【盘点】梳理白血病干细胞研究重大进展

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来源：生物谷

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。

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急性白血病分为急性淋巴细胞性白血病（ALL）和急性非淋巴细胞性白血病（ANLL）两大类，结果如下： ①ANLL分为8个亚型：急性髓性白血病微分化型（M0）、粒细胞白血病未分化型（M1）、粒细胞白血病部分分化型（M2）、早幼粒细胞型（M3）、粒-单核细胞型（M4）、单核细胞型（M5）、红白血病（M6）、巨核细胞型（M7）； ②ALL分为三个亚型：FAB分型：L1、L2和L3型。

近年来又根据细胞的免疫学特点，ALL根据免疫表型不同可分为B-细胞和T-细胞两大类。2000年，WHO将急性淋巴细胞白血病（ALL）分为三种亚型：（1）前体B细胞急性淋巴细胞白血病；（2）前体T细胞急性淋巴细胞白血病（T—ALL）；（3）Burkitt细胞白血病。FAB分型中的急淋形态学亚型分型方法，因可重复性较差，现已基本放弃，不再把急性淋巴细胞白血病分为L1、L2、L3。

慢性白血病可分为：慢性淋巴细胞白血病；慢性粒细胞白血病；慢性粒－单核细胞白血病；单核细胞；红血病。

此外，还存在特殊类型白血病，可分为：慢粒急变；低增生性；淋巴肉瘤；组织细胞肉瘤；浆细胞；多毛细胞；嗜酸性粒细胞；嗜碱性粒细胞；组织嗜碱细胞；巨核细胞；未分化型急性白血病。

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。为此，小编针对过去15年多以来这方面的研究进展，针对白血病干细胞进行一番详细盘点，希望有助于大家。

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1. Cell Stem Cell:白血病干细胞借助脂肪组织躲避化疗药物杀伤

Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2016.06.001

近日，来自美国科罗拉多大学的研究人员在国际学术期刊Cell Stem Cell上发表了一项最新研究进展，他们发现白血病干细胞能够在性腺旁脂肪组织中产生代谢适应性变化，从而抵抗化疗药物的杀伤作用，这项研究为解决白血病的耐药问题提供了重要的理论基础。

在这项最新研究中，研究人员发现一个白血病干细胞的亚群能够利用性腺旁脂肪组织作为一个合适环境支撑癌细胞代谢从而躲避化疗药物的杀伤。他们建立了一个慢性髓系白血病急变期小鼠模型，通过研究发现驻留在脂肪组织中的白血病干细胞呈现出促炎症表型，同时能够诱导性腺旁脂肪组织的脂质分解。

研究人员发现脂肪组织的脂质分解过程能够为白血病干细胞的脂肪酸氧化代谢提供燃料，特别是对于表达脂肪酸转运蛋白CD36的细胞亚群来说这种现象更加活跃。经过分析，CD36+的白血病干细胞具有独特的代谢特性，并且在脂肪组织中特别丰富，性腺旁脂肪组织提供的微环境也帮助这群白血病干细胞躲避了化疗药物的杀伤作用。

这些发现都表明白血病细胞与脂肪组织之间的相互作用能够为白血病干细胞创造一个独特的微环境，满足白血病细胞的代谢需求，同时也能够支持CD36+白血病干细胞亚群的生存。该研究为解决白血病耐药问题，找到新的治疗方法提供了重要的理论基础。

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2. Cell Stem Cell：揭示利用ADAR1基因编辑系统产生白血病干细胞机制

Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2016.05.004

肿瘤干细胞就像僵尸---即便肿瘤被破坏，它们也能够不断产生。这些细胞具有无限的自我再生能力，制造更多的肿瘤干细胞和更多的肿瘤。如今，在一项新的研究中，来自美国加州大学圣地亚哥分校等机构的研究人员揭示出前白血病白细胞前体（pre-leukemic white blood cell precursor）如何变成白血病干细胞（一种肿瘤干细胞）。这项研究利用人细胞确定了RNA编辑酶ADAR1在白血病中发挥的作用，并且找到一种阻止它的方法。相关研究结果于2016年6月9日在线发表在Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“ADAR1 Activation Drives Leukemia Stem Cell Self-Renewal by Impairing Let-7 Biogenesis”。

在这项研究中，酶ADAR1能够对微RNA（microRNA, miRNA）序列进行编辑。通过仅仅将一种miRNA中的一个碱基交换为另一个碱基，ADAR1能够改变细胞利用这种精心打造的系统控制哪些基因在哪些时间开启或关闭。

已知ADAR1促进癌症发展和产生耐药性。在这项研究中，Catriona Jamieson团队利用人急性转化期（blast crisis）慢性粒细胞白血病（chronic myeloid leukemia, CML）干细胞和接种这些细胞的小鼠，确定了ADAR1在控制白血病干细胞中的作用。

