DNA甲基轉(zhuǎn)移酶在急性髓系白血病中作用的研究進(jìn)展*

姜慧慧，楊 新，弭苗苗，辛 鈺，武洪遠(yuǎn) 綜述，孫成銘△ 審校

1.青島大學(xué)醫(yī)學(xué)部，山東青島 266000；2.青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬煙臺(tái)毓璜頂醫(yī)院，山東煙臺(tái) 264000；3.濱州醫(yī)學(xué)院，山東煙臺(tái) 264000

急性髓系白血病(AML)是來(lái)源于造血系統(tǒng)的髓系原始細(xì)胞惡性增殖性疾病，其發(fā)病率高、復(fù)發(fā)率高、預(yù)后差。大多數(shù)AML的病因不明，可能與高齡、吸煙、接觸化學(xué)品、骨髓增殖性腫瘤、化療藥物、高劑量輻射暴露和家族史等危險(xiǎn)因素有關(guān)[1]。近年研究顯示，異常的表觀遺傳改變?cè)贏ML發(fā)病過(guò)程中起重要作用，表觀遺傳改變主要包括DNA甲基化、組蛋白末端修飾和非編碼RNA的變化，這些變化可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后基因的沉默或激活，從而調(diào)控基因表達(dá)[2]。DNA甲基化是最具特征性的表觀遺傳修飾，在哺乳動(dòng)物中，DNA甲基化通過(guò)轉(zhuǎn)錄調(diào)控以維持基因組穩(wěn)定性、基因組印跡、X染色體失活等[3]。異常DNA甲基化與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，DNA低甲基化引起癌基因的過(guò)表達(dá)是癌癥發(fā)生的重要原因，DNA高甲基化可導(dǎo)致關(guān)鍵的抑癌基因沉默，從而導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)失調(diào)或?qū)Π┌Y治療反應(yīng)改變。在健康造血干細(xì)胞中，表觀遺傳過(guò)程在細(xì)胞分化和造血過(guò)程中起關(guān)鍵作用。腫瘤基因組圖譜顯示，近44%的AML患者攜帶DNA甲基化相關(guān)的基因突變。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)是高度保守的DNA修飾酶，在正常造血過(guò)程中，DNMT在造血干細(xì)胞的自我更新和多系造血分化等過(guò)程中發(fā)揮重要作用，研究DNMT有助于揭示DNA甲基化參與AML發(fā)生的機(jī)制。哺乳動(dòng)物有3種具有酶活性并負(fù)責(zé)參與DNA甲基化修飾的DNMT，即DNMT1、DNMT3A和DNMT3B?，F(xiàn)就DNMT1、DNMT3A、DNMT3B在AML中的作用研究進(jìn)展綜述如下。

1 DNMT1在AML中的作用

DNMT1是細(xì)胞中含量最豐富的DNMT，因在細(xì)胞周期的S期高表達(dá)，所以成為癌癥快速分裂細(xì)胞中甲基化抑制的特異性靶標(biāo)[4]。DNMT1在AML中是一個(gè)潛在的癌蛋白，研究表明，抑制DNMT1表達(dá)后，癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移受到抑制，這主要是由于RAS相關(guān)結(jié)構(gòu)域包含蛋白1(RASSF1A)和死亡相關(guān)蛋白激酶(DAPK)啟動(dòng)子的甲基化水平降低所致[5]。

1.1miRNA對(duì)DNMT1的調(diào)控作用 DNMT1是miRNA介導(dǎo)腫瘤進(jìn)展的靶基因之一，并且DNMT1和miRNA之間可能存在著相互作用的表觀遺傳回路。miRNA異常上調(diào)或下調(diào)與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。WANG等[6]報(bào)道，DNMT1在AML細(xì)胞系中受到miR-148a的負(fù)調(diào)控，DNMT1的抑制導(dǎo)致miR-148a啟動(dòng)子中5′-胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤-3′島的甲基化水平降低，從而導(dǎo)致miR-148a表達(dá)升高，進(jìn)而抑制細(xì)胞增殖并促進(jìn)細(xì)胞凋亡。但有的miRNA并不直接靶向調(diào)控DNMT1，有研究報(bào)道，miR-29b可通過(guò)靶向其調(diào)控因子Sp1來(lái)間接下調(diào)DNMT1表達(dá)[7]。miRNA和DNMT1在AML中的關(guān)系和生物學(xué)功能仍有待闡明，在AML患者中驗(yàn)證這些結(jié)果仍需要進(jìn)一步證實(shí)。

