973首席科学家最新文章解析疾病发生机制

来自上海交通大学医学院（SJTU-SM），中科院上海生命科学研究院健康科学研究院（Institute of Health Science），细胞分化与凋亡教育部重点实验室（Key Laboratory of Cell Differentiation and Apoptosis of Chinese Ministry of Education）的研究人员获得了HIF-1α蛋白在髓细胞分化中非转录活性的几个种系的直接证据，这有利于科学家们了解白血病发生机制，以及设计出针对AML分化诱导的治疗性策略。这一研究成果公布在《Oncogene》杂志上。

文章的通讯作者是来自上海交通大学医学院的陈国强教授，其于1996年7月在上海第二医科大学获医学博士学位，并分别于1997年和1999-2001年在法国巴黎Saint-Louis医院和美国Mount-Saint医学院从事合作研究。

多年来，他作为国家973计划、国家杰出青年科学基金、中科院百人计划等项目负责人，一直致力于白血病细胞分化和凋亡的分子机制和治疗学基础研究，他所从事的三氧化二砷治疗急性早幼粒细胞性白血病（APL）的基础和临床研究工作引起国际同行的高度重视。

原文检索：
Oncogene advance online publication 16 July 2007; doi: 10.1038/sj.onc.1210670
Hypoxia-inducible factor-1-induced differentiation of myeloid leukemic cells is its transcriptional activity independent
[Abstract]

白血病（Leukemia）是造血系统的恶性肿瘤，俗称"血癌"。其特征是骨髓、淋巴结等造血系统中一种或多种血细胞成分发生恶性肿瘤，并浸润体内各脏器组织，导致正常造血细胞受抑制，产生各种症状和体征。近来随着分子生物学的发展，针对白血病的分子水平的研究已经成为白血病防治的热点课题。寻找诊断治疗分子靶点，也成为白血病防治的重要课题。

白血病一般医学上分为三大类型，即急性白血病；慢性白血病和特殊类型的白血病，其中细胞分化阻滞在较早阶段，其分化的白细胞大部分处在原始细胞或早幼细胞阶段，而且病程短、起病急、发展快、病情重，为急性白血病。急性白血病包括急性髓细胞白血病和急性淋巴细胞白血病；细胞分化具有较大程度的成熟能力，其大部分细胞为成熟细胞，少部分阻滞在中幼或晚幼细胞阶段，而且起病缓慢、病情较轻、病程较长为慢性白血病；另外还有一些少见或罕见的特殊类型的白血病，如嗜酸性粒细胞白血病，嗜碱性粒细胞白血病等。

1986—1988年我国全国白血病发病情况调查显示，我国白血病的发病率为2.76/105，其中急性髓细胞白血病(Acute myeloblastic leukemia , AML)年发病率最高，达1.62/105（美国为2.25/105），约占所有白血病的58.7%，与急性淋巴细胞白血病(Acute Lymphocytic Leukemia,ALL)不同的是AML以成人多见（成人急性白血病中ALL占20%，AML占80%），其发病率随年龄增长渐次上升，20岁以下的年轻患者仅占全部AML的5%，一般过40岁后发病呈指数增加，而50%以上的AML年龄≥60岁，中位发病年龄为60～65岁。两性发病率相比，则男性比女性略高。我国调查资料也证实AML的发病率高峰在60～69岁，50岁以前两性发病率基本相似，至老年期男性发病率明显高于女性。

白血病发病机制中最显著的特点就是成熟障碍，ALL在原幼淋巴细胞后水平，AML在原粒及早幼粒细胞后水平伤失进一步分化成熟能力。这种不能分化成熟的白血病细胞在骨髓内大量堆积，造成骨髓内压增加，窦样隙屏障破裂，随后进入血液，浸润脏器及组织，并保持其继续增殖的能力。

2005年年底来自法国居里研究所的研究人员发现了急性髓细胞样白血病癌细胞形成的分子机理，他们发现正常细胞变为白血病细胞不仅需要无限增殖同时还不能变为专化细胞，Kit受体上具有自主活性的基因突变体致使缺乏外界信号的细胞发生增殖。这一研究中的研究对象主要是红白血病，研究人员用“two-hit”模型来解释，发现红白血病是两种类型突变体共同导致的结果，一个是增殖优势，另一个是分化阻断。而且他们进一步也发现了这种两步机制及其作用方式。

缺氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor 1，HIF-1)是调节肿瘤细胞缺氧反应的主要转录因子，在正常的氧气压力下，HIF-1的活性通常取决于其两个亚单位之一：HIF-1α。HIF-1α在许多肿瘤中表达增强，与肿瘤高度侵袭性、易转移、对放化疗不敏感和预后不良密切相关，而且能促进血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)依赖性的肿瘤血管形成和增强肿瘤细胞糖酵解(Warburg效应)，因此以HIF-1α为靶点的抗肿瘤治疗正成为许多基础和临床研究的热点。

研究发现随着HIF-1α在髓细胞白血病细胞和正常造血干细胞中的积累，缺氧或低氧模拟物会诱导分化，为了获得HIF-1α在AML细胞分化，以及作用机制中的扮演角色的直接证据，在这篇文章中，研究人员获得了髓细胞白血病U937T转化株——其中HIF-1α由四环素紧密调控。

