细胞因子受体在骨髓增殖性疾病中的作用机制

1、细胞因子受体在骨髓增殖性疾病中的作用机制 摘 要 慢性骨髓增殖性疾病（chronic myeloproliferative diseases，cMPDs，MPD）是一组异质性的造血干细胞克隆性疾病。除慢性粒细胞性白血病（chronic myelocytic leukemia，CML）（慢粒）有标志性的Ph染色体和(或)形成BCR/ABL融合基因，而对BCR/ABL阴性cMPDs等病因的研究，近年来有了实质性进展。在大多数真性红细胞增多症（polycythemiarubra vera，PV，PRV）和半数特发性血小板增多症（essential thrombocythemia，ET）、特发性骨髓纤

2、维化（idiopathic myelofibrosis，IMF，MF）患者中存在酪氨酸激酶：Janus kinase 2（JAK2）的获得性突变JAK2V617F，随后又发现了部分ET及IMF患者中存在型细胞因子受体突变，如MPLW515L/K等。一系列发现对揭示BCR/ABL阴性的MPD的发病机制有重要意义。而JAK2V617F需与型细胞因子受体联合表达才能发挥其组成性激活活性，脱离型细胞因子受体，其不能完全发挥其生物功能。关键词 慢性骨髓增殖性疾病 细胞因子受体 JAK2 突变1 引 言慢性骨髓增殖性疾病（cMPDs）是起源于骨髓造血干细胞的克隆性疾病，骨髓中一系或多系血细胞增殖，外周血出

3、现过多的成熟或幼稚细胞，并对细胞因子高度敏感。其中慢粒有标志性的Ph染色体和(或)形成BCR/ABL融合基因。PV、ET、IMF三者构成经典的BCR/ABL阴性的cMPDs。2005年多个研究组报道在大多数PV和半数ET、IMF患者中存在酪氨酸激酶JAK2的获得性点突变JAK2V617F，随后又发现在部分ET及IMF患者中存在血小板生成素受体（thrombopoietin receptor，TPOR，MPL）突变MPLW515K/L，少数患者同时存在上述2种突变。JAK2V617F是引起PV等MPD的主要致病因素，但需型细胞因子受体作为桥梁才能发挥其组成性激活活性。缺乏型细胞因子受体，JAK2

4、V617F不能完全发挥其生物活性。下面对型细胞因子受体在MPD发病中的作用及意义作一综述。2 细胞因子受体及参与的信号传导通路细胞因子受体为跨膜糖蛋白，包含胞外区、跨膜区和胞浆区。包括型细胞因子受体家族、型细胞因子受体家族（干扰素受体家族）、型细胞因子受体家族（肿瘤坏死因子受体家族）等。型细胞因子受体家族又称造血因子受体家族，包括部分白介素（interleukin，IL）、促红细胞生成素受体(erythropoietin receptor，EPOR)、MPL、粒细胞集落刺激因子(Granulocyte colony-stimulating factor receptor ，G-CSFR)、粒-

5、巨噬细胞集落刺激因子（Granulocyte macrophage colony-stimulating factor receptor，GM-CSFR)、生长激素受体(growth hormone receptor ,GHR)、催乳素受体(prolactin receptor PRLR)等。与EPOR的胞外区的氨基酸序列有高度同源性。其成员为多亚单位受体。如EPOR、G-CSFR、MPL、PRLR、GHR等与配体结合后形成同源二聚体。而IL-3R、IL-5R、GM-CSFR等由不同亚单位构成形成异源寡聚体。型细胞因子受体本身无酪氨酸激酶活性，与细胞因子结合后自身发生磷酸化并耦联激活JAK酪氨

6、酸激酶，进一步激活下游信号分子如STAT等转录因子，调节基因表达1。3 型细胞因子受体与骨髓增殖性疾病研究已经证实，JAK2突变体V617F是引起PV等cMPDs的主要致病因素，其与型细胞因子受体共表达，相互磷酸化，发挥其组成性激活活性，参与重要病理生理功能。某些细胞因子受体突变亦可以引起cMPDs发生，如MPLW515L/K。3.1 JAK2V617F与型细胞因子受体3.1.1 JAK2V617F与骨髓增殖性疾病JAK2基因位于第9号染色体，编码1 132个氨基酸，为胞浆非受体型酪氨酸激酶。参与MPD中造血祖细胞高度敏感的生长因子的信号转导过程。抑制JAK2后可以阻断MPD患者自发性内源性红

7、系集落（endogenous erythroid colony,EEC）的形成2。在PV患者的幼红细胞中同时存在自发性STAT5的磷酸化3。因此，JAK2-STAT5通路对EEC和细胞因子的高敏感性起关键作用。2005年多个研究组报道了在cMPDs中发现了JAK2第12号外显子的第1 849位核苷酸G-T突变，这种突变发生在JAK2基因的JH2区氨基酸密码子617位，由于鸟嘌呤被胸腺嘧啶替代，导致缬氨酸被苯丙氨酸替代，即JAK2V617F。结构域模型显示617位缬氨酸被苯丙氨酸替代后，空间构象发生改变，导致JH2区的抑制作用减弱，JAK2被持续性激活3-5。研究表明JAK2V617F的阳性率在

