白細(xì)胞介素3受體α亞基與急性髓系白血病的靶向治療

黃家福(綜述)，吳 勇，陳元仲(審較)

(1.福建醫(yī)科大學(xué)，福州350000;2.福建省血液病研究所，福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院，福州350000)

造血細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖和分化能力受體內(nèi)多種造血生長(zhǎng)因子的調(diào)控，如白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1、IL-3、IL-5、IL-6、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)等。這些細(xì)胞因子通過(guò)與靶細(xì)胞表面特異受體結(jié)合而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。近年來(lái)研究表明，IL-3Rα異常表達(dá)在急性白血病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中扮演著重要角色。針對(duì)IL-3Rα定向清除白血病細(xì)胞可能成為急性髓系白血病(acute myeloid leukemia，AML)治療的新途徑?，F(xiàn)對(duì)IL-3Rα及針對(duì)此位點(diǎn)的AML靶向治療研究進(jìn)展綜述如下。

1 IL-3Rα與急性白血病

IL-3受體系統(tǒng)包括 IL-3R、IL-5R和 GM-CSFR。IL-3R、IL-5R和GM-CSFR由細(xì)胞因子特異α亞基(GM-CSFRα、IL-3Rα、IL-5Rα)和共同 β 亞基(βc)組成。IL-3、GM-CSF和IL-5通過(guò)與細(xì)胞表面的相應(yīng)受體結(jié)合而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。α亞基為低親和力受體，能特異性與相應(yīng)配體結(jié)合，但單獨(dú)不傳遞信號(hào);β亞基不能單獨(dú)與配體結(jié)合，主要轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)［1-2］。α亞基與β亞基結(jié)合形成高親和力受體復(fù)合物，當(dāng)與生理濃度的配體結(jié)合，β共同亞基磷酸化，可通過(guò)銜接蛋白Shc、Grb2、Sos激活Ras信號(hào)途徑。后者刺激Raf誘導(dǎo)下游與細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1和2相關(guān)的促分裂素原活化蛋白激酶途徑，上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子c-fos和c-jun的表達(dá)。此外，p38和JNK/STATs(兩面神激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子)也參與這個(gè)途徑［3］。IL-3R 系統(tǒng)的另一條重要途徑是磷脂酰肌醇3激酶/AKT，磷脂酰肌醇3激酶的p58亞單位與活化的hβc亞基結(jié)合，通過(guò)絲氨酸殘基磷酸化，恢復(fù)蛋白質(zhì)絲/蘇氨酸激酶，傳遞生存信號(hào)［4］。

最近 Chen 等［5-6］還發(fā)現(xiàn)IL-3Rα存在兩種不同的異構(gòu)體:全長(zhǎng)的IL-3Rα稱(chēng)為SP1;缺失N-末端Ig樣結(jié)構(gòu)域的IL-3Rα稱(chēng)為SP2。SP1和SP2介導(dǎo)IL-3和βc鏈上不同的位點(diǎn)結(jié)合。SP2介導(dǎo)IL-3結(jié)合于βc鏈的結(jié)構(gòu)域1和結(jié)構(gòu)域4之間，SP1介導(dǎo)的IL-3結(jié)合位置和SP2不同;在鼠FDPC-mix細(xì)胞過(guò)表達(dá)hIL-3Rα/hβc基因，研究IL-3RαSP1和SP2對(duì)細(xì)胞增殖、分化的影響，結(jié)果表明，表達(dá) hIL-3RαSP2/hβc的 FDCP-mix細(xì)胞表現(xiàn)出分化能力，而表達(dá)hIL-3RαSP1/hβc的FDCP-mix細(xì)胞表現(xiàn)出自我更新增殖能力。這表明，SP2和SP1介導(dǎo)產(chǎn)生不同的細(xì)胞增殖和分化效應(yīng)［5］。

