miR-155/HIF-1α/p53對骨髓增生異常綜合征調(diào)控機制的研究

薛婷婷 陶雨晨 徐 皓 胡可心 王艷璐 陸嘉惠

骨髓增生異常綜合征(myelodysplastic syndromes,MDS)是一組具有高度異質(zhì)性的髓系惡性克隆性腫瘤,其特征是造血功能低下和發(fā)展為急性髓性白血病 (acute myeloid leukemia,AML),表現(xiàn)為造血細胞形態(tài)發(fā)育不良和外周血細胞減少[1]。MDS的多發(fā)年齡段為老年群體,它是由腫瘤性骨髓細胞中的結(jié)構(gòu)染色體改變和體細胞突變驅(qū)動的[2]。復(fù)雜組合的基因突變是MDS發(fā)病機制的核心,例如SF3B1、SRSF2、TET2、DNMT3A、RUNX1 和TP53這些基因突變會影響RNA 剪接、DNA 甲基化、基因表達的轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及 DNA修復(fù)等,從而導(dǎo)致異質(zhì)的臨床表型和結(jié)果[3]。對于MDS患者的治療,低?；颊叩闹委熢瓌t主要集中在改善外周血細胞減少和生活質(zhì)量,而高?；颊叩闹委熌繕耸穷A(yù)防疾病進展和提高生存率。目前臨床上的常用藥物有促紅細胞生成素、來那度胺、免疫抑制劑、去甲基化藥物等,造血干細胞移植仍然是MDS患者唯一可能痊愈的治療方式。除此之外,缺氧誘導(dǎo)因子穩(wěn)定劑羅沙司他、端粒酶抑制劑伊美司他、口服去甲基化藥物、TP53 調(diào)節(jié)劑等藥物也將用于MDS的治療。

一、缺氧是MDS疾病發(fā)生、發(fā)展過程中的重要因素

氧氣參與生物與細胞的新陳代謝,幾乎是一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。在哺乳動物中,對缺氧應(yīng)激的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)主要是由缺氧誘導(dǎo)因子 (hypoxia inducible factor,HIF) 介導(dǎo)的。HIF是由一個對氧敏感的α 亞基和對氧不敏感β 亞基組成的異二聚體,其中α 亞基中包含3個組分,分別為HIF-1α、HIF-2α 和 HIF-3α。HIF-1α 是 HIF組成中特征最為明確的,在所有細胞中普遍表達,已有很多科學(xué)研究是在其基礎(chǔ)上進行。而 HIF-2α和 HIF-3α在某些組織中選擇性表達,HIF-3α作為多個剪接變體存在,其中一些會抑制 HIF-1α和HIF-2α活性[4,5]。HIF-1α的降解激活機制是,在常氧條件下,脯氨酰羥化酶(prolyl hydroxylase,PHD)使HIF-1α亞基發(fā)生羥基化,然后腫瘤抑制因子 VHL (von hippel lindau)的 E3 連接酶可以識別羥基化的亞基,并通過蛋白酶體途徑誘導(dǎo)HIF-1α降解,而在缺氧條件下,PHD 由于缺乏其共底物氧氣使得活性受到抑制,這使HIF-1α可以穩(wěn)定移位到細胞核中與HIF-β結(jié)合,形成具有活性的HIF轉(zhuǎn)錄復(fù)合物,從而進一步激活下游信號通路[6]。

HIF作為主要的缺氧轉(zhuǎn)錄激活因子,可以調(diào)控細胞基因的表達來適應(yīng)體內(nèi)的缺氧環(huán)境。它可以調(diào)節(jié)骨髓中的血管生成,白血病細胞的代謝、增殖和擴散從而促進腫瘤的發(fā)生和進展[7]。并且在血液系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)展過程中,缺氧和血管再生是兩個普遍存在的反應(yīng)狀態(tài),兩者之間密切聯(lián)系,惡性造血細胞的快速增殖會消耗大量的氧氣,造成骨髓中的缺氧環(huán)境,繼而引起骨髓微環(huán)境中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的過度表達,從而使得骨髓中的血管化和血管通透性增加,這一系列反應(yīng)過程可以對MDS的整個病程產(chǎn)生影響。也有研究表明,在骨髓間充質(zhì)基質(zhì)細胞中,缺氧環(huán)境通過促進VEGF的過表達可以改善細胞增殖和血管生成[8～10]。除了與血管再生的聯(lián)系之外,缺氧還可以通過作用于促紅細胞生成素(erythropoietin,EPO)來影響MDS的進展。貧血是MDS的主要癥狀,而EPO是造血的主要調(diào)節(jié)因子。對于EPO在MDS發(fā)病中作用機制的研究也早已開展,結(jié)果表明它的異常產(chǎn)生會助長MDS的無效造血功能。除此之外,也有研究證明,血清 EPO 可作為原發(fā)性 MDS 患者獨立預(yù)后因素的一項重要指標[11]。而EPO 的產(chǎn)生可以由缺氧來激活,并且通過對氧敏感的反饋回路可以調(diào)節(jié)它在機體內(nèi)的表達[12]。