研究人员发现一系列分子事件。首先，携带促进白血病的基因突变的白细胞变得对炎性信号更加敏感。这种炎性反应激活ADAR1。接着，高度活化的ADAR1编辑系统对被称作let-7的miRNA进行编辑。最终，这种活性增加细胞再生或者说自我更新的能力，将白细胞前体转化为白血病干细胞。白血病干细胞促进一种侵袭性的耐药性的急性转化期CML产生。

在了解ADAR1编辑系统如何工作后，Jamieson团队寻找一种阻止它的方法。通过利用小分子化合物抑制对炎性信号的敏感性或抑制ADAR1，研究人员能够抵消ADAR1对白血病干细胞自我更新的影响，因而能够恢复let-7的作用。当利用一种被称作8-Aza的小分子对急性转化期CML干细胞处理时，相比于未经处理的CML干细胞，这些细胞的自我更新能力下降了大约40%。

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3. Nature：靶向攻击p53和c-MYC可选择性清除白血病干细胞

Nature, doi:10.1038/nature18288

在一项新的研究中，来自英国格拉斯哥大学、曼彻斯特大学和澳大利亚墨尔本大学的一个跨学科研究团队揭示出慢性粒细胞白血病（chronic myeloid leukaemia, CML）的阿喀琉斯之踵（即致命弱点），并且发现在小鼠体内成功地靶向攻击这种弱点和根除这种疾病的药物。相关研究结果于2016年6月8日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Dual targeting of p53 and c-MYC selectively eliminates leukaemic stem cells”。该团队在6年多的时间里一直在开展这项研究。

这项研究分析了慢性粒细胞白血病干细胞（CML干细胞，是一种肿瘤干细胞）和正常的造血干细胞，发现两种蛋白是CML干细胞存活的关键。研究人员随后开发出一种药物组合，这种组合同时靶向作用于这两种关键性的蛋白，杀死这些肿瘤干细胞，同时在很大程度上不会伤害正常的造血干细胞。

这个由格拉斯哥大学教授Tessa Holyoake和曼彻斯特大学教授Tony Whetton领导的跨学科研究团队利用一系列技术证实这两种蛋白（p53和c-Myc）在CML中发挥关口控制器的作用。

依据精准医疗的概念（合适的药物在合适的时间在病人体内发挥合适的效果），研究人员利用CML的这种关键性的弱点，设计出一种新的治疗方法。利用移植到小鼠体内的CML干细胞开展研究，研究人员证实靶向这两种蛋白的药物组合杀死这些导致白血病的CML干细胞，有效地根除这种疾病。

这些结果对治疗急性髓性白血病（AML）和脑瘤等其他癌症产生潜在的重要影响。研究人员如今渴望在耐药性CML病人体内开展临床试验。Holyoake教授说，“我当然对这项研究中表现出的结果感到激动人心。这项研究---精准医疗起作用的一个绝佳例子---虽然处于初期阶段，但是我们获得的数据揭示出CML的两个弱点和一种潜在的药物组合疗法根除这些关键性的CML干细胞。”

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4. Cell：重大发现！破坏白血病干细胞生物钟有望治疗白血病

Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.03.015

根据一种说法，“时间就是一切。”对急性骨髓性白血病（acute myeloid leukemia, AML）而言，这种格言可能是真的。在一项新的研究中，由来自美国麻省理工学院-哈佛大学布罗德研究所、哈佛大学医学院和布莱根妇女医院的研究人员领导的一个国际团队报道AML干细胞---产生一种侵袭性血癌---不能够在其内部的昼夜节律失常时存活下来。相关研究结果发表在2016年4月7日那期Cell期刊上，论文标题为“Core Circadian Clock Genes Regulate Leukemia Stem Cells in AML”。

医学界早就意识到这种昼夜节律的存在。在过去50年，科学家们已经发现这种昼夜节律运行的一些基因回路（genetic circuitry）。但是一直并不清楚这种回路是否在每个细胞中都是有活性的，或者这种活性在癌细胞和健康细胞之间存在多大程度的差异。

在这项新的研究中，研究人员发现这种生物钟回路在健康的造血干细胞和癌变的AML造血干细胞中都起作用。然而，有趣的是，破坏这种回路---实际上就是破坏这种生物钟的运转---损害AML干细胞的活性，同时让健康的造血干细胞相对不受伤害。

论文通信作者、布罗德研究所研究员Benjamin Ebert说，“布罗德研究所卡拉曼细胞观察台（Klarman Cell Observatory）的一个项目就是研究白血病干细胞的这种生物钟回路。我们与布罗德研究所基因扰动平台（Genetic Perturbation Platform）合作开展基因筛选，目标就是鉴定出AML干细胞存活所必需的一组基因。”

令研究人员吃惊的是，在这种筛选中脱颖而出的两种基因是Clock和Bmal1---已知它们一起发挥作用，调节体内生物钟。

利用其它的方法（包括短发夹RNA、CRISPR/Cas9和小分子化学物）证实这些发现后，研究人员利用一种仅在血细胞内剔除Bmal1基因的基因敲除模式小鼠开展研究。他们发现尽管AML干细胞的生长需要Bmal1，但是正常的造血干细胞即便在Bmal1基因不表达时也能够存活。