1.2DNMT1對(duì)抑癌基因p15的誘導(dǎo)作用 過(guò)表達(dá)的DNMT1可能通過(guò)誘導(dǎo)抑癌基因的高甲基化參與AML的發(fā)生、發(fā)展。DNMT1參與AML的一個(gè)關(guān)鍵致病機(jī)制就是通過(guò)介導(dǎo)p15INK4B的甲基化從而下調(diào)p15INK4B在AML中的表達(dá)[8]。MIZUNO等[9]的研究證實(shí)了具有甲基化p15INK4B的AML患者有表達(dá)更高水平DNMT1的趨勢(shì)，并且啟動(dòng)子的高甲基化會(huì)導(dǎo)致疾病向更具侵襲性的表型轉(zhuǎn)化。由于DNMT1經(jīng)常通過(guò)作用于p15的啟動(dòng)子區(qū)域而下調(diào)p15的表達(dá)，因此，p15水平升高可作為衡量AML中DNMT1活性受損的指標(biāo)。

1.3DNMT1與其他調(diào)節(jié)因子的相互作用 作為DNMT1基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)因子，核仁素的過(guò)表達(dá)常出現(xiàn)在癌癥中，且其表達(dá)量與臨床預(yù)后呈正相關(guān)。核仁素-核因子-κB(NF-κB)-DNMT1調(diào)節(jié)軸是導(dǎo)致AML發(fā)生的一條分子途徑，這一過(guò)程中，核仁素直接激活NF-κB信號(hào)而上調(diào)DNMT1基因轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而發(fā)生DNA高甲基化。當(dāng)核仁素失活會(huì)使NF-κB去磷酸化并抑制DNMT1的表達(dá)，從而降低了p15INK4B的整體甲基化水平，恢復(fù)p15INK4B的表達(dá)[10-11]，這為將核仁素作為AML的表觀遺傳治療藥物提供了有利的理論基礎(chǔ)。另外，細(xì)胞脂肪酸結(jié)合蛋白4(FABP4)上調(diào)會(huì)通過(guò)增強(qiáng)依賴于DNMT1的DNA甲基化來(lái)促進(jìn)AML的侵襲性。YAN等[10]的研究證明DNMT1能通過(guò)高活性的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子信號(hào)反饋上調(diào)FABP4，利用選擇性FABP4抑制劑BMS309403可逆轉(zhuǎn)異常的DNA甲基化而重新激活沉默的p15INK4B，從而誘導(dǎo)AML細(xì)胞的分化。這表明FABP4可能是一種新的白血病藥物候選分子，以FABP4-DNMT1軸為靶點(diǎn)是開(kāi)發(fā)DNA去甲基化藥物的新策略。

1.4蛋白激酶對(duì)DNMT的作用 不僅miRNA、NF-κB、核仁素、FABP4等是DNMT1基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)因子，蛋白激酶被發(fā)現(xiàn)也能夠磷酸化和穩(wěn)定DNMT1，導(dǎo)致DNMT活性增強(qiáng)[12]。隨后有研究發(fā)現(xiàn)，在白血病細(xì)胞中，DNMT的表達(dá)與受體酪氨酸激酶(RTK)的表達(dá)呈正相關(guān)，RTK是DNMT1依賴的DNA甲基化的正調(diào)節(jié)因子。RTK功能障礙會(huì)降低DNMT表達(dá)，減少DNA甲基化，從而激活表觀遺傳沉默的p15INK4B，使白血病細(xì)胞的生長(zhǎng)受到抑制[13]。這也為RTK抑制劑治療白血病表觀遺傳異常提供了新的途徑?？傊?，DNMT1是AML表觀遺傳治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。

2 DNMT3A在AML中的作用

DNMT3A在血液系統(tǒng)惡性腫瘤中的作用日益受到重視，大約20%的成人AML患者存在DNMT3A突變[14]。DNMT3A突變主要發(fā)生在第882位的精氨酸(R882)上，其中R882H最常見(jiàn)，占患者的70%～80%[15]。DNMT3A R882突變會(huì)導(dǎo)致患者呈現(xiàn)全基因組低甲基化狀態(tài)，并且低甲基化主要發(fā)生在非CpG島區(qū)域，這是因?yàn)镈NMT3A R882突變通常以顯性-負(fù)性方式作用于突變蛋白，突變蛋白干擾野生型DNMT3A形成活性四聚體的能力，抑制自身酶的活性，使DNMT3A突變患者呈現(xiàn)出全基因組的低甲基化狀態(tài)[16]。

