端粒和骨髓衰竭性疾病研究進展

陳 苗，韓 冰

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院 血液科, 北京 100730)

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短篇綜述

端粒和骨髓衰竭性疾病研究進展

陳 苗，韓 冰*

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院 血液科, 北京 100730)

端粒縮短是遺傳性或獲得性骨髓衰竭的共同途徑之一?；蛲蛔儗?dǎo)致端?？s短，減少造血干細胞數(shù)量和增殖能力，導(dǎo)致骨髓低增生。環(huán)境因素打破代償造血平衡，導(dǎo)致骨髓衰竭。

端粒；端粒酶；骨髓衰竭性疾病

人端粒是線性染色體末端高度重復(fù)的TTAGGG 6堿基序列和特定結(jié)合蛋白的復(fù)合體。端粒保護染色體末端不被DNA損傷修復(fù)機制識別為斷裂的DNA，避免DNA降解、融合。端粒隨著細胞每次分裂而縮短，短到一定程度，細胞就會停止分裂，進入衰老或凋亡。端粒受端粒酶的調(diào)控，端粒酶是一種核糖蛋白,包括兩個核心部分,反轉(zhuǎn)錄酶催化亞單位 (telomerase reverse transcriptase, TERT)和RNA亞單位(telomerase RNA component, TERC)，以TERC自身的RNA模板在TERT催化下合成端粒，維持端粒的長度[1]。

端粒功能異常是很多退化性疾病的病因，表現(xiàn)為特發(fā)性肺纖維化、骨髓衰竭和肝硬化等，惡性腫瘤發(fā)生率明顯增高。因此人們根據(jù)端粒的遺傳和分子生物學(xué)特征提出“端粒病”或“端粒綜合征”的概念，代表一組短端粒導(dǎo)致的獨特疾病譜。增生活躍的骨髓容易受到端?？s短的影響，造血干、祖細胞增殖能力喪失，同時在其他因素如環(huán)境、遺傳、表觀遺傳學(xué)改變等影響下，導(dǎo)致骨髓衰竭。本文綜述了目前對端粒和端粒酶缺陷與骨髓衰竭性疾病的發(fā)生和表現(xiàn)的認識進展。

1 端粒與遺傳性骨髓衰竭綜合征

先天性角化不良(dyskeratosis congenita, DC)是第一個被明確為端粒異常致病的人類疾病。表現(xiàn)為皮膚異常色素沉著、指甲角化不良和口腔白斑，約90%以上的患者發(fā)展為再生障礙性貧血,易出現(xiàn)肺部并發(fā)癥或惡性腫瘤。DC患者普遍存在非常短的端粒，而且與患者病情嚴(yán)重程度相關(guān)[2]。X連鎖DC患者存在DKC1基因(編碼端粒酶相關(guān)蛋白dyskerin)突變，使人們考慮基因損害可能是端?？s短的關(guān)鍵原因。之后，常染色體顯性遺傳DC患者中發(fā)現(xiàn)其他端粒酶相關(guān)蛋白質(zhì)NOP10、NHP2基因突變，編碼端粒結(jié)合蛋白TIN2的基因TINF2突變[3]，TRF1敲除的小鼠出現(xiàn)DC表現(xiàn)[4]，進一步支持端粒酶及端粒相關(guān)結(jié)構(gòu)功能障礙端粒明顯縮短是DC的發(fā)病原因。調(diào)節(jié)端粒酶的活性可能有一定治療意義，端粒酶基因啟動子區(qū)域含有受雌激素調(diào)控的序列，細胞在雄激素(在胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為雌激素)或雌激素作用下端粒酶表達增多，患者對雄激素的治療反應(yīng)可能與此機制有關(guān)。

Fanconi貧血(FA)的致病基因產(chǎn)物參與DNA損傷修復(fù)，基因突變導(dǎo)致DNA損傷修復(fù)缺陷，染色體不穩(wěn)定促使骨髓衰竭。FA白細胞端?？s短很常見，而且端粒縮短與骨髓衰竭的嚴(yán)重程度、發(fā)展成再障的可能性、臟器畸形的發(fā)生直接相關(guān)，與MDS和腫瘤發(fā)生的年齡成負相關(guān)。但FA患者未發(fā)現(xiàn)TERC和TERT突變，端粒酶活性仍保存，提示FA患者端?？s短可能通過其他機制，如代償增生端粒核苷酸丟失增多，或是DNA修復(fù)缺陷直接導(dǎo)致端粒DNA損害。

Shwachman-Diamond綜合征(SDS)主要表現(xiàn)為兒童胰腺發(fā)育不全和骨髓衰竭，大多數(shù)患者發(fā)現(xiàn)Shwachman-Bodian-Diamond綜合征基因(SBDS)突變。SDS患者白細胞端粒明顯縮短，即使是僅1～2系血細胞減少的輕癥SDS，而且SBDS蛋白表達越低的患者端粒越短。但患者端粒酶活性正常，未發(fā)現(xiàn)SBDS蛋白和端粒酶成分(TERT或TERC)存在相互作用，端?？s短可能不是通過端粒酶的機制。