结果表明条件性HIF-1α诱导会引发这些转化株的粒性白细胞分化，而通过特异性短发夹RNA（short hairpin RNAs，shRNAs，也称短的干扰发夹 （short interfering hairpin），在体内通过RNAi降低互补序列基因的表达）抑制HIF-1α表达则能有效的抑制缺氧诱导的U937T细胞的分化，这得到了形态学，成熟相关抗原（maturation-related antigens），以及髓细胞分化表达信号，造血细胞特异性细胞因子受体的证明。

总而言之，这一研究提供了HIF-1α蛋白在髓细胞分化中非转录活性的几个种系的直接证据，将有利于科学家们了解白血病发生机制，以及设计出针对AML分化诱导的治疗性策略。

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附：
shRNA

体内表达shRNA（短发夹RNA）的设计

1.克隆到shRNA表达载体中的shRNA包括两个短反向重复序列，中间由一茎环（loop）序列分隔的，组成发夹结构，由polⅢ启动子控制。随后在连上5-6个T作为RNA聚合酶Ⅲ的转录终止子。

2.两个互补的寡核苷酸两端须带有限制性酶切位点。

3.Stratagene发现29个寡核苷酸较之原先推荐的23个寡核苷酸可以更有效的抑制目的基因。

4.在启动子下游的酶切位点下方紧连一个C，使插入片段和启动子有一定空间间隔以确保转录的发生。

5.ShRNA目的序列的第一个碱基必须是G以确保RNA聚合酶转录。如果选择的目的序列不以G开头，必须在紧连正义链的上游加一个G。

6.ShRNA插入片段中的茎环应当靠近寡核苷酸的中央。不同大小和核苷酸序列的茎环都被成功的运用过。其中包含一个独特的限制性酶切位点的茎环利于检测带有shRNA插入片段的克隆。在比较了众多不同长度和序列的茎环，5'TCAAGAG3'序列最为有效。

7.5-6个T必须放置在shRNA插入片段尾部以确保RNA聚合酶III终止转录。

8.在正义链和反义链序列上不能出现连续3个或以上的T。这可能导致shRNA转录的提前终止。

陈国强
男，博士，教授，国家重点基础研究（973）计划首席科学家, 细胞分化与凋亡教育部重点实验室主任，上海交通大学医学院病理生理学教研室主任、中国科学院上海生命科学研究院健康科学研究所肿瘤功能基因组学研究室主任, 《癌症》杂志副主编、《中华医学杂志》和《肿瘤防治杂志》等编委，《BLOOD》《LEUKEMIA》等杂志特约审稿人。

1996年7月在上海第二医科大学获医学博士学位，并分别于1997年和1999-2001年在法国巴黎Saint-Louis医院和美国Mount-Saint医学院从事合作研究。

多年来，他作为国家973计划、国家杰出青年科学基金、中科院百人计划等项目负责人，一直致力于白血病细胞分化和凋亡的分子机制和治疗学基础研究，他所从事的三氧化二砷治疗急性早幼粒细胞性白血病（APL）的基础和临床研究工作引起国际同行的高度重视。

2002年5月回国后，任上海交通大学医学院病理生理学教研室主任。三年来，他使一个当时只有十位职工、不到1万元的科研资产、更没有科研课题的教研室实现了跨越式的发展。现在已经拥有20多位固定员工和20多位研究生；科研固定资产和科研课题经费双双超过千万大关,并在国际重要学术刊物上发表近30篇论著，其中极大多数发表在影响因子大于5的刊物上。几年来，他在发现低氧诱导白血病细胞分化的基础上，提出以“低氧-低氧诱导因子（HIF-1a）-C/EBPa”为主轴的白血病细胞分化信号机制；报道磷脂爬行酶介导白血病分化，并就其表达调控机制提出新发现；发现新型喜树碱衍生物NSC606985在低浓度下即可诱导白血病细胞凋亡，并对其诱导细胞凋亡的机制进行了研究，展示良好的药物研发前景。此外，在利用蛋白质组学技术研究和白血病相关蛋白的功能方面也取得重要进展。相关研究成果获得上海医学科技一等奖、上海市科技进步一等奖和中华医学一等奖。

迄今，他先后在国际重要学术期刊如BLOOD，JBC， ONCOGENE，LEUKEMIA， PNAS， CANCER RES等发表40多篇论著。自97年以来，在全国单篇论文引用数统计排名中始终处于前八位，共达2200余次。他也先后获得国家自然科学二等奖、上海市科技进步一等奖、杜邦科技创新奖、中国青年科技奖、上海医学科技一等奖、中华医学科技奖等学术奖励和全国和上海市劳动模范、新世纪国家百千万人才工程首批入选者、上海科技英才、上海市优秀学科带头人、上海市自然科学牡丹奖等荣誉称号。

目前的研究重点为（1）急性粒细胞性白血病分化和凋亡机制研究；（2）PLSCR1生物学功能学研究；（3）肿瘤化学生物学研究；（4）白血病相关蛋白AML1-ETO引起的生物学功能研究；（5）肿瘤蛋白质组学研究。