二、HIF-1α可以在缺氧條件下激活p53,誘導(dǎo)細胞凋亡

p53/TP53作為一種重要的腫瘤抑制因子,在細胞的應(yīng)激反應(yīng)中起著核心作用。它可以轉(zhuǎn)錄調(diào)控多種蛋白基因來參與體內(nèi)的生物學(xué)反應(yīng)過程,包括DNA損傷修復(fù)、細胞周期阻滯、凋亡以及衰老[13]。在MDS患者中,TP53突變與MDS低危向高危的轉(zhuǎn)化、MDS 向 AML的轉(zhuǎn)變、常規(guī)療法的耐藥性以及預(yù)后情況密切相關(guān)[14]。在一項MDS的相關(guān)研究中, APR是 PRIMA-1 的甲基化衍生物,它可以通過恢復(fù)突變的p53,使其反式激活來促使腫瘤細胞凋亡。并且研究數(shù)據(jù)表明,低劑量的 APR 與5-阿扎胞苷聯(lián)合應(yīng)用可重新激活p53并誘導(dǎo)細胞凋亡程序,且其抑制作用在TP53 突變的 MDS 衍生的 SKM-1 細胞系中更為明顯[15]。除此之外,p53 是造血干細胞功能的核心,除了參與造血過程之外,p53還可降低細胞內(nèi)活性氧水平,從而有助于造血干細胞的穩(wěn)態(tài)和遺傳穩(wěn)定性。p53發(fā)生畸變的造血干細胞在遺傳毒性應(yīng)激期間會不斷擴張,最終取代正常的造血功能[16]。此外,在MDS 中,TP53突變狀態(tài)與 del(5q) 綜合征密切相關(guān),這會造成染色體不穩(wěn)定和疾病的克隆進化,而在MDS 頻繁突變的一組基因中, TP53的改變有助于具有特殊生物學(xué)和臨床方面的患者亞組的確定。此外,TP53等位基因狀態(tài)對 MDS 患者基因組的穩(wěn)定性、預(yù)后和臨床表現(xiàn)具有多重影響[17]。

HIF-1α和p53之間存在密切且復(fù)雜的作用關(guān)系,它們在調(diào)節(jié)缺氧誘導(dǎo)的細胞變化中發(fā)揮著重要作用,在缺氧狀態(tài)下,它們必須競爭有限的轉(zhuǎn)錄共激活因子 p300 才能獲得轉(zhuǎn)錄活性。而HIF-1α對p53的作用調(diào)節(jié)機制可以是直接的也可以是間接的。HIF-1α可以直接與p53結(jié)合發(fā)揮調(diào)節(jié)作用,例如在一項研究中表明,p53 啟動子上的 HRE3 區(qū)域可以作為 HIF-1α 結(jié)合位點,HIF-1α-HRE3 的結(jié)合急劇激活了p53 的轉(zhuǎn)錄水平,上調(diào)的p53抑制了細胞周期的進程,從而導(dǎo)致 G2/M期細胞的積累[18]。也有研究發(fā)現(xiàn),p53 突變體可以與HIF-1α 形成復(fù)合物來對促癌基因的轉(zhuǎn)錄表達進行調(diào)節(jié)控制,從而影響腫瘤的進程[19]。HIF-1α對p53的間接調(diào)控機制比較復(fù)雜,HIF-1α可以在不同缺氧程度下激活p53,完全激活的 p53 可以通過誘導(dǎo)下游靶基因Bax 來觸發(fā)細胞凋亡。具體的調(diào)節(jié)機制是HIF-1α可以通過直接或間接靶向MDM2來完成,也可以通過靶向MDM4及其他E3連接酶來誘導(dǎo)p53。并且隨著細胞類型的不同,缺氧對 p53 表達水平和轉(zhuǎn)錄活性的誘導(dǎo)也具有相應(yīng)的特異性,像在前列腺癌中HIF-1α對p53可能起激活作用,而在乳腺癌中HIF-1α是抑制p53的表達[20]。在MDS的相關(guān)實驗中表明,復(fù)方砷劑可以下調(diào)HIF-1α的表達,并且上調(diào)p53的表達,這提示了在MDS中HIF-1α可能對p53起抑制作用[21]。