2 端粒與獲得性再生障礙性貧血(aplastic anemia, AA)

獲得性AA患者存在端粒酶復(fù)合體基因突變，但發(fā)生率較低(篩查TERC、TERT突變約3%～5%)[5]，編碼端粒結(jié)合蛋白(TRF1,TRF2)基因也有變異。端粒酶基因突變導(dǎo)致端粒明顯縮短，多能造血干細胞分化缺陷[6]。合并端粒酶基因突變的AA可能有血液病家族史，或嚴(yán)重肝病或肺纖維化的家族史，發(fā)病年齡小，可合并骨髓增生異常,對免疫抑制劑反應(yīng)差，對雄激素可有一過性反應(yīng),端粒短者(可無已知突變)治療復(fù)發(fā)率高，出現(xiàn)晚期惡性克隆性演變風(fēng)險增加，總體存活率低,干細胞移植時，需考慮供者的端粒突變狀況和長度。北京協(xié)和醫(yī)院對于中國AA患者也證實部分患者端?？s短，發(fā)現(xiàn)TERC突變，突變患者對免疫抑制治療無效[7]。

這些基因突變是否足以導(dǎo)致AA呢？一方面，端粒酶基因突變導(dǎo)致的疾病表型多種多樣，包括單獨AA，單獨肺纖維化或肝硬化，或多臟器受累，提示端粒酶基因突變不是唯一致病因素。另一方面，與AA患者有同樣端粒酶突變的親屬也存在端粒酶活性下降，端?？s短，但他們無癥狀。因此推測，存在端粒酶基因突變個體的骨髓在正常條件下能維持一定造血，但對其他損傷因素更易感，如病毒感染、藥物或免疫攻擊，更容易發(fā)生AA。短端粒的獲得性AA患者數(shù)量遠多于確認有突變的患者，因此其他基因異?；颦h(huán)境因素可能也加速了端粒損耗。TERC或TERT突變更可能作為遺傳高危因素而不是遺傳決定因素。

獲得性AA治療主要是造血干細胞移植和強化免疫抑制治療，縮短的端粒長度與免疫抑制治療的短期療效沒有關(guān)系，但與復(fù)發(fā)、惡性克隆演變(轉(zhuǎn)化為MDS和白血病的風(fēng)險增加4～5倍)及總生存有關(guān)[8- 9]。短端粒的AA患者行標(biāo)準(zhǔn)方案異基因造血干細胞移植，化療相關(guān)肺毒性和肝毒性等并發(fā)癥增加，預(yù)后很差。進行端粒酶相關(guān)基因DNA測序，端粒長度測量，對短端粒的患者采取減低預(yù)處理劑量(reduced intensity conditioning,RIC)的移植可以改善生存[10]。

3 端粒和骨髓增生異常綜合征(myelodysplastic syndrome, MDS)

MDS主要特征為無效造血和易進展至白血病。在MDS患者中，白細胞端粒的長度較正常對照縮短，但不同研究組間存在一定差異(與MDS異質(zhì)性有關(guān))。端粒短的患者貧血更嚴(yán)重，骨髓原始細胞比例高。越晚期的亞型，端?？s短的比例越高。染色體異常尤其預(yù)后不良復(fù)雜核型異常的患者端?？s短更明顯。IPSS評分越高端粒越短。但端粒長度能否作為MDS患者預(yù)后指標(biāo)尚需更多病例長期生存數(shù)據(jù)說明。MDS患者存在TERT和TERC突變，在家族病例中也有致病基因確認，但總體而言突變很罕見，北京協(xié)和醫(yī)院[11]對62例MDS患者檢測沒有發(fā)現(xiàn)TERT和TERC基因突變，11例MDS轉(zhuǎn)化的急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)僅一例有TERT突變[12]。

端粒長度隨年齡縮短，但端粒3′末端單鏈懸突長度不隨年齡改變。懸突是端粒末端組成“t環(huán)”的重要結(jié)構(gòu)，維持染色體末端結(jié)構(gòu)、避免染色體相互融合。MDS患者懸突長度明顯縮短，懸突長度與IPSS(international prognostic scoring system)或WPSS(WHO classification-based prognostic scoring system)評分負相關(guān)，高?；颊邞彝婚L度短于低?；颊?，懸突短的患者短期預(yù)后差于懸突正常的患者[11]。懸突長度可能是MDS患者獨立預(yù)后因素。

MDS患者端粒酶活性報道不一。大多數(shù)MDS端粒酶活性正?；蜉p中度升高，在進展期MDS及AML患者比低危MDS更加明顯。端粒酶活性的差異，可能與骨髓或外周血細胞成分復(fù)雜及MDS各亞型的異質(zhì)性有關(guān)。IPSS低?；颊叨肆Ｃ富钚悦黠@低于中危- 1患者，端粒酶活性高的患者生存明顯變差,端粒酶活性增高可能是進展期疾病的標(biāo)志。有時，在一些所謂的IPSS低危的MDS患者中，也可以看到疾病迅速進展及不良預(yù)后,端粒縮短和端粒酶活性增高也是這些所謂“低危MDS”患者的不良預(yù)后特點[13]。

MDS轉(zhuǎn)化為白血病的分子機制還不完全清楚，端粒短的MDS患者白血病轉(zhuǎn)化風(fēng)險明顯增加。淋巴瘤患者自體移植后治療相關(guān)MDS和AML患者的端粒長度較未出現(xiàn)者明顯縮短[14]，AML患者(原發(fā)及MDS繼發(fā))懸突長度也明顯縮短，短懸突患者核型異常發(fā)生率高，預(yù)后差[12]，提示端粒明顯縮短導(dǎo)致染色體不穩(wěn)定在白血病轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用.

