治疗白血病干细胞的最新研究进展

　　白血病是一类造血干细胞恶性克隆性疾病。克隆性白血病细胞因为增殖失控、分化障碍、凋亡受阻等机制在骨髓和其他造血组织中大量增殖累积，并浸润其他组织和器官，同时正常造血受抑制。临床可见不同程度的贫血、出血、感染发热以及肝、脾、淋巴结肿大和骨骼疼痛。据报道，我国各地区白血病的发病率在各种肿瘤中占第六位。

　　按起病的缓急可分为急、慢性白血病。急性白血病细胞分化停滞在早期阶段，以原始及早幼细胞为主，疾病发展迅速，病程数月。慢性白血病细胞分化较好，以幼稚或成熟细胞为主，发展缓慢，病程数年。

　　在过去15年多以来，越来越多的科学家发现不同类型的白血病中存在白血病干细胞，而且发现白血病干细胞是白血病发作和难以治疗的根源。基于此，针对白血病干细胞的最新研究进展进行一番详细盘点，希望有助于大家。

　　1.Cell Stem Cell：揭示维持白血病干细胞新机制！有望彻底打击癌干细胞

　　doi:10.1016/j.stem.2019.02.018

　　大多数慢性粒细胞白血病患者可以用酪氨酸激酶抑制剂治疗。这些药物非常有效，可以产生深度缓解并延长生存。然而，这些患者体内仍存在静息的白血病干细胞，因此他们必须继续使用抑制剂治疗以维持缓解。这些“休眠细胞”是在骨髓的微环境中保持静止的白血病干细胞。骨髓是一种特殊的解剖位置，已知它能维持正常的造血干细胞(所有血细胞的前体)。然而，白血病干细胞在慢性髓性白血病中的维持作用尚不清楚。

　　在发表在《Cell Stem Cell》杂志上的一项研究中，美国阿拉巴马大学伯明翰分校(University of Alabama at Birmingham)的Ravi Bhatia博士及其同事与苏黎世大学(University of Zurich)和大阪大学(Osaka University)的合作者描述了特定骨髓细胞特异性表达的一种特殊细胞因子如何控制这些耐治疗白血病干细胞的静息。这个趋化因子为CXCL12，表达趋化因子的骨髓细胞为间充质间质细胞。此前已知间充质间质细胞有助于维持正常的干细胞。

图片来源：Cell Stem Cell

　　CXCL12在骨髓中表达，控制造血干细胞的维持。已知骨髓中有四种细胞大量产生CXCL12。在小鼠实验中，Bhatia和他的同事使分别每种细胞产生CXCL12的基因缺失，然后研究每种缺失如何影响白血病干细胞的调控。他们发现，从间充质基质细胞中删除CXCL12，而不从其他三种表达CXCL12的骨髓微环境细胞类型中删除CXCL12，会促进白血病的发展，降低小鼠的存活率。这些结果与慢性骨髓性白血病干细胞的细胞周期增加和扩增有关。然而，循环白血病干细胞对酪氨酸激酶治疗变得敏感，导致它们的消除增加。

　　骨髓成像研究显示，重组的基质细胞在骨髓的离散区域与白血病干细胞共同定位。当CXCL12缺失时，这些间充质基质细胞和白血病干细胞的共定位区域消失了，这进一步支持了CXCL12表达在维持白血病干细胞龛位中的重要性。

　　Bhatia说:“这些结果表明，表达CXCL12的间充质基质细胞作为特定的调控区域发挥作用，在骨髓中维持静止、耐治疗的白血病干细胞。”与间充质基质细胞相比，骨髓微环境内皮细胞CXCL12表达的缺失导致慢性骨髓性白血病干细胞数量减少，延长了小鼠的存活率。

　　2.Cancer Cell：白血病复发的根源并不在于白血病干细胞而在于白血病再生细胞

　　doi:10.1016/j.ccell.2018.08.007

　　长期以来，癌症研究人员一直认为急性髓性白血病（AML）的复发是由于一群处于休眠状态并且可能免受靶向分裂细胞的化疗影响的白血病干细胞（LSC）。然而，在一项新的研究中，加拿大麦克马斯特大学的Mickie Bhatia及其同事们分析了患者样本中的癌细胞群体以及从移植到小鼠体内的AML白血病细胞中获得的癌细胞群体，结果发现白血病干细胞在化疗期间消失殆尽。相关研究结果近期发表在Cancer Cell期刊上，论文标题为“Identification of Chemotherapy-Induced Leukemic-Regenerating Cells Reveals a Transient Vulnerability of Human AML Recurrence”。