三、miR-155對HIF-1α的調(diào)節(jié)可能是治療MDS的潛在靶點

microRNA(miRNA) 是一類小的成熟非編碼 RNA,可使基因發(fā)生沉默來調(diào)節(jié)基因的表達。miRNA在細胞發(fā)育、細胞分化、細胞增殖和細胞凋亡等生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用,其介導(dǎo)的基因沉默是多種疾病基因表達調(diào)控的重要組成部分,而且miRNA 的表達譜與癌癥檢測、分期、進展和對治療的反應(yīng)息息相關(guān)[22, 23]。miR-155 是第1個在癌癥中顯示增加的 miRNA,在實體瘤和血液系統(tǒng)惡性腫瘤中經(jīng)常過度表達,它的高表達水平與大多數(shù)癌癥的腫瘤亞型、臨床病理標志物和低生存率有關(guān)。miR-155可以直接靶向抑制體內(nèi)的多種基因,像SHIP1、WEE1、VHL、PU.1、TP53INP1、Bcl-2和SOX 家族等,從而參與了免疫反應(yīng)、DNA損傷反應(yīng)、缺氧、炎癥等細胞功能的表達。此外,miR-155介導(dǎo)的信號通路已成為癌癥分子治療的潛在靶點[24]。

miR-155 是血液惡性腫瘤中最常過表達的 miRNA 之一,在造血系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,在正常造血干細胞和祖細胞中,miR-155會呈現(xiàn)高表達水平,而在成熟造血細胞中表達水平變低。miRNA-155可以阻斷多個譜系的造血分化,并且對正常的骨髓生成和紅細胞的生成起負向調(diào)控的作用[25]。除此之外, miR-155也可能是評估血液系統(tǒng)惡性腫瘤患者診斷、治療和預(yù)后的重要指標。在MDS中,通過微陣列分析與PCR驗證,MDS患者中的miR-155-5p表達顯著升高[26]。并且對于MDS患者而言,原始骨髓腔內(nèi) miR-155 的失調(diào)可能使造血干細胞的自我更新功能發(fā)生異常并且會使其進展為 AML的風險變大。數(shù)據(jù)研究表明,miR-155 的表達水平不僅可以區(qū)分高危和低危型 MDS,而且還與 MDS 患者中較短的總生存期和轉(zhuǎn)化為 AML 的風險顯著相關(guān)。除此之外,相對較高的miR-155表達還具有不良的預(yù)后意義[27]。

miR-155可以抑制體內(nèi)HIF-1α的轉(zhuǎn)錄激活。它可以直接靶向調(diào)節(jié)HIF-1α來發(fā)揮作用,有研究發(fā)現(xiàn),外源應(yīng)用成熟的 miR-155可以降低缺氧狀態(tài)下HIF的表達活性,并且通過增加抗 miR-155 的共同處理可以逆轉(zhuǎn)活性的表達。在進行外源性 miRNA-155 轉(zhuǎn)染后,常氧細胞中 HIF-1α mRNA的表達水平顯示出了輕度但明顯的降低,并且會抑制HIF-1α蛋白水平的表達。此外,增加 miR-155 的濃度會以劑量反應(yīng)的方式特異性地降低 HIF-1α mRNA 和蛋白質(zhì)的表達水平。這些數(shù)據(jù)表明miR-155 可以減少體內(nèi)的 HIF 信號,并且這種改變主要在 HIF-1α層面發(fā)揮作用[28]。除此之外,miR-155也可以間接調(diào)控HIF-1α的表達,研究發(fā)現(xiàn),腫瘤抑制因子VHL是miR-155另一直接靶向因子,miRNA-155可以下調(diào)VHL的表達,而VHL 作為 HIF-1α 和 HIF-2α的 E3 連接酶,使得這一下調(diào)對HIF-1α的活性產(chǎn)生影響。黃天豐等[29]研究證明,經(jīng)藥物處理后,急性肺損傷模型小鼠中miR-155的表達降低,并且HIF-1α的表達增加,提示藥物減輕急性肺損傷的機制可能是通過miR-155對HIF-1α的的負性調(diào)控來發(fā)揮作用的。

四、展 望

在實體瘤中,HIF-1α引起的缺氧激活反應(yīng)已經(jīng)被認為是推動腫瘤進展的關(guān)鍵環(huán)境因素,后續(xù)實驗也相繼證明了其在血液系統(tǒng)惡性腫瘤也有著重要影響。HIF-1α作為缺氧轉(zhuǎn)錄因子,在 MDS 患者中顯示出高度激活,通過調(diào)控骨髓中的造血干細胞和血管再生,對骨髓微環(huán)境產(chǎn)生影響,使造血系統(tǒng)發(fā)生異常改變,從而促進MDS的進程和發(fā)展。p53和miR-155也可以通過各種生物反應(yīng)過程影響了骨髓的正常造血功能,從而在MDS的整個病程中發(fā)揮作用。而HIF-1α可以受到miR-155直接或間接的靶向作用,然后根據(jù)環(huán)境的不同調(diào)節(jié)性的激活p53,從而激發(fā)更多的細胞功能,這一系列的調(diào)節(jié)可能會對MDS的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。因此,基于上述研究進展,提出如下科學(xué)假說:通過對miR-155/HIF-1α/p53這一反應(yīng)機制的調(diào)控,可以影響MDS的發(fā)生和發(fā)展。并且深入探索該調(diào)控機制對了解 MDS 的發(fā)病機制和促進新的治療和預(yù)防策略具有重要意義,這也為之后的研究提供了明確的思路。