E box 蛋白结合DNA, 阻止造血干细胞定向分化为髓系。缺乏Id1, 造血干细胞不能自我更新, 最终耗竭。细胞周期调节基因和p53途径的基因在这一过程中也发挥作用。在老化的造血干细胞自我更新中, 特殊途径的作用还不清楚。造血干细胞与干细胞龛紧密相关, 移植实验证实在植入成功的小鼠体内, 供者骨髓细胞自我更新能力增强, 并能使骨髓达到相同增生程度。这就提示造血干细胞能传递信号, 上调干细胞龛的数量, 以满足造血干细胞自我更新的需要。在小鼠模型中已确定了存在骨内龛和血管内龛。骨内龛是成骨细胞发挥调节干细胞作用的部位。在某些疾病时出现的髓外造血部位, 如肝、脾及淋巴结是没有成骨细胞的, 证明在这些部位存在血管干细胞龛, 其中内皮细胞维持造血干细胞功能。阻断MDS干细胞粘附以及归巢到骨髓龛可能是行之有效的治疗方法。已证实CD44通过影响细胞的归巢能力以及诱导分化可去除AML1 干细胞。同样, CXCR4 和其趋化因子配体SDF-1 ( CXCL12)的结合, 可使MDS 造血干祖细胞动员出骨髓。其他调节干细胞行为的配体和受体, 如血管生成素1 /Tie-2, 也可成为治疗的靶点。105. 免疫功能异常5.1 T淋巴细胞异常5.1.1研究认为MDS中T细胞出现了异常活化, 其机制可能为: 造血祖细胞异常表达癌基因、融合基因或源自感染的未知抗原直接刺激, 活化CD8+ T 细胞发生非MHC 依赖性单/ 寡克隆扩增, 从而启动自身免疫过程; 专职APC 诱导T细胞异常活化, 从而导致造血抑制。T 细胞异常克隆性增生在MDS免疫学发病机制中最受关注。T 细胞库的多样性来源于大量的T 细胞受体(TCR ) 可变区TCR V和TCR V基因的重排和重组。外界刺激活化特异性T 细胞, 使之克隆性扩增, 致其受体分子过表达。5.1.2 T细胞异常活化的表现和亚型变化: MDS 患者T细胞标志( CD2、CD7) 及其活化标志HLA2DR 表达增加, 且随病情进展CD2+ 细胞 比例与CD7+ 细胞比例变化大, 活化的抑制性T细胞( CD8+ CD25 + HLA2DR + ) 增多, T细胞的早期激活标志CD69 表达增加等。 5.1.3Th1 /Th2 和T c1 /Tc2 的改变: CD4 + 辅助性T 细胞( Th) 根据其分泌的细胞因子和功能不同分为Th1细胞和Th2细胞, CD8+ 细胞毒性T 细胞( Tc )亦分为Tc1和Tc2 细胞。Th1、Tc1 ( I 型细胞)主要介导细胞免疫; Th2、Tc2 ( II型细胞) 主要调节体液免疫, 两型细胞之间的平衡决定免疫反应的走向。研究证实Th1 /Th2, T c1 /Tc2 的极化走向是免疫应答调节的关键环节, Th1 /Th2、Tc1 /Tc2 的极化异常或缺陷均可导致疾病。近年来研究发现MDS患者也存在Th1 /Th2、Tc1 /Tc2 异常。表现为Th1 /Th2、Tc1 /Tc2 比值升高, I型反应异常增强。Tsuda等用流式细胞分析仪在单个细胞水平分析Th1 / Th2、Tc1 /Tc2比值, 发现RA 患者外周血中, Th1、Tc1 轻度增高, 而Th2、T c2 显著降低, 结果Th1 /Th2、Tc1 /Tc2比值显著升高。而Th1、Tc1 可通过分泌干扰素( IFN ) 2 、肿瘤坏死因子( TNF ) 2.等细胞因子导致骨髓造血细胞的凋亡增加。而且IFN2 、TNF2.等细胞因子可以抑制CD34 + CD38- 和CD34 + CD38 + 细胞的集落形成能力, 并且使骨髓CD34+ 细胞的凋亡明显增加。MDS 患者存在骨髓细胞凋亡增加部分原因可能是由于Th1、Tc1产生的促凋亡细胞因子所致。同时Tc1 还可直接杀伤造血细胞, 导致造血功能异常。5.1.4 T淋巴细胞数量和CD4 /CD8 亚群的改变: 一些研究显示M DS外周血及骨髓中的CD3 + T 细胞总数减少, 以CD4+ 细胞减少为著, CD4 /CD8 亚群比例倒置。但也有报道在MDS患者的外周血中, CD3+ 、CD4+ 、CD8+ 细胞的数量和比例均无明显改变, 而在骨髓中有异常改变: 在难冶性贫血( RA ) 患者的骨髓中, CD4 /CD8比值下降( CD4 + 细胞数量下降, CD8+ 细胞正常) ; 而难冶性贫血伴原始细胞增多( RAEB ) 患者骨髓中的CD3 + 、CD4 + 、CD8 + 的绝对计数均下降, 但比值不变。115.2 B淋巴细胞异常Hesham12等发现MDS患者(难治性贫血型、难治性贫血伴环形铁粒幼细胞型、难治性贫血伴原始细胞增多型)外周血总淋巴细胞计数显著降低, 并与生存率成负相关。MDS 转变中的难治性贫血伴原始细胞增多型与慢性粒2单细胞性白血病患者骨髓淋巴细胞凋亡较急性髓系白血病患者及正常人显著增加, 以B 细胞、CD19+ 细胞为著, 而CD4 + 、CD8+ 细胞无凋亡增加表现。据此认为MDS患者骨髓B 细胞的变化与髓系、红系、巨核系异常有关, 是发病机制之一。1陆再英，钟南山等主编内科学M.人民卫生出版社，2008.6:596.2赵凤华.骨髓增生异常综合征发病机制的研究进展J.儿科药学杂志，2009,15（2）:50-523 Ha Thanh Nishino, Chung-Che Chang. Myelodysplastic Syndromes Clinicopathologic Features, Pathobiology, and Molecular Pathogenesis J. Review Article, 2005, 129: 1299-1310.4 Silvia Buonamic,i Dong lan L ,i Yiqing Ch,i etal EVI1 induces myelodysplastic syndrome in m ice J. The Journal of Clinical Investigation, 2004, 114( 5): 7