HOX基因在血液病中的研究進展*

雍彥禮 何鑫宇 趙 齊 尚溪瀛 常亞娟 郭 瑋 李鶴然 孫 鳳△

1 同源合基因的結構和分類

同源盒基因(Homeobox gene)是一組高度保守的脫氧核糖核酸(DNA)序列——由183個核苷酸組成，此序列能夠編譯一段較為保守的由61個氨基酸殘基構成的螺旋-轉角-螺旋基序。同源盒基因編碼轉錄的蛋白質(zhì)產(chǎn)物是能夠與脫氧核糖核酸上的特定核苷酸序列結合的一種轉錄因子，通過與其他轉錄因子協(xié)同調(diào)節(jié)轉錄作用以促進造血細胞的增殖和分化。在人類中，同源盒基因分為I類同源盒基因(HOX基因)和Ⅱ類同源盒基因(Non-HOX基因)。HOX基因目前研究提示存在39個基因，它們聚集在4條不同的染色體上(7p15,17q21.2,12q13,和2q31)，這些集群被分別命名:HOXA、HOXB、HOXC和HOXD。每個集群由13個旁系同源物組構成，根據(jù)其序列相似性和在集群中的位置分配9～11個數(shù)字。Non-HOX基因又稱非同源盒基因，它是不同的同源盒基因，具有較少的同源性，散落于細胞基因組中，如PAX、EMX、MSX、PMX1等。

2 同源盒基因與造血的關系

金淑清等[1]研究發(fā)現(xiàn)在同一染色體上的3'端的HOX基因會早于5'端的基因表達，位于3'端的HOX基因的表達主要影響細胞增殖和遷移，5'端的HOX基因則影響細胞的分化和凋亡。HOX基因能夠調(diào)控造血干細胞和祖細胞的增殖與分化，當其在造血干細胞和祖細胞內(nèi)表達異常時會導致其分化成熟障礙，造血能力減弱，嚴重則會發(fā)展為血液系統(tǒng)疾病。HOX基因在造血干細胞和祖細胞中以譜系特異性和分化期受限的方式表達，HOXA基因主要在髓系細胞中表達，HOXB基因多在紅系細胞中表達，HOXC基因在淋巴細胞中普遍表達。HOXD基因與其他HOX基因簇相似，但在造血過程中并不表達。

HOXA集群基因主要調(diào)控髓系分化，Crooks等[2]研究發(fā)現(xiàn) HOXA5能夠平衡紅系和粒/單核祖細胞的分化程度，當HOXA5在造血干細胞中過度表達時紅系祖細胞占所有祖細胞的百分率減低，但總集落形成單位數(shù)量沒有減低。Fuller等[3]研究發(fā)現(xiàn)當敲除人骨髓細胞的HOXA5會導致粒/單核細胞造血受到抑制，而紅系祖細胞數(shù)量增多。這些研究表明HOXA5的表達能夠促進粒/單核祖細胞分化，而抑制紅系祖細胞，即調(diào)節(jié)紅系和粒/單核祖細胞的分化。HOXA6是一種調(diào)節(jié)造血細胞生長和存活周期的重要基因，Dickson等[4]研究發(fā)現(xiàn) HOXA6直接參與了造血祖細胞發(fā)育的基本過程，能促進造血細胞短期的增殖和長期的自我更新。HOXA7能夠決定巨核系-紅系祖細胞(MEP)分化方向，使之向巨核系分化。So等[5]研究發(fā)現(xiàn)HOXA7是MEP分化所必需的，敲除HOXA7的小鼠會表現(xiàn)MEP數(shù)量減少，網(wǎng)織紅細胞增多和血小板計數(shù)減少。HOXA9具有調(diào)控造血干細胞的增殖，再繁殖以及調(diào)控髓系和淋巴系分化的能力，在被敲除HOXA9的小鼠中會觀察到血液中淋巴細胞明顯減少，共同淋巴祖細胞和淋巴前體細胞、普通髓系祖細胞和粒/單核細胞祖細胞計數(shù)、白細胞總數(shù)減少，并且當HOXA9的表達缺失時會削弱造血干細胞的增殖和再繁殖能力[5-7]。HOXA10的表達局限在早期髓系祖細胞，決定著粒/單系祖細胞的分化，Buske等[8]研究發(fā)現(xiàn)HOXA10在人臍帶血和胎兒的肝臟CD34+細胞中的過度表達會導致原始細胞的大量產(chǎn)生，并伴隨著紅系分化的完全阻斷和B細胞發(fā)育的嚴重減退。這些發(fā)現(xiàn)提示HOXA10的表達調(diào)控對于防止造血干細胞的異常發(fā)育和分化至關重要。Xu等[9]研究發(fā)現(xiàn)HOXA7、HOXA9和HOXA11的表達程度和AML的預后存在相關性，當HOXA7、HOXA9和HOXA11表達程度增加時，AML的預后往往會變差。