2.1DNMT3A突變與其他基因突變的協(xié)同作用 AML的分子突變之間通常存在相互作用的網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)镈NMT3A突變本身可能不足以引起惡性腫瘤，而是需要額外的遺傳擾動(dòng)才能轉(zhuǎn)化為白血病細(xì)胞。DNMT3A突變常常伴隨著AML中其他基因的突變，如FLT3、NPM1、IDH1和IDH2[17]。在AML中，約30%的DNMT3A突變患者存在FLT3-ITD，約60%的DNMT3A突變患者存在NPM1突變[18]。YANG等[14]認(rèn)為部分DNMT3A缺失會(huì)與FLT3-ITD協(xié)同作用，導(dǎo)致具有單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞偏向的AML，這也為DNMT3A突變與M4及M5的關(guān)聯(lián)提供了依據(jù)。為證實(shí)DNMT3A突變與其他分子的協(xié)同作用，YANG等[14]還在具有FLT3-ITD過(guò)表達(dá)的DNMT3A基因敲除小鼠中進(jìn)行功能研究后發(fā)現(xiàn)，該模型中造血干細(xì)胞獲得DNMT3A突變，該突變會(huì)擴(kuò)大并成為克隆擴(kuò)張的儲(chǔ)存庫(kù)，直到獲得另一個(gè)導(dǎo)致轉(zhuǎn)化的遺傳損傷如FLT3-ITD，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為AML細(xì)胞。

2.2DNMT3A缺失損傷細(xì)胞功能 雖然DNMT3A的單一突變不會(huì)演變成白血病或者改變甲基化水平，但研究發(fā)現(xiàn)在小鼠模型中完全敲除DNMT3A也會(huì)產(chǎn)生抑制細(xì)胞分化等細(xì)胞功能的損傷，CHALLEN等[19]認(rèn)為這主要是由于DNMT3A下游調(diào)控因子如Runx1、Gata3的上調(diào)，正常造血干細(xì)胞中Runx1和Gata3的過(guò)表達(dá)均會(huì)導(dǎo)致分化抑制。此外，DNMT3A的甲基轉(zhuǎn)移酶活性是PML-RARα驅(qū)動(dòng)的異常體外自我更新所必需的，并且DNMT3A對(duì)于Runx1-Runx1T1和MLL-AF9驅(qū)動(dòng)的自我更新都是必不可少的[20-21]?？梢哉f(shuō)DNMT3A缺失可以誘發(fā)AML等血液疾病，但如果加入其他分子的協(xié)同作用后，可能誘發(fā)為更急性、兇險(xiǎn)的惡性腫瘤。

2.3DNMT3A突變與預(yù)后不良相關(guān) DNMT3A突變被普遍認(rèn)為是AML不良預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。有研究顯示，DNMT3A突變患者的復(fù)發(fā)率明顯高于未突變患者，總體生存期(OS)和無(wú)復(fù)發(fā)生存期(RFS)也明顯短于未突變患者[22]。且有研究顯示，許多接受化療藥物的AML患者在獲得完全緩解(CR)后還仍然存在DNMT3A R882突變，這是因?yàn)橥蛔兛赡馨l(fā)生在早期造血干細(xì)胞中，并與正常核型的AML有關(guān)，這種細(xì)胞在骨髓中分化為淋巴系和髓系，并進(jìn)行克隆性擴(kuò)增從而抑制正常造血干細(xì)胞[23]。甚至有的存在DNMT3A突變的AML患者，在CR時(shí)突變消失，但是在復(fù)發(fā)時(shí)又再次檢測(cè)到突變[24]。這意味著DNMT3A突變可能是AML持續(xù)復(fù)發(fā)的重要因素，并且可能是監(jiān)測(cè)微小殘留病的潛在生物標(biāo)志物。

