白血病幹細胞相關研究進展——白血病幹細胞的特性

2020-12-08 騰訊網

作者:劉加軍 中山大學附屬三院血液科

摘要:

急性髓系白血病(Acute myeloid leukemia,AML)是一類高度異質的血液系統惡性腫瘤,以骨髓與外周血中原始和幼稚細胞異常增生為主要特徵。近年來,隨著對AML的發病機制、靶向治療和預後的大量研究,AML的診治水平得到明顯提高,但是該病的總體治療效果仍欠佳,5年生存率仍不足50%。

研究認為,AML患者體內存在少數白血病始動細胞,通常被稱為白血病幹細胞(Leukemic stem cells,LSCs),白血病幹細胞具有自我更新的能力和抗藥性,是白血病病情持續和復發的主要原因。研究白血病幹細胞的生物學、免疫學、遺傳學特性以及它們的異質性,對於AML的靶向治療及改善AML的預後具有十分重要的臨床意義。本文將從白血病幹細胞的特性、表型特徵以及白血病幹細胞免疫表型、細胞代謝、表觀遺傳調節和細胞微環境相關的靶向治療進行綜述。

關鍵詞:急性髓系白血病,白血病幹細胞,靶向治療

急性髓系白血病(AML)是成人最常見的急性白血病,是一種骨髓內造血幹細胞的克隆異常,大量異常分化的髓系細胞在骨髓內聚集導致的疾病[1]。儘管在過去二十年不斷採用新的治療方式,病人的長期結局也獲得顯著改善,但是AML仍然是一個整體預後很差的疾病。在誘導化療後獲得完全緩解的病人裡,復發率仍然居高不下。

AML是一個具有複雜基因和分子異質性的疾病,這些基因和分子異質性也使得病人對化療以及異基因造血幹細胞移植(allo-HSCT)有著不同的反應。然而,即使是通過細胞遺傳學/分子生物學資料被劃分到同一危險分組的病人,臨床結局也可以是截然不同的。最近,對於分子生物學資料收集的改善,促成對AML病人尤其是基因危險分組為中危組的病人更合理的分層。然而,即使是在除外急性早幼粒細胞白血病的基因危險分組低危組的病人中,復發率和死亡率依舊居高不下[2]。

研究認為,AML患者體內存在少數白血病始動細胞,通常被稱為白血病幹細胞(LSCs),處於白血病細胞譜系的頂端,表現出一些特有的特性,包括自我更新、細胞周期靜止、抵抗化療等,這也是白血病病情持續和復發的重要原因[3]。研究LSCs的生物學、免疫學、遺傳學特性以及它們的異質性,對於開展LSCs靶向治療、改善AML的預後至關重要。

一、白血病幹細胞(LSCs)的特性

1

LSCs是否處於細胞周期靜止期?

許多早期研究認為LSCs處於靜止狀態,並認為這種靜止狀態是LSCs能夠抵抗化療的關鍵特性。早期人們認為LSCs都是CD34+CD38 的,體外分析CD34+CD38 LSCs,發現這些細胞大多處於靜止期。後來的研究發現LSCs也可以是CD34+CD38 、CD34+CD38+、CD34 的[4]。最近的研究發現LSCs可以處於細胞周期活躍期[1]。研究者在MLL重排的AML中,發現一種表達CD93的LSC處於細胞周期活躍期[5]。

此外,在成功植入人原始AML異體移植物的免疫缺陷小鼠身上,使用阿糖胞苷治療,功能性LSCs表現出與其它大量白血病細胞類似的減少反應[6]。這個發現表明,LSCs並不總是對針對分化細胞的化療抵抗。

總之,LSCs可以表現出與正常造血幹細胞(HSC)類似的細胞周期靜止性,也可以處於細胞周期活躍期。因此,在抗LSC治療方案中加入細胞周期特異性藥物或許有一定作用[1]。

2

LSCs在AML細胞中的頻率

90年代初的一項研究,通過限制性稀釋移植測定,揭示了LSCs在人原始AML樣本中的普遍存在,並報導稱LSCs頻率處於1/1,000到1/5,000,000之間,不同樣本中有較大差異[1]。這也提示在同一個病人體內LSCs特性會有較大差異。這項研究是使用NOD-SCID小鼠完成的,NOD-SCID小鼠是一種相對免疫缺陷小鼠,仍保留顯著的先天免疫功能。後來的研究使用了免疫缺陷更嚴重的小鼠,原始AML樣本植入能力更強,LSCs頻率也顯著提高,LSCs表型也比早期研究表現出更大的異質性[4]。

最近的研究發現,化療後復發的病人,LSCs頻率顯著提高。採用AML初診及化療後復發的標本,發現LSCs頻率在復發時提高了10-100倍[7]。復發時LSCs的表型也發生了變化,出現了多種表型組合新方式,復發時LSCs異質性也提高了[7]。這項研究表明LSCs頻率與疾病進展有關,強調了早期靶向消除LSCs的必要性。