HOXB集群基因是紅系發(fā)育分化的主要調(diào)控分子之一。HOXB2在各系細胞中都有表達，對造血調(diào)控有重要作用。HOXB3可通過調(diào)控B和T淋巴細胞的分化造成髓系前體細胞增殖的延遲，研究提示在敲除HOXB3的小鼠骨髓中觀察到B淋巴細胞發(fā)育明顯受損[10，11]。Abramovich等[12]認為HOXB4在小鼠和人骨髓細胞中的增強表達促進了體內(nèi)造血干細胞(HSC)的自我更新，并且不破壞HSC的特異性分化?？扇苄灾亟M的HOXB4可以實現(xiàn)HSC的體外擴增，并且經(jīng)過HOXB4體外擴增的HSC具有保持其正常分化和長期再分化的潛能，在接受HOXB4誘導的HSCs移植的大量小鼠中未檢測到血液學的異常。Fischbach等[13]發(fā)現(xiàn)在小鼠中HOXB6的過度表達可導致造血干細胞和髓系祖細胞增殖，但是抑制了紅細胞和淋巴細胞的生成，同時HOXB6的上調(diào)常在急性髓系白血病中觀察到。Kappen[14]發(fā)現(xiàn)HOXB6基因的敲除會導致小鼠骨髓和胎肝細胞早期的紅系祖細胞增多。這些研究表示HOXB6能夠促進原始細胞的增殖，但會抑制其分化。施翰等[15]研究發(fā)現(xiàn) HOXB6 基因在臍血淋巴系祖細胞中(體外)均有表達，與淋巴系造血呈現(xiàn)一定的相關性。冉伶[16]在人類臍血造血干祖細胞向紅系祖細胞的分化過程中用三氧化二砷(AS2O3)進行干擾，發(fā)現(xiàn) HOXB6調(diào)控紅系祖細胞的產(chǎn)生、增殖與存活，HOXB6基因在紅系中隨著時間延長有逐漸增強的表達，提示HOXB6基因是紅系的主要基因之一，不僅對HSC的自我更新和維持至關重要，而且對調(diào)節(jié)淋巴系和髓系分化之間的平衡也是至關重要的。

HOXC基因是淋巴系統(tǒng)造血的主要調(diào)控基因，如HOXC4、HOXC5、HOXC6在B和T淋巴細胞均表達，且隨淋巴細胞的分化表達程度會提高，同時HOXC4也是早期調(diào)控造血的早期因子。盡管HOXC4存在于淋巴細胞系，但在非常早期的骨髓造血細胞中也有HOXC4的信息[17]。馮靜喬等[18]研究發(fā)現(xiàn)HOXC4、HOXC6基因在臍血淋巴系祖細胞中規(guī)律表達，HOXC4在人類造血干細胞向淋巴系祖細胞的正常增殖分化過程中表達較HOXC6強烈。

3 同源盒基因與白血病和骨髓增生異常綜合征發(fā)病的研究

研究提示HOX基因對于造血調(diào)控和造血細胞的發(fā)育有重要作用，是造血干/祖細胞增殖分化的主要調(diào)控基因。HOX 基因在早期造血細胞分化和后期造血細胞的定向過程中發(fā)揮著特定的功能和作用，并通過調(diào)節(jié)其下游的靶基因來參與造血細胞的增殖和分化，造血細胞內(nèi)HOX基因的異常表達可導致多種血液系統(tǒng)疾病的發(fā)生[19-21]。