急性白血病是造血系統(tǒng)惡性腫瘤，以造血細(xì)胞分化成熟受阻、未分化細(xì)胞大量增殖為特征。體外實(shí)驗(yàn)表明，IL-3Rα高表達(dá)可以提高細(xì)胞對(duì)IL-3的敏感性，有利于形成為IL-3非依賴(lài)性的克隆或在很低劑量的IL-3刺激下即能增殖，提示IL-3受體α的高表達(dá)促進(jìn)造血細(xì)胞過(guò)度增殖，有可能導(dǎo)致白血?。?］。臨床研究表明，IL-3Rα在AML及急性B淋巴細(xì)胞白血病(B-ALL)中高表達(dá)［8］。在 IL-3Rα 高表達(dá)的AML中其白血病細(xì)胞高表達(dá)CD34和c-kit、flt-3等，而低表達(dá) CD11b、CD14和 CD15抗原［9］。國(guó)內(nèi)外的研究均發(fā)現(xiàn)IL-3Rα高表達(dá)的AML患者表現(xiàn)為高白細(xì)胞和幼稚細(xì)胞比例高，緩解率低，復(fù)發(fā)率高，無(wú)病生存期短，預(yù)后差［10-11］。

2 針對(duì)白血病干細(xì)胞的靶向治療

Lapidot等［12］從AML患者的骨髓細(xì)胞中分離出具有/表型的白血病細(xì)胞亞群，將此亞群細(xì)胞移植給非肥胖性糖尿病/重癥聯(lián)合免疫缺陷(NOD/SCID)小鼠，發(fā)現(xiàn)該群細(xì)胞與正常造血干細(xì)胞一樣具有自我更新和增殖的能力;而白血病細(xì)胞中的/和細(xì)胞卻沒(méi)有這些特性。Bonnet等［13］將人/白血病細(xì)胞亞群移植給NOD/SCID小鼠，結(jié)果導(dǎo)致小鼠發(fā)生人類(lèi)急性髓性白血病。人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到白血病患者體內(nèi)存在一群特殊的細(xì)胞群——白血病干細(xì)胞(lLeukemic stem cell，LSC)。Jordan等［14］對(duì)原代 AML細(xì)胞的研究顯示/的AML細(xì)胞高度表達(dá)IL-3Rα，而正常骨髓來(lái)源的/細(xì)胞幾乎不表達(dá)CD123抗原;將純化的/白血病細(xì)胞移植給NOD/SCID小鼠，可在小鼠體內(nèi)建立和保持白血病細(xì)胞群。因此，CD123被認(rèn)為是LSC的特異標(biāo)志。以CD123為靶點(diǎn)，有可能成為定向清除AML細(xì)胞的有前途的治療策略。

2.1 白喉毒素聯(lián)合IL-3 此方法基于CD123在LSC中高表達(dá)，而在正常造血干細(xì)胞中不表達(dá)的特點(diǎn)，利用白喉毒素(diphtheria toxin，DT)及IL-3融合蛋白，定向殺傷白血病細(xì)胞。許多研究表明，DT-IL-3融合蛋白可選擇性殺傷AML原始細(xì)胞，同時(shí)使正常的祖細(xì)胞生存而達(dá)到細(xì)胞遺傳學(xué)正常。在小鼠自體骨髓移植實(shí)驗(yàn)中，Vallera等［15］用DT-IL-3來(lái)凈化移植物中的白血病細(xì)胞。結(jié)果DT-IL-3組小鼠的生存時(shí)間明顯長(zhǎng)于未經(jīng)移植物凈化組的小鼠。這一研究結(jié)果表明，DT-IL-3可用于白血病自體骨髓移植的體外凈化。

Feuring等［16］利用DT388-IL-3處理正常人造血細(xì)胞和AML患者的白血病干細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)DT388-IL-3可以殺死白血病干細(xì)胞，但對(duì)正常干細(xì)胞無(wú)明顯毒性作用。Ugo Testa等［17］發(fā)現(xiàn)，DT388-IL-3在體外對(duì)IL-3Rα低表達(dá)的AML細(xì)胞殺傷率較低，而對(duì)IL-3Rα表達(dá)水平高的AML細(xì)胞殺傷率較高，DT388-IL-3對(duì)AML細(xì)胞的殺傷能力與IL-3Rα的表達(dá)水平呈正相關(guān)。Frankel等［18］對(duì)31例復(fù)發(fā)或難治AML患者進(jìn)行了DT388-IL-3的臨床實(shí)驗(yàn)。這31例患者均接受過(guò)1次自體或異基因造血干細(xì)胞移植。結(jié)果有1例患者獲得了8個(gè)月的完全緩解，2例患者分別獲得了1個(gè)月和3個(gè)月的部分緩解，治療藥物相關(guān)毒性較輕。結(jié)果預(yù)示著這種藥物可能對(duì)聯(lián)合化療中及標(biāo)準(zhǔn)化療難以控制的白血病的治療有重要意義。目前Ⅰ期臨床試驗(yàn)仍在進(jìn)行中。