3

LSCs的表型

LSCs的表型異質性

在白血病細胞移植入NOD/SCID小鼠和在體外培養基中長期維持活性開始,起主要作用的細胞是CD34+CD38-的[2]。進一步研究也驗證了基本上大部分LSCs都是CD34+CD38-的[8]。然而,其它研究發現AML細胞有各種各樣的分化表型,包括CD34+CD38+和CD34 ,都有植入免疫缺陷小鼠甚至相同病人的能力[4]。

CD34 LSCs被證實與CD34+ LSCs有迥異的表達,這些表型富有粒-單核系祖細胞的特點。有數據表明nucleophosmin 1(NPM1)變異AML的 LSCs既可以是 CD34+的也可以是CD34 的[9]。深入研究這些數據,發現大多數NPM1變異的AML樣本中的LSCs都是CD34 的;在含有大量CD34+幼稚細胞的NPM1變異AML中才能發現CD34+ LSCs,而且這些AMLs一般還具有高FLT3-ITD突變率[10]。

LSCs表型異質性的臨床相關性

上述的大部分研究都利用AML細胞成功植入免疫缺陷小鼠作為衡量LSCs活性的金標準。然而,有研究發現只有大概半數病人的白血病細胞可以成功植入NOD/SCID小鼠,其餘未成功的就算增加植入細胞數量、提高受體小鼠的容受性仍然沒辦法增強植入能力[11]。白血病細胞能成功植入NOD/SCID小鼠的AML病人總體生存率更低。因此,白血病細胞能否成功植入NOD/SCID小鼠可能與預後相關[11]。

儘管有很多研究報導稱CD34+CD38 LSCs的比重、移植能力與患者預後相關[11],但是很多研究質疑這種通過AML細胞成功移植入免疫缺陷小鼠的能力來鑑定LSCs的方式。

事實上,一項最近的研究表明成功植入免疫缺陷小鼠的AML細胞可能既不代表原始克隆也不是那些與疾病復發相關的克隆[12]。因此,測定白血病細胞能否成功植入免疫缺陷小鼠可能更精確地反映了白血病細胞的增殖潛力和/或它們與小鼠體內微環境的交互作用,而不是反映它們在疾病維持和復發中起什麼作用[2]。這些數據,再加上在許多病人體內沒有AML子集能夠成功植入免疫缺陷小鼠[11],表明我們需要檢測LSCs的新技術,以便能在臨床背景下研究LSCs。

不管他們的表型和在免疫缺陷小鼠體內致腫瘤潛力如何,治療後仍繼續存在的白血病細胞(微小殘留病灶,MRD)在臨床上似乎是最重要的。

有研究發現MRD富有原始白血病細胞表型[9],基於這個發現在病人體內所有攜帶AML基因特點的細胞中,尋找並研究其具有的最原始的造血細胞表型。進一步發現了根據CD34、CD38、乙醛脫氫酶(ALDH)的表達水平,AML的細胞中所具有的最幼稚的表型具有異質性[9]。

其它研究表明,大多數AMLs庇護CD34+CD38 的細胞。在大約1/3的AMLs中,發現的最原始的白血病細胞表型與原始的造血幹細胞(HSCs)表型是無法區分的,都是CD34+CD38 ,且高表達ALDH;此外,這其中的大多數AMLs都具有高危細胞遺傳學分型或FLT3內部串聯複製(ITDs)。

鑑於與高危遺傳學的強烈聯繫,庇護原始HSC表型(CD34+CD38 ALDH high)AML細胞的病人呈現出顯著低的無事件生存率和總體生存率。最原始的AML細胞是CD34 的病人表現出最好的無事件生存率和整體生存率。最原始的AML細胞是CD34+CD38 ALDH int表型的病人表現出中等預後[9]。

因此,儘管在AML病人中最原始的AML細胞表現出顯著的異質性,但是同一個個體的最原始AML表型與基因危險分組表現出一致性,並與臨床結局顯著相關[2]。

這種強烈的臨床相關性提示,在一個AML病人白血病細胞中檢測到的最幼稚的表型,或許可以作為臨床相關性LSCs的生物標記物[2]。此外,白血病相關基因突變發生在造血分化過程的不同階段,可能決定了LSC的表型的不同。隨著CD34+CD38 ALDH high HSCs分化為較成熟的祖系細胞,CD34和ALDH的表達水平都減低,CD38的表達水平提高[9]。此外,某些抗藥機制(如細胞靜止狀態、外流泵和解毒酶等)的表達也隨著分化而減低[9]。

最低危的AMLs似乎起源於分化更成熟的祖系細胞(CD34 ),最高危的起源於原始的HSCs(CD34+CD38 ALDH high)。在同樣的基因危險分組內,AML細胞起源的分化階段對預後具有預測性。一些NPM1變異的AMLs和APLs起源於CD34+祖系細胞,他們顯然比CD34 的同類AMLs有著更差的預後[9]。

To be continued

未完待續

關於白血病幹細胞的特性,今天就先介紹到這裡。在明天發布的《綜述(中)| 白血病幹細胞相關研究進展——白血病幹細胞特殊免疫表型相關靶向治療》中,我們將帶大家一起了解白血病幹細胞特殊免疫表型相關靶向治療的最新進展,敬請期待!

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