黃媚賢[22]研究提示HOXA集群基因的遺傳學改變及其與Non-HOX基因和其他融合基因共存，而使HOXA基因與DNA結合并開始發(fā)揮調(diào)控作用，從而導致白血病。HOXA10基因可以調(diào)控造血細胞的發(fā)育，具有髓系特異性，黃穎[23]研究提示HOXA10基因轉錄表達失衡可以導致髓系白血病的發(fā)生，與HOXA9、Pbx1、Meisl等共同影響白血病的進程。王艷艷等[24]對HOXB3、HOXB4、HOXB6、MEIS1基因與AML患者CR率作了相關性分析,統(tǒng)計學分析表明，HOXB3、HOXB6、MEIS1基因的表達與標準方案(DA、MA、AT)化療后的CR率顯著相關，HOXB4基因與CR率無明顯相關關系。分析發(fā)現(xiàn)HOXB3、HOXB6、MEIS1基因表達陽性的患者化療后CR率明顯低于基因表達陰性者，提示以上同源盒基因在AML發(fā)病中起一定的作用，HOXB3、HOXB6、MEI1基因的表達可作為評價AML病情預后的指標之一。謝忻琰[25]研究提示在骨髓增生異常綜合征中可見HOX基因的異常表達及融合基因的形成，HOX基因異常甲基化和異常嵌合的NUP98-HOX參與了骨髓增生異常綜合征病情的發(fā)生和發(fā)展。

4 同源合基因與慢性再生障礙性貧血發(fā)病研究的預測

慢性再生障礙性貧血(Chronic aplastic anemia，CAA)是由多種病理機制導致的骨髓造血功能衰竭性疾病之一，其特點為全血細胞減少，以貧血、出血和感染及其相應伴隨癥狀為主要臨床表現(xiàn)。CAA具有發(fā)病緩慢、病程遷延、纏綿難愈等特點，且部分CAA患者可因失治誤治，或因感染等情況發(fā)生而導致病情加重，進展成為重型再障，危及患者生命，是血液系統(tǒng)的難治性疾病之一。CAA的發(fā)病機制之一的“種子學說”指出CAA的患者存在造血干/祖細胞的缺陷，此缺陷可能先于疾病而存在，但是一直沒有被觸發(fā)，在某些條件下如：理化因素、生物影響或其他外部干預的刺激，通過此缺陷引起疾病的發(fā)生與進展，但部分患者能夠通過機體的自我修復而代償，相對而言病情較輕。CD34細胞是造血干細胞的表面標志物，而CD34+細胞則表明早期造血干/祖細胞的存在，可作為檢測原始細胞的標志[26]，HOX基因與造血調(diào)控和造血干/祖細胞的分化密切相關。

中醫(yī)藥治療CAA具有獨特優(yōu)勢，根據(jù)CAA的臨床特點將其歸屬于中醫(yī)學“虛勞”范疇，但虛勞涵蓋的范圍很廣泛，因此為了區(qū)分CAA和其他虛勞疾病，2008年國家中醫(yī)藥管理局重點?？蒲翰f(xié)作組專家們統(tǒng)一將其命名為“慢性髓勞病”，指出“腎虛髓枯”是本病病機關鍵之所在，腎陰虛、腎陽虛和腎陰陽兩虛的分型為治療慢性髓勞病提供了簡明有效的分型標準[27，28]，且以補腎生血為主的治療方法及其獲得的臨床療效已得到血液界專家的認可，為中醫(yī)藥治療慢性髓勞病的理論和臨床研究奠定了基礎，具有重要的指導作用。課題組以中醫(yī)學“腎藏精、精化血”理論為指導，認為該理論與骨髓造血功能密切相關。其中“腎藏精”之“精”與造血干/祖細胞相近；“腎藏精”之“藏”與骨髓造血微環(huán)境 “龕”中基質(zhì)細胞黏附作用有關；“精化血”之“化”與骨髓造血免疫調(diào)控作用有關。課題組結合臨床實踐研制出補腎生血方藥補髓生血顆粒治療慢性髓勞病，臨床總有效率達80%左右，療效確切，通過相關研究提示補髓生血顆粒能夠刺激骨髓造血干/祖細胞的增殖和分化[29-31]。

綜上所述，CAA為骨髓造血功能衰竭性疾病，發(fā)病機制的“種子學說”指出此病的發(fā)生與造血干/祖細胞缺陷相關，CD34+細胞是造血干/祖細胞的標志，HOX基因與造血調(diào)控和造血干/祖細胞的分化密切相關?；谥嗅t(yī)學“腎藏精—生髓—化血”的理論，指出“腎虛髓枯”是CAA的主要病機，應用補腎生血中藥治療，補腎生血中藥具有促進造血干/祖細胞增殖和分化的作用，那么CAA的發(fā)病是否與HOX基因的異常表達有關，補腎生血中藥是否具有通過調(diào)控HOX基因表達以促進造血干/祖細胞增殖和分化的作用機制，這將是課題組近期內(nèi)重要的研究內(nèi)容，以此進一步闡述CAA的“種子學說”發(fā)病機制和豐富中醫(yī)學的“腎藏精”理論。