3 DNMT3B在AML中的作用

與DNMT3A的高突變率相比，DNMT3B在血液系統(tǒng)惡性腫瘤中很少發(fā)生突變，研究者對(duì)DNMT3B突變的研究也比較少。有研究應(yīng)用高分辨熔融分析(HRM)技術(shù)對(duì)137例AML患者DNMT3B的8～23外顯子進(jìn)行檢測(cè)后并未發(fā)現(xiàn)突變，這提示DNMT3B在AML中不易發(fā)生突變[25]。但也有例外，有研究者在AML中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)DNMT3B截短突變，一個(gè)( p.1622fs)發(fā)現(xiàn)于AML del(9q)患者，另一個(gè)(p.R571X)是在AML t(8；21)患者中發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)突變被認(rèn)為可能是AML發(fā)生的驅(qū)動(dòng)因素[26]。

3.1DNMT3B與miRNA的相互作用 一些miRNA，包括miR-29a、miR-29b、miR-148a、miR-106a/b、miR-375和miR-147與DNMT3B的表達(dá)密切相關(guān)[26]。在所有相關(guān)的miRNA中，miR-29b最具特征性。miR-29b直接與DNMT3B的30個(gè)非翻譯區(qū)相互作用，并下調(diào)其表達(dá)，從而導(dǎo)致高甲基化和沉默的p15INK4B在AML細(xì)胞中重新表達(dá)[27]。miR-375-Hoxb3-CDCA3/DNMT3B這個(gè)復(fù)雜的信號(hào)通路也被證實(shí)與AML的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，其中miR-375起著重要的基因表達(dá)調(diào)控因子的作用，Hoxb3-CDCA3/DNMT3B信號(hào)通路參與白血病的發(fā)生和維持[27]。如果抑制此信號(hào)通路可能恢復(fù)miR-375的表達(dá)以改善AML患者的治療效果。

3.2DNMT3B過(guò)表達(dá)與預(yù)后不良相關(guān) 雖然DNMT3B突變?cè)贏ML不常見(jiàn)，但是在正常核型的AML中，DNMT3B的過(guò)度表達(dá)可能是患者預(yù)后較差的分子生物學(xué)指標(biāo)，并與較低的CR率、較短的無(wú)病生存期(DFS)和OS有關(guān)。2012年有研究報(bào)道了DNMT3B過(guò)度表達(dá)是AML患者生存不良的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，分析了195例初治AML患者DNMT3A、DNMT3B的表達(dá)后得出結(jié)論，DNMT3B過(guò)表達(dá)與OS顯著相關(guān)，與DFS呈負(fù)相關(guān)[24]。NIEDERWIESER等[28]對(duì)細(xì)胞遺傳學(xué)正常的老年AML患者的多變量分析也證實(shí)DNMT3B高表達(dá)是較低CR率、較短DFS和OS的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，但具體機(jī)制還有待研究。

3.3DNMT3B抑制腫瘤的進(jìn)展 盡管有證據(jù)證實(shí)DNMT3B在AML中是一個(gè)潛在的癌蛋白，但有趣的是，有研究者發(fā)現(xiàn)DNMT3B在AML進(jìn)展過(guò)程中還起著腫瘤抑制因子的作用[29]。ZHENG等[29]通過(guò)敲除小鼠MLL-AF9 AML白血病細(xì)胞中的DNMT3B，證明了DNMT3B缺失可通過(guò)增加干細(xì)胞和促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程來(lái)加速M(fèi)LL-AF9 AML的進(jìn)展。相反，DNMT3B在AML細(xì)胞中的過(guò)表達(dá)延長(zhǎng)了AML受體的潛伏期，降低了急性髓系白血病干細(xì)胞(LSCs)的比例。因此，DNMT3B在AML進(jìn)展過(guò)程中可能起著抑制腫瘤的作用，這也提示DNMT3B在功能上可能與其他DNMT不同，深入研究DNMT3B對(duì)AML的影響很有必要。

盡管對(duì)白血病的遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)研究取得了很大進(jìn)展，但 AML仍是一種發(fā)病率高、復(fù)發(fā)率高、預(yù)后差的血液系統(tǒng)惡性腫瘤。DNA甲基化是重要的表觀遺傳機(jī)制，DNMT是DNA甲基化建立和維持所必需的酶，了解DNMT在AML發(fā)病機(jī)制中的作用對(duì)臨床治療具有重要意義。雖然表觀遺傳調(diào)節(jié)在AML的治療中是有效的，但這些表觀遺傳治療藥物在體內(nèi)的確切效果尚未得到詳盡闡述，因此，對(duì)DNMT的深入研究對(duì)于推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展至關(guān)重要，在該研究領(lǐng)域的進(jìn)一步探索也將為AML的表觀遺傳療法提供更多的靶向藥物和治療途徑。