2.2 抗CD123單克隆抗體 7G3是抗CD123單克隆抗體。利用7G3方法定向清除LSCs的誘人之處在于CD123是LSCs的特異標(biāo)志。目前，7G3定向清除LSCs的機(jī)制尚不十分明確。Sun等［19］發(fā)現(xiàn)，7G3在體外能與IL-3Rα的N-末端Ig樣結(jié)構(gòu)域19～49號(hào)氨基酸結(jié)合，抑制IL-3與受體的結(jié)合從而抑制IL-3Rα的功能，由IL-3介導(dǎo)的細(xì)胞增殖作用因此受抑制。此外，由于IL-3與受體的結(jié)合受抑制，依賴(lài)IL-3的β亞基磷酸化及下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)也受抑制，從而抑制與此相關(guān)的細(xì)胞生存及分化［4，20］。這些發(fā)現(xiàn)為基于IL-3Rα的白血病靶向治療提供了一種新的思路。Mirza等［6］的研究則表明，7G3可以抑制穩(wěn)定表達(dá)hIL-3Rα全長(zhǎng)序列，即SP1的細(xì)胞增殖，但是對(duì)穩(wěn)定表達(dá)hIL-3RαSP2的細(xì)胞無(wú)此效果。這可能與SP2缺失能與7G3結(jié)合的N-末端Ig樣結(jié)構(gòu)域有關(guān)。Jin等［21］發(fā)現(xiàn)7G3可定向殺滅體外培養(yǎng)的AML細(xì)胞;使用7G3處理移植了AML細(xì)胞的NOD/SCID小鼠，結(jié)果觀察到該組小鼠AML細(xì)胞植入能力明顯受抑制;腫瘤負(fù)荷較對(duì)照組明顯降低;生存時(shí)間比對(duì)照組明顯延長(zhǎng)［17］。因?yàn)槭笱?xì)胞并不能結(jié)合7G3，研究者利用食蟹猴作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究7G3的毒性作用，結(jié)果表明7G3對(duì)正常造血細(xì)胞無(wú)明顯毒性作用。這些研究表明，7G3在AML的靶向治療方面具有很好的應(yīng)用前景。

3 展望

成年AML治療在過(guò)去10年已經(jīng)取得了顯著療效，緩解率及5年總生存率較前均有明顯提高。但是，AML較高的復(fù)發(fā)率和治療相關(guān)并發(fā)癥仍然是AML治療的瓶頸。靶向治療藥物的研發(fā)及應(yīng)用或許能夠攻克這一難題。LSC具有正常造血干細(xì)胞的某些特征，又有其特殊的細(xì)胞表型、分子生物學(xué)特征及獨(dú)特的分子調(diào)控機(jī)制。IL-3Rα作為L(zhǎng)SC的特異標(biāo)志，與AML的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后均起著十分密切的關(guān)系。對(duì)IL-3Rα進(jìn)行更深入的研究，開(kāi)發(fā)針對(duì)IL-3Rα的靶向治療新方法，對(duì)克服白血病耐藥、復(fù)發(fā)，實(shí)現(xiàn)自體骨髓移植的骨髓凈化和清除微小病灶等，均具有重大意義。

［1］Begley CJ，Woodcock JM，Stovoski FC，et al.The structure and functional basis of cytokine receptor activation:lessons from the common subunit of the granulocyte-macrophage colony-stimulating Factor Interleukin-3 and Interleukin-5 receptor［J］.Blood，1997，89(5):1471-1428.

［2］Guthridge MA，Stomski FC，Thomas D，et al.Mechanism of activation of the GM-CSF，IL-3，and IL-5 family of receptors［J］.Stem Cells，1998，16(5):301-313.

［3］Blalock WL，Weinstein-Oppenheimer C，Chang F，et al.Signal transduction、cell-cyclea and anti-apoptosis pathway regulated by IL-3 in hematopoietic cells:possible sites for intervention with antimeoplastic drugs［J］.Leukemia，1999，66(8):1109-1166.

