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混合谱系白血病基因部分串联重复在急性髓细胞白血病中的研究进展
国际输血及血液学杂志, 2015,38(3) : 236-239. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1673-419X.2015.03.011
摘要

混合谱系白血病(MLL)基因位于第11号染色体长臂2区3带(11q23)，其编码产物为具有3 969个氨基酸残基的核蛋白。MLL蛋白最具特征性的功能为通过调节Hox基因表达水平决定细胞存活。急性白血病可发生MLL基因重排，其中MLL基因部分串联重复(MLL-PTD)为MLL基因重排中最为常见的形式之一，主要存在于核型正常及具有第11号染色体三体的急性髓细胞白血病(AML)中。作者拟就MLL基因结构、功能、MLL-PTD在AML发生、发展中的作用机制，及其可作为AML潜在治疗靶点等方面进行综述。

引用本文: 卞梅茹, 陈伟, 吴庆运, 等.  混合谱系白血病基因部分串联重复在急性髓细胞白血病中的研究进展 [J] . 国际输血及血液学杂志, 2015, 38(3) : 236-239. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1673-419X.2015.03.011.
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混合谱系白血病(mixed lineage leukemia，MLL)基因定位于第11号染色体长臂2区3带(11q23)[1], MLL蛋白在胚胎发育及细胞分化过程中起重要作用，其在细胞质内被苏氨酸天门冬氨酸酶(threonine aspartase，taspase)1水解为分子量为320 kD的包含N端结构域的多肽链及分子量为180 kD的包含C端结构域的多肽链，水解后的多肽链通过暴露的结合结构域形成稳定异源二聚体，转移至核内行使功能[2]。MLL基因重排在成年人及儿童急性白血病中较为常见，该类患者预后较不具有MLL基因重排的患者差[3]。MLL基因重排表现出多种形式，包括染色体易位融合及混合谱系白血病基因部分串联重复(partial tandem duplication of MLL，MLL-PTD)。MLL-PTD主要存在于核型正常及第11号染色体三体的急性髓细胞白血病(acute myeloid leukemia，AML)中[4]，MLL-PTD通过重复DNA结合结构域(AT钩和CxxC锌指结构域)、抑制野生型MLL基因表达及其他导致白血病发生的基因突变共同导致AML发生。MLL蛋白复合物、DNA甲基转移酶以及微小RNA(microRNA，miRNA)-29b可作为MLL-PTD相关白血病治疗的潜在靶点。

1　MLL基因及其编码蛋白的结构与功能

MLL基因，又称为急性淋巴细胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)-1基因、HRX(human thithorax)基因，其全长约为90 kb，其包括至少36个外显子，编码产物为具有3 969个氨基酸序列的核蛋白。与果蝇Trithorax蛋白高度同源[5]。至今已发现5种MLL家族蛋白即MLL1～5，但仅MLL1蛋白在白血病发生中发挥作用。

1.1　MLL蛋白的结构

MLL蛋白在细胞质内被苏氨酸天冬氨酸酶(threonine aspartase 1，taspase1)水解为分子量为320 kD的包含N端结构域的多肽链(MLLN)及分子量为180 kD的包含C端结构域的多肽链(MLLC)。在HeLa细胞中利用小干扰RNA沉默taspase1基因的方法可增高未加工的MLL蛋白表达水平[2]。经taspase1水解后MLLN与MLLC通过非共价键结合，C末端通过与N末端苯丙氨酸-酪氨酸聚集结构域(N terminal of phenylalanine tyrosine rich domain，FYRN)、C末端苯丙氨酸-酪氨酸聚集结构域(C terminal of phenylalanine tyrosine rich domain，FYRC)相互作用形成异二聚体后，转移至细胞核内发挥其功能。