4 端粒和陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿(paroxysmal nocturnal hemoglobinuria，PNH)

研究PNH患者端粒的報道較少，主要是端粒長度檢測，端粒酶基因突變僅有個案報道。研究發(fā)現(xiàn)PNH患者GPI-和GPI+造血干細胞的端粒較相應(yīng)年齡對照均明顯縮短[15]。這是PNH發(fā)生的機制之一還是造血干細胞代償增生的結(jié)果目前還不清楚。進一步研究發(fā)現(xiàn)GPI-細胞的端粒較GPI+細胞明顯縮短，可能由于GPI-較GPI+細胞增生活躍，分裂次數(shù)多，支持GPI+造血干細胞損傷導(dǎo)致GPI-細胞代償增生的選擇生長優(yōu)勢。GPI+細胞端粒明顯縮短的患者，發(fā)生造血干細胞衰竭并發(fā)癥風(fēng)險增加。

5 問題和展望

端粒和端粒修復(fù)是具有線性DNA染色體的細胞的基本分子過程。端粒酶和“庇護所”蛋白基因的遺傳缺陷導(dǎo)致端粒損耗加速，是幾種以前認為無相關(guān)性的疾病的病因：AA,肺纖維化和肝硬化。端粒病尤其是病情較輕和慢性的患者，可能并不少見，只是大多數(shù)未被臨床醫(yī)生認識到。如果能廣泛通過商業(yè)試劑盒檢測白細胞端粒長度、端粒酶活性，TERT和TERC基因測序，相關(guān)缺陷的發(fā)現(xiàn)有預(yù)后、治療和遺傳咨詢的意義，尤其當(dāng)端粒長度明顯減少時是一個可靠的診斷標(biāo)志，是先天性角化不良很好的篩選辦法。但端粒病的診斷可能仍然很困難。一些表現(xiàn)典型的家系可能不是已知的基因突變，部分端粒病的病因可能是非常規(guī)篩查的基因調(diào)節(jié)區(qū)域改變。罕見的“庇護所”蛋白基因突變可能產(chǎn)生嚴(yán)重的角化不良但端粒酶修復(fù)能力正常。對于DC之外的其他骨髓衰竭性疾病，端粒長度縮短只見于部分患者，且端粒長度在不同人群中變異很大，端粒長度測定對確立診斷意義有限。

細胞內(nèi)端粒酶的表達受到高度調(diào)控，端粒酶基因表達調(diào)控機制是研究的焦點,如原癌基因MYC、性激素等激活端粒酶表達的途徑機制。端粒酶復(fù)合體基因突變的檢出率遠低于端粒縮短的發(fā)生率，端粒酶的活性甚至保持正常，非端粒酶途徑導(dǎo)致的端?？s短的機制也是探索熱點。有機體的環(huán)境對端粒損耗的作用，很多器官和疾病中慢性炎癥進展到腫瘤過程中端粒損耗的作用都還了解很少。

典型的端粒介導(dǎo)器官衰竭是一個持續(xù)的過程，患者可能經(jīng)歷很多年的亞臨床期才出現(xiàn)癥狀，一些患者在感染或藥物等影響下出現(xiàn)急性臟器功能惡化。短端粒的患者對免疫抑制治療反應(yīng)差，惡性克隆轉(zhuǎn)化風(fēng)險大，生存預(yù)后較差。認識到端粒缺陷明確的致病性，可以優(yōu)化治療策略。端?？s短和端粒酶基因突變的致病機制開啟了轉(zhuǎn)化型研究的新領(lǐng)域，可能調(diào)節(jié)端粒酶表達、維持或延長端粒的藥物或激素，在端粒病的治療中很有前景。

志謝：感謝諾華鐵過載基金(2013)、中國抗癌協(xié)會一百時美施貴寶血液腫瘤科研發(fā)展專項基金提供學(xué)術(shù)支持。

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Advance in studies on telomere and bone marrow failure diseases

CHEN Miao, HAN Bing*

(Dept. of Hematology, PUMC Hospital, CAMS & PUMC, Beijing 100730, China)

Telomere shortening is one of the common ways to hereditary or acquired bone marrow failure. Telomere shortening caused by gene mutations reduces the number and proliferation of hematopoietic stem cells, and leads to bone marrow hypoplasia. Environmental factors break compensatory hematopoietic balance and lead to bone marrow failure.

telomere; telomerase; bone marrow failure diseases

2014- 05- 16

2014- 12- 01

1001-6325(2015)04-0545-04

R551.3

A

*通信作者(corresponding author)：hanbing_li@sina.com