　　Bhatia团队在化疗后的多个时间点对患者的骨髓细胞进行采样，与此同时对利用患者的肿瘤培养出的异种移植物也进行采样。在这两类样本中，他们鉴定了一小部分称为白血病再生细胞（leukemic regenerating cell, LRC）的细胞在基因表达谱上与白血病干细胞存在着显著的不同。Bhatia说，“这些白血病再生细胞实际上是化疗反应的产物。”白血病再生细胞仅短暂存在，而且它们的数量随着白血病复发而下降。这些白血病再生细胞的一个显著特征是表达几种G蛋白偶联受体（GPCR）。他们发现抑制白血病再生细胞中特定GPCR基因的表达可阻止接受化疗治疗的小鼠出现癌症复发。

　　3.Nat Med和Cancer Cell两项研究揭示抑制氨基酸代谢可选择性杀死白血病干细胞

　　doi:10.1016/j.ccell.2018.10.005； doi:10.1038/s41591-018-0233-1

　　人体的大多数细胞降解葡萄糖来释放能量。有时，它们降解脂肪，而且在紧要关头时，它们甚至能够代谢蛋白。癌细胞有点不同。首先，大多数癌细胞仍然依赖于葡萄糖，但从“细胞呼吸（cellular respiration）”（需要氧气）切换为“糖酵解（glycolysis）”（当有或没有氧气时都会发生）。

　　在一项新的研究中，来自美国科罗拉多大学癌症中心的研究人员发现癌症干细胞（cancer stem cell）采取第三种方法：它们坚持细胞呼吸，但从代谢葡萄糖切换为代谢蛋白，或者更准确地说，代谢氨基酸，即蛋白的构成单元（building block）。这一代谢差异是一个致命弱点，可让人们靶向癌症干细胞同时又不伤害健康细胞。经证实这种方法在针对急性骨髓性白血病（acute myeloid leukemia, AML）的临床试验中是有效的，而且有望治疗包括乳腺癌、胰腺癌和肝癌在内的其他癌症。相关研究结果发表在2018年11月12日的Cancer Cell期刊上，论文标题为“Inhibition of Amino Acid Metabolism Selectively Targets Human Leukemia Stem Cells”。论文通讯作者为科罗拉多大学癌症中心研究员Craig Jordan博士。

　　在AML中，人们能够利用化疗和放疗等疗法杀死大多数癌细胞，但是一小群癌症干细胞能够抵抗这些疗法，从中存活下来，从而在随后导致癌症复发。因此，人们有必要开发出一种方法来特异性地靶向这些癌症干细胞。在20多年的靶向癌症干细胞的研究中，Jordan及其团队不仅更多地了解这些癌症干细胞，而且可能导致人们开发出可能改变AML和其他癌症标准治疗的方法。

　　此外，在Jordan团队开展的一项临床研究中，通过利用白血病干细胞（一种癌症干细胞）的这种致命弱点，让不适合接受骨髓移植治疗的AML患者接受药物维奈托克（venetoclax）和阿扎胞苷（azacitidine）联合治疗，其中维奈托克是一种BCL-2抑制剂，阻断细胞摄取氨基酸的能力；阿扎胞苷是胞苷的核苷类似物，通过捕获DNA甲基转移酶，特异性抑制DNA甲基化。临床试验结果表明这种联合治疗导致病情深度地和持续地缓解，优于现有的常规疗法。相关研究结果于2018年11月12日在线发表在Nature Medicine期刊上，论文标题为“Venetoclax with azacitidine disrupts energy metabolism and targets leukemia stem cells in patients with acute myeloid leukemia”。

　　4.JCI：新研究发现NOTCH1/CD44信号轴可促进T细胞白血病

　　doi:10.1172/JCI92981

　　T细胞急性淋巴细胞白血病（T-ALL）是一种恶性血液癌症，骨髓中浸润着未成熟的T淋巴细胞。T-ALL的一个常见起因就是胸腺部位控制T细胞发育的信号途径发生失调，比如NOTCH1信号途径。NOTCH1是T细胞急性淋白细胞白血病中的一个重要信号通路，但是促进T-ALL病理过程的关键NOTCH1下游信号和靶基因还无法在病人体内得到分析，因此也无法对该信号途径进行很好的了解。而靶向导致细胞恶性转化的病变部位以及白血病干细胞活性是对抗T-ALL很有希望的治疗靶点。

　　为了全面了解NOTCH1信号途径在人T-ALL疾病中的下游信号和靶基因，来自西班牙的科学家构建了一个动物模型用来探索上述问题。相关研究结果发表在国际学术期刊JCI上。