MLLN含有3个AT钩(AT hook)、1个转录抑制区(repression domain，RD)及PHD锌指结构[6]。AT钩可与DNA双螺旋小沟非特异性结合，一方面通过诱发靶基因DNA构象改变，间接稳定特定转录因子与靶基因间相互作用，以利于调节靶基因转录；另一方面AT钩能有效介导靶基因转录过程中多种调节因子间相互作用。转录RD通过与甲基化DNA结合起抑制靶基因转录作用。该结构域存在3个不同的亚结构域，但只能形成2个转录抑制机制不同的区域：转录RD1即CxxC结构域，富含半胱氨酸，与哺乳动物DNA甲基转移酶具有同源性，可募集多梳(polycomb)蛋白家族的抑制蛋白人多梳蛋白(human polycomb protein，HPC)2，B细胞特异的莫洛尼鼠白血病病毒插入位点(B-cell specific moloney murine leukemia virus insertion site，BMI)-1及协同抑制因子羧基末端结合蛋白(C terminal binding protein，CTBP)；转录RD2与CxxC结构域的结构不同，其含有与甲基结合区蛋白1同源的序列，通过募集组蛋白去乙酰化酶组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)1与HDAC2，介导抑制靶基因转录作用。MLLN还包括PHD，PHD与甲基化组蛋白3的四位赖氨酸(fouth lysine of histone 3，H3K4)相结合，有助于MLL蛋白定位于靶基因，参与靶基因转录、表达调控及染色质重建。

MLLC包括1个反式激活区与1个SET区[7]。反式激活区能够募集组蛋白乙酰转移酶的环磷腺苷效应元件 (cAMP-response element，CREB)结合蛋白并共同结合于Hox基因启动子。由于CBP具有乙酰基转移酶活性，因此可通过乙酰化组蛋白(histone，H)3与H4促进Hox基因表达。SET结构域具有独特的甲基转移酶活性，可甲基化H3K4，其活性可被乙酰化H3肽段激活。由于基因转录活性与H3K4甲基化状态相关，因此SET结构域可通过使Hox基因启动子H3K4甲基化，从而直接激活并维持Hox基因转录[8]。

1.2　MLL蛋白的功能

MLL蛋白于髓系、淋巴系细胞及组织中广泛表达，通过H3K4甲基转移酶活性调节Hox基因表达。Hox基因编码产物为转录因子，其于胚胎发育及细胞分化过程中发挥重要作用[9]。MLL蛋白对于维持Hox基因的表达有重要作用。MLL–/–型小鼠可启动具有发育阶段特异性Hox基因表达，但无法维持其持续表达；MLL–/–型小鼠胚胎髓系细胞呈现集落缩小、细胞增殖减缓及胎肝中Hox基因表达水平显著减低的症状，同时造成胚胎水肿与出血，MLL–/–型小鼠胚胎与发育10.5 d时死亡；MLL＋/–型小鼠可出现贫血、发音延迟、中轴骨及造血前体细胞缺陷等症状[10]。上述研究结果显示MLL蛋白对于发育中胚胎祖细胞及成年小鼠造血干、祖细胞增殖及存活发挥重要作用。MLL蛋白最具特征性功能为通过调节Hox基因表达来决定细胞存活，此外MLL蛋白亦可通过调节细胞周期蛋白及细胞周期依赖性激酶抑制因子调控细胞周期进程[11]。

2　MLL-PTD的形成、发生率及预后

MLL基因重排在成年人及儿童急性白血病中较为常见，MLL基因重排相关白血病具有多种临床表现形式，包括染色体易位及MLL-PTD等。MLL-PTD为MLL基因重排中较为常见的形式之一，其为MLL基因5'端部分序列插入基因组并通过自身融合所形成的产物[12]。MLL-PTD最为常见的重复序列包括外显子3～9重排、外显子3～10重排及外显子3～11重排，上述重复序列均包括编码MLLN的AT钩与CxxC结构域。