8、PV、ET、MF患者中分别为90%95%、50%70%、40%50%。此外，在一小部分慢性骨髓单核细胞性白血病(CMML)、骨髓增生异常综合征(MDS)和急性髓系白血病(AML)患者中也存在JAK2V617F，而具有JAK2V617F的AML患者大多存在MPD病史6。Jamieson发现在PV患者的造血干细胞（haemopoietic stem cell,HSCs）、髓系祖细胞(common myeloid progenitors,CMPs)、粒/巨噬细胞祖细胞(granulocyte/macrophage progenitors，GMPs)和巨核细胞/红系祖细胞(megakaryocytic

9、/erythroid progenitors，MEPs)中均可检测出JAK2V617F，提示PV起源于造血干细胞水平，累及髓系、红系和巨核系7。临床研究发现JAK2V617F阳性的患者病程明显延长，出血、血栓、纤维化的并发症发生率高，需用更多的细胞生长抑制剂治疗8。3.1.2 JAK2V617F介导的MPD需要型细胞因子受体参与型细胞因子受体在JAK2V617F介导的cMPDs发病中起重要作用，只有两者共同作用才能发挥其组成性激活活性。脱离型细胞因子受体，JAK2V617F不能完全发挥其生物活性。型细胞因子受体分为同源二聚体和异源二聚体。EPOR是一个同源二聚体。EPO与EPOR结合后，引起自

10、身空间构象的改变，促进JAK2形成同源二聚体，继而激活下游STAT5发挥转录因子活性，最终导致红系祖细胞的增殖和分化。缺乏EPO/EPOR则引起红系细胞在幼红细胞水平发生凋亡1。其它型细胞因子受体如MPL、G-CSFR和PRLR等作用机制与EPOR类似。由于持续激活不同的型细胞因子受体，导致了不同类型的MPD发生，目前推测与红细胞(EPOR)、巨核细胞(MPL)和粒细胞(G-CSFR)分化相关的细胞因子受体，分别在JAK2V617F介导的PV、ET和MF中起重要作用。上述细胞因子受体既可单独介导某一类型MPD的发生，亦可联合作用，形成复杂的网络，参与MPD的发病，如MPL的改变可出现在不同类型

11、MPD患者中。研究表明，同源型细胞因子受体对于JAK2V617F介导的造血细胞对细胞因子的非依赖性生长是必须的。EPOR失活性突变可以抑制EPO介导的JAK2-STAT5的激活作用，同时抑制JAK2V617F介导的细胞因子非依赖性转化。Lu等研究发现，在EPOR阳性的Ba/F3细胞（Ba/F3-EPOR）中导入JAK2V617F后，细胞呈现EPO非依赖性生长及对EPO的敏感性增加，类似PV患者体内的自发性红系克隆形成。其它型细胞因子如MPL、G-CSFR或PRLR与JAK2V617F共表达在Ba/F3细胞后出现相似表现。而仅JAK2V617F阳性而无型细胞受体联合表达或野生型JAK2与细胞因子

12、受体表达的Ba/F3细胞均未出现细胞因子非依赖性生长。表明JAK2V167F介导的细胞因子非依赖性生长需要型细胞因子受体的参与。即缺乏型细胞因子受体，JAK2V617F不能完全独立介导其组成性激活作用9。反之JAK2V617F突变体亦促进了EPOR等细胞因子受体的表达，二者相互协作，共同导致了MPD的发生。在PV等髓系疾病中JAK2V617F突变的分子基础是型细胞因子受体的表达，而对于淋系却不能充分介导JAK2V617F的组成性激活作用9。因此JAK2V617F需要细胞因子受体作为桥梁，在信号传导与激活中起重要作用。3.2 型细胞因子受体异常与骨髓增殖性疾病目前的研究表明，仍有半数左右的ET和

13、IMF不存在JAK2V617F，构成了JAK2V617F阴性cMPDs，而后者同样存在克隆性血细胞生成。考虑到型细胞因子受体与JAK2密切相关，因此推测如果这些细胞因子受体发生突变，亦可激活JAK2V617F阴性MPD患者的JAK2激酶。先前研究发现家族性红细胞增多症和血小板增多症患者中检测出遗传性的EPOR和MPL突变。新近研究发现在30%的PV、40的ET、67的IMF患者中存在MPL蛋白异常。具有纯合性JAK2V617F的患者其MPL表达要低于杂合性突变患者，而杂合性突变者低于无突变者。同时研究发现，在MPD患者中，尤其是IMF中MPL蛋白均存在表达缺陷，并导致血小板的不完全糖基化10。