　　在这项研究中，研究人员利用异常表达具有活性的NTOCH1的人类造血干细胞在免疫缺陷小鼠体内构建了一个人T-ALL体内模型，该模型能够很好地模拟T-ALL在病人体内的表型。这个T-ALL模型帮助研究人员发现了CD44是NOTCH1的一个直接转录调控靶基因，并且CD44的过表达是倾向发生白血病恶变的细胞的早期标志，这些细胞会定位在骨髓中，并最终发展成T-ALL并潜入淋巴器官和脑。

　　值得注意的是，CD44能够支持这些细胞在骨髓微环境的相互作用，这一点对于人T-ALL小鼠模型的白血病干细胞活性和疾病进展都至关重要，同时也证明了NOTCH1/CD44信号轴在T-ALL病理发展过程中的重要性。除此之外，研究人员还对移植小鼠模型进行了抗CD44抗体治疗并观察到治疗效果，这些都表明该分子或可成为阻止T-ALL复发的新治疗靶点。

　　5.Cell Rep：华人学者发现治疗髓系白血病的潜在新药

　　doi:10.1016/j.celrep.2017.12.055

　　急性髓系白血病干细胞中存在经典NF-kB信号途径的持续激活，这对于维持白血病干细胞的自我更新有重要作用。但是NF-kB的非经典信号途径在AML中的潜在作用还不清楚。

　　在一项发表在国际学术期刊Cell Reports上的研究中，华人科学家Chen Zhao等人报道，NF-kB诱导激酶（NIK）能够抑制AML。从机制上来说，NIK的稳定表达能够激活NF-kB非经典信号，抑制经典信号途径。除此之外，NIK诱导的NF-kB非经典信号途径可以上调Dnmt3a，下调Mef2c，这两个因子分别可以抑制和促进AML发育。

　　在这项研究中，研究人员还利用基因表达谱数据库Connectivity Map对NIK稳定表达以后，白血病干细胞内上调和下调的基因进行了分析，他们发现verteporfin这种用于治疗眼部疾病的药物具有抗AML的效果，表明对verteporfin进行重定向用以靶向髓系白血病值得进行更进一步的临床检测。总得来说这些结果为开发稳定NIK的小分子提供了合理的机制解释。

　　6.Cell Stem Cell：前列腺素E可抑制白血病干细胞

　　doi:10.1016/j.stem.2017.08.001

　　在一项针对小鼠的研究中，来自美国爱荷华大学、费城儿童医院、威尔康乃尔医学院和中国农业大学的研究人员报道两种已被批准安全地用于人体的药物可能能够改善对慢性髓细胞白血病（chronic myeloid leukemia, CML）的治疗。相关研究结果发表在2017年9月7日的Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“Prostaglandin E1 and Its Analog Misoprostol Inhibit Human CML Stem Cell Self-Renewal via EP4 Receptor Activation and Repression of AP-1”。论文通信作者为爱荷华大学微生物学与免疫学教授Hai-Hui (Howard) Xue博士和病理学助理教授Chen Zhao博士。

　　CML是一种影响骨髓细胞的血癌。在初始的慢性阶段，CML相对容易治疗。被称作酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitors, TKI）的药物通常能够成功地控制这种癌症。然而，患者需要在一生当中持续接受这种昂贵的治疗。在某些情形下，即便接受这种治疗，这种癌症能够进展到一种较晚的不再被控制的阶段。Xue解释道，造成这种情况的一个原因是存在两种类型的肿瘤细胞---占大多数的能够被TKI药物杀死的白血病细胞和一小部分抵抗TKI和化疗药物治疗的白血病干细胞。

　　接下来，这些研究人员利用一种被称作联系图（connectivity maps）的信息学方法鉴定出能够再现当这两种转录因子被移除时发生的基因表达模式。这种筛选测试鉴定出一种被称作前列腺素E（prostaglandin E1, PGE1）的药物。

　　这些研究人员在CML模式小鼠体内测试了PGE和一种被称作伊马替尼（imatinib）的TKI药物的组合使用。这些小鼠要比对照小鼠活得更长；相比于仅接受伊马替尼治疗的小鼠（都在60天内死亡），30%的接受这种组合治疗的小鼠多活80天。

　　这些研究人员还研究了一种不同的CML模式小鼠：将人CML细胞移植到免疫受损的小鼠体内。当这些小鼠没有接受治疗或仅接受伊马替尼治疗时，这些人白血病干细胞会增殖，并且产生相对较大的数量。相比之下，当这些小鼠接受伊马替尼和PGE1的组合治疗时，这些白血病干细胞的数量会极大地减少，而且它们也没有患上白血病。