MLL-PTD主要存在于核型正常与仅存在第11号染色体三体异常的AML患者中。在核型正常的AML患者中MLL-PTD发生率近10%，且>1岁儿童的MLL-PTD发生率高于≤1岁新生儿及成年人[13]。Weisser等[14]研究结果显示，MLL-PTD可做为核型正常AML患者的白血病微小残留病(minimal residual disease，MRD)的1项有效监测指标。在仅存在第11号染色体三体的细胞遗传学异常AML患者中，MLL-PTD发生率近90%；在预后良好的存在融合基因如早幼粒白血病基因/维甲酸受体基因(promyelocytic leukemia gene /Retinoic acid receptor gene，PML/RARα)及AML1/ETO的AML患者中并未检测到MLL-PTD；MLL-PTD在健康个体外周血、骨髓及脐带血中均能检测到其表达。

存在MLL-PTD的AML患者预后较不存在MLL-PTD患者预后差，其缓解期亦较不存在MLL-PTD患者短，且差异均有统计学意义(P＝0.015)，此外与合并Fms样的酪氨酸激酶3-内部串联重复(Fms-like tyrosine kinase-3-internal tandem duplication，FLT3-ITD)突变的AML患者相比，仅存在MLL-PTD患者的缓解期更短，且差异有统计学意义(P＝0.042)[15]。

3　MLL-PTD在白血病疾病发生、发展中的作用机制

MLL-PTD在白血病致病机制中所发挥的作用尚不清楚，其可能通过下述机制扰乱机体骨髓造血功能，并最终导致白血病疾病发生、发展。

3.1　重复的DNA结合结构域

在MLL蛋白N末端存在多发性内分泌腺瘤蛋白Menin的结合模体，可与Menin结合。Menin为抑癌基因多发性内分泌腺瘤致病因子(multiple endocrine neoplasia，MEN)1的表达产物，Menin与MLL结合为晶状体上皮细胞衍生生长因子(lens epithelium-derived growth factor，LEDGF)与染色质接触提供接触表面，MLL-Menin-LEDGE复合物的形成为MLL正确定位至特定靶基因的关键步骤[16]。MLL的CxxC结构域与另1个重要的复合物即多聚酶相关因子复合物(polymerase associated factor complex，PAFc)存在相互作用[17]。PAFc与RNA聚合酶Ⅱ相互作用形成转录激活复合物，其可促进组蛋白H2B的第120位赖氨酸残基的泛素化标记，为H3K4与K3K79甲基化的先决条件。PAFc-MLL的相互作用是MLL基因转录激活的关键步骤[18]。

MLL-PTD拥有重复的DNA结合结构域(AT钩与CxxC结构域)，在体外具有转录因子活性[19]。MLL-PTD通过重复的AT钩与CxxC结构域与靶基因结合，从而募集更多PAFc与PAFc相关复合物[20]，进而增加与靶基因亲和力，导致靶基因表达异常。

3.2　野生型MLL基因沉默

不存在MLL基因异常或MLL融合基因的AML患者通常可保留野生型MLL基因活性；在存在MLL-PTD的AML患者中，其野生型MLL基因活性则受到抑制。在核型正常AML患者中MLL-PTD仅发生在1条第11号染色体上，另1条11号染色体则为野生型；第11号染色体三体的AML患者仅1条第11号染色体包含MLL-PTD，另2条染色体则为野生型[21]。

野生型MLL基因与MLL-PTD具有相反功能，野生型MLL蛋白能促进细胞凋亡，MLL-PTD则促进细胞增殖。MLL-PTD可通过DNA甲基化使野生型MLL基因沉默[22]，当恢复野生型MLL基因活性时，白血病细胞生长将受到抑制，细胞凋亡率增高。抑制DNA甲基转移酶与组蛋白脱乙酰酶能解除存在MLL-PTD的AML患者中野生型MLL基因所受抑制作用，从而诱导白血病细胞凋亡[23]。