14、随后多个研究组发现JAK2V617F阴性的IMF患者中MPL的跨膜区域存在一个激活突变： MPLW515L（色氨酸被亮氨酸替代）或MPLW515K（色氨酸被赖氨酸替代），前者发生率要高于后者，两者突变率为6%-10%，而PV或其它髓系疾病中均未发现此突变，并且可与JAK2V617F共存。提示这些基因可能在MPD的发病机制中有功能上的互补。集落形成试验表明有MPLW515L/K 或JAK2V617F突变的造血干祖细胞可分别向粒系或红系增殖，这两种突变发生在疾病早期，而前者发生于更早期的造血干细胞11。 表达MPLW515L的32D、UT-7和Ba/F3等细胞因子依赖性细胞株中，均表现出细胞因子非

15、依赖生长和对TPO的高敏感性，并且导致JAK2、STAT3、STAT5、MAP和PI3K等下游信号蛋白的组成性激活。表达MPLW515L的受体小鼠能够出现类似于人类IMF的表型，包括网硬蛋白纤维化、巨核细胞增生、脾肿大和髓外造血，并出现了与JAK2V617F转染小鼠的不同表现：表达MPLW515L受体小鼠发生显著的血小板增多12。尽管目前对PV、ET和MF患者的分子病因学方面已经有了重要进展，在对JAK2V617F、MPLW515L、MPLW515K等突变体空间构型的认识会使我们对这些等位基因激活的作用机制有进一步的理解，而对无JAK2或MPL突变的MPD患者的遗传学基础目前尚不明确。我们推测

16、在受体-JAK-STAT信号转导途径中可能还有其它一些基因异常导致了MPD的发生。4 对BCR/ALB阴性cMPDs进一步分型及治疗的展望随着JAK2V617F及MPLW515L/K的发现，针对cMPDs的分型提出了新建议。部分学者研究后发现JAK2V617F阳性、临床上被诊断为ET或IMF的患者可能是PV的变异型13。动物实验表明JAK2V617F基因转染给小鼠时可导致红细胞上升为主，而转染MPLW515L/K后则出现血小板增多，骨髓纤维化等类似于IMF演变过程12。这些研究发现将推动针对cMPDs最新分型的出现。因此，在不久的将来，MPD的诊断和分类很可能要被修改。随着上述分子生物学标志的

17、发现，针对MPD高效的分子靶向药物的研发及应用，将为MPD的治疗提高到一个新的水平。参考文献1Rawlings JS, Rosler KM, Harrison DA. The JAK/STAT signaling pathway. J Cell Sci. 2004, 117: 1281-1283.2James C, Ugo V, Couedic JPL, et al. A unique clonal JAK2 mutation leading to constitutive signaling causes polycythaemia vera. Nature, 2005, 434 (7037

18、): 1144-1148.3Garcon L, Rivat C, James C. et al. Constitutive activation of STAT5 and Bcl-xL overexpression can induce endogenous erythroid colony formation in human primary cells. Blood. 2006 Sep 1;108(5):1551-4.4A gain-of-function mutation of JAK2 in myeloproliferative disorders. Kralovics R, Pass

19、amonti F, Buser AS.etal. N Engl J Med. 2005 Apr 28;352(17):1779-90.5Levine RL, Wadleigh M, Cools J, et al. Activating mutation in the tyrosine kinase JAK2 in polycythemia vera, essential thro- mbocythemia, and myeloid metaplasia with myelofibrosis. Cancer Cell,2005,7:387397.6Ishii T, Bruno E, Hoffma

20、n R, Xu M. Involvement of various hematopoietic cell lineages by the JAK2V617F mutation in polycythemia vera.Blood, 2006,108 (9):3128-34.7Jamieson CH, Gotlib J, Durocher JA, et al. The JAK2 V617F mutation occurs in hematopoietic stem cells in polycythemia vera and predisposes toward erythroid differ

21、entiation. Proc Natl Acad Sci U S A,2006,103(16):6224-9.8Kralovics R, Passamonti F, Buser AS, et al. A gain-of-function mutation of JAK2 in myeloproliferative disorders. N Engl J Med, 2005,352:177917909Lu X, Levine R, Tong W.et al.Expression of a homodimeric type I cytokine receptor is required for

22、JAK2V617F-mediated transformation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005,102(52):18962-7.10Moliterno AR, Williams DM, Rogers O. et al. Molecular mimicry in the chronic myeloproliferative disorders: reciprocity between quantitative JAK2 V617F and Mpl expression. Blood. 2006 Dec 1;108(12):3913-5.11Pardanani AD, Levine RL , Lasho T, et al.MPL515 mutations in myeloproliferative and other myeloid disorders: a study of 1182 patients.Blood, 2006, 108(10): 3472-347612Pikman Y, Levine RL, Lee BH,et al. Comparative Analysis of the Constitut