［4］Guthridge MA，Stomski F，Bany EF，et al.Site-specific serine phosphorylation of the IL-3 receptor is required for hemopoietic cell survival［J］.Mol Cell，2000，6(1):99-108.

［5］Chen J，Olsen J，F(xiàn)ord S，et al.A new isoform of interleukin-3 receptorα with novel differentiation activity and high affinity binding mode［J］.J Biol Chem，2009 284(9):5763-5773.

［6］Mirza S，Chen J，Wen B，et al.Two modes of beta-receptor recognition are mediated by distinct epitopes on mouse and human interleukin-3［J］.J Biol Chem，2010 285(29):22370-22381.

［7］Steelman LS，Algate PA，Blalock WL，et al.Oncogenic effects of overexpression of the interleukin-3 recepor on hematopoietic cells［J］.Leukemia，1996，10(3):528-542.

［8］Munoz L，Nomdedeu JF，Lopez O，et al.Interleukin-3 receptor alpha chain(CD123)is widely expressed in hematologic malignancies［J］.Haematologica，2001，86(12):1261-9126.

［9］Riccioni R，Rossini A，Calabro L，et al.Immunophenotypic features of acute myeloid leukemias overexpressing the interleukin 3 receptor alpha chain［J］.Leuk Lymphoma，2004，45(8):1511-1517.

［10］Testa U，Riccioni R，Militi S，et al.Elevated expression of IL-3Rα in acute myelogenous leukemia is associated with enhanced blast proliferation，increased cellularity，and poor prognosis［J］.Blood，2002，100(8):2980-2988.

［11］吳勇，陳景龍，駱社丹，等.FLT3基因突變與IL-3受體α在急性髓系白血病的表達(dá)意義［J］.福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，42(3):199-202.

［12］Lapidot T，Sirard C，Vormoor J，et al.A cell initiating human acute myeloid leukemia after transplantation into SCID mice［J］.Nature，1994，367(6464):645-648.

［13］Bonnet D，Dick JE.Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell［J］.Nat Med，1997，3(7):730-737.

［14］Jordan CJ，Upchrch D，Szilvassy SJ，et al.The interleukin 3 receptor alpha is a unique marker for human acute myelogenous leukemia stem cells［J］.Leukemia，2000，14(10):1777-1784.

［15］Vallera DA，Seo SY，Panoskaltsis MA，et al.Targeting myeloid leukemia with fl DT sub(390)-mlL-3 fusion immunotoxin:ex vivo and in vivo studies in mice［J］.Protein Eng，1999，12(9):779-785.

［16］Feuring-Buske M，F(xiàn)rankel AE，Alexander RL，et al.A diphtheria toxin-interleukin 3 fusion protein is cytotoxic to primitive acute myeloid leukemia progenitors but spares normal progenitors［J］.Cancer Res，2002，62(6):1730-1736.

［17］Testa U，Riccioni R，Biffoni M，et al.Diphtheria toxin fused to variant human interleukin-3 induces cytotoxicity of blasts from patients with acute myeloid leukemia according to the level of interleukin-3 receptor expression［J］.Blood，2005，106(7):2527-2529.

［18］Frankel AE，Weir MA，Hall PD，et al.Induction of remission in patients with acute myeloid leukemia without prolonged myelosuppression using diphtheria toxin-interleukin 3 fusion protein［J］.J Clin Oncol，2007，25(18):7068.

［19］Sun Q，Woodcock JM，Rapoport A，et al.Monoclonal antibody 7G3 recognizes the N-terminal domain of the human interleukin-3(IL-3)receptor alpha-chain and functions as a specific IL-3 receptor antagonist［J］.Blood，1996，87(1):83-92.

［20］Guthridge MA，Barry EF，F(xiàn)elquer FA，et al.The phosphoserine-585-dependent pathway of the GM-CSF/IL-3/IL-5 receptors mediates hematopoietic cell survival through activation of NF-kappaB and induction of bcl-2［J］.Blood，2004，103(3):820-827.

［21］Jin L，Lee EM，Ramshaw HS，et al.Monoclonal antibody-mediated targeting of CD123，IL-3 receptor alpha chain，eliminates human acute myeloid leukemic stem cells［J］.Cell Stem Cell，2009，5(1):31-42.