3.3　共同存在的其他基因突变

约25%存在MLL-PTD的AML患者亦存在FLT3-ITD。当小鼠仅存在FLT3-ITD时，其表现为克隆性骨髓增殖[24]；仅存在MLL-PTD时，其造血祖细胞自我更新增加[25]；当小鼠同时存在MLL-PTD与FLT3-ITD时，其白血病发生率近100%[26]，这提示MLL-PTD与FLT3-ITD 2个突变在AML疾病发生中具有协同作用。

MLL-PTD亦存在于健康人群中，这表明MLL-PTD并不是MLL-PTD相关白血病疾病发生的决定性因素，其可能为后续导致AML的关键性基因改变提供遗传背景。

4　MLL-PTD相关AML潜在治疗靶点

尽管化疗或缓解后应用自体或异体造血干细胞移植(hematopoietic stem cell transplantation，HSCT)能改善MLL-PTD相关白血病患者的预后[27]，但细胞遗传学正常而存在MLL-PTD的AML患者治愈率仍然有限，因此提高这类患者的治愈率需要寻求新个性化治疗方案。

4.1　MLL复合物

基因敲除小鼠模型研究结果显示，敲除Menin基因能抑制MLL向MLLT3，又称MLL-AF9转变，并减低小鼠Hoxa9基因表达水平，同样，敲除LEDGF基因可减低Hoxa9基因表达水平[28]。此外，MLL蛋白包含CxxC结构域，可特异性结合非甲基化二磷酸吡啶核苷酸。诱发CxxC结构域中突变能抑制MLL蛋白与DNA结合，同时能够阻止干、祖细胞向髓系造血细胞分化。转染MLL-PTD小鼠细胞呈现出Hoxa9基因表达水平增高，同时MLL蛋白重复区域包含2个CxxC结构域，这表明抑制MLL-Menin-LEDGE复合物及CxxC结构域与DNA的相互作用可成为MLL-PTD相关白血病的潜在治疗靶点。

4.2　DNA甲基转移酶

MLL-PTD相关白血病存在野生型MLL基因沉默，应用DNA甲基转移酶抑制剂能使沉默的野生型MLL基因表达，并可诱发具有MLL-PTD未成熟细胞凋亡，但尚不清楚其相关机制是否为通过表达野生型MLL基因以提高具有MLL-PTD未成熟细胞凋亡敏感性[29]。应用DNA甲基转移酶抑制剂可作为MLL-PTD相关白血病潜在治疗方案之一。

4.3　miRNA-29b

miRNA-29b发挥作用的靶点为DNA甲基转移酶。miRNA-29b在AML中表达水平减低[30]，而miRNA-29b表达水平增高能产生抗白血病作用[31]。在具有MLL-PTD/FLT3-ITD的AML小鼠中存在DNA甲基转移酶表达水平增高及DNA甲基化水平增高，对其应用硼替佐米可使miRNA-29b表达水平增高[30]。具有MLL-PTD/FLT3-ITD的小鼠在应用脂质体硼替佐米后miRNA-29b表达水平得以恢复，DNA甲基化转移酶(DNA methyltransferase，Dnmt)表达水平减低，且可促使白血病细胞增殖率减低、细胞凋亡率增高。80%具有MLL-PTD/FLT3-ITD小鼠应用脂质体硼替佐米后90 d内存活，这表明恢复miRNA-29b表达为治疗具有MLL-PTD/FLT3-ITD白血病潜在方案[32]。

5　小结及展望

MLL-PTD通过重复的DNA结合结构域抑制野生型MLL基因活性，并可与其他基因突变共同作用最终导致AML发生[33]。目前，对MLL-PTD相关白血病的研究仍处于初步探索阶段，其研究热点主要集中于其结构异常，MLL-PTD导致白血病发生的具体分子机制为进一步研究热点。随着对MLL-PTD导致白血病的具体分子机制的深入了解，特异性针对MLL-PTD相关AML靶向治疗药物，可为该亚型白血病治疗提供新策略。

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