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5. Blood：抑制细胞周期蛋白依赖性激酶CDK6，让白血病干细胞沉睡

Blood, doi:10.1182/blood-2014-06-584417

尽管现在白血病的治疗得到了很大的进步，不过仍有许多患者会出现复发。白血病干细胞在白血病复发起到了关键的作用，而且许多研究提出只要消除白血病干细胞，白血病就可能得到完全的缓解。近日发表在Blood上一篇研究表示，已经找到能激活白血病干细胞的关键因子。

来自维也纳大学的这群研究人员从小鼠中分离干细胞，详细研究白血病干细胞和健康的干细胞到底存在哪些差别。他们随后关注到细胞周期蛋白依赖性激酶CDK6的特殊性。CDK6已知能调节细胞周期，实验发现CDK6参与白血病干细胞的激活。Cdk6缺乏的造血干细胞在骨髓移植后不能有效的增殖。将改造过的白血病干细胞抑制到健康小鼠，对比Cdk6+/+组小鼠20天0存活率，将Cdk6−/−的白血病干细胞移植后，小鼠60天存活率达100%，关键是未发展出白血病。究其背后的分子机制，CDK6其实是一个转录调节因子，它能抑制白血病干细胞和造血干细胞内的Egr1的表达，从而导致干细胞的激活。Egr1也是一个转录调节因子，参与细胞应激反应，细胞生长和细胞凋亡，Egr1的表达量在肿瘤细胞中普遍降低。研究人员通过In Vivo实验也证实了Cdk6-Egr1的调节对于细胞转化和增殖的影响。

考虑到在稳态下，白血病干细胞激活对于CDK6依赖性比正常干细胞更强烈—因为CDK6在应激条件下作用更明显，CDK6抑制剂或可能用于未来抑制白血病复发的治疗。不过对于相关的实用性和可能的副作用还需要更多的研究来探明。

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6. Cell Stem Cell：协同响应基因调节白血病干细胞增殖和存活

Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2012.05.024

白血病干细胞（LSCs）代表骨髓性白血病细胞中独特的一部分肿瘤细胞。它们细胞周期活性低，针对治疗的抵抗性强。为了更好地探究LSCs的主要特性，本研究基于不同癌基因之间的协同效应对白血病干细胞进行了综合分析。

研究者推测，被称为"协同响应基因（CRGs）"的一群基因可能调节LSCs的增长和存活。应用原代小鼠模型和人类白血病标本为研究对象，研究者发现，CRGs包括以往研究所没有发现的若干重要基因。这些基因在白血病发病过程的多种信号途径中调节LSCs的生物活性。

此外，研究结果还表明，CRG表达谱可用于作为药物开发的工具，研发选择性地针对LSCs亚群白血病细胞的化合物。

总之，以CRG为基础的分析，为阐明LSCs的生物学行为以及促进靶向治疗研发提供了强有力的手段。

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7. Blood：植物衍生物攻击白血病根源

Blood, doi:10.1182/blood-2004-10-4135

在一项新的研究中，Rochester大学医学中心James P. Wilmot癌症中心的研究人员发现一种在北美广泛栽种的菊科植物是一种能够杀死人类白血病干细胞药剂的天然来源。他们的这些发现公布在《血液》杂志的网络版上。

Parthenolide是菊科植物的重要成分，而要想由它制造出可用的药物还需要花费数月的时间。UR的干细胞专家Craig T. Jordan和Monica L. Guzman博士领导的研究组正在与Kentucky大学的化学专家合作进行研究。这些化学家确定出了一种与parthenolide具有相同特性的水溶性分子。

Parthenolide是第一个已知能够在干细胞水平上作用于骨髓性白血病的物质。而且，由于目前的癌症治疗不能深层次地攻击突变的细胞（即使最新的药物Gleevec也无法到达干细胞），因此parthenolide的这个特征就显得弥足珍贵。

在实验中，他们还比较了人类白血病干细胞对parthenolide和一种叫做cytarabine的普通化疗药物的反应差异。结果表明，parthenolide能够有选择地杀死白血病细胞而不伤害正常的细胞，其对正常细胞的毒性要不cytarabine小。

研究人员相信parthenolide还可能使癌肿瘤对其他抗肿瘤药物更加敏感。这个研究组还确定了使parthenolide引发癌细胞死亡的分子途径，并因此可能增加发展出一种新疗法的机会。

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8. Leukemia：Cd123是急粒白血病干细胞的特异标志

Leukemia, October 2000, 14(10):1777-1784

美国Jordan等对急性粒细胞性白血病(AML)干细胞的研究表明，CD123是该种细胞特异性抗原，这一发现为彻底治疗AML提供了新的思路。

干细胞具有两个特性：①可以自我复制或自我更新；②可以向某一系进行分化。近年的研究提示，AML的恶性细胞群体起源于白血病干细胞(LSC)的一个罕见种群。几乎所有的AML亚型均有LSC，其表型为CD34+/CD38-或CD34+/HLA-DR-。LSC概念的提出对于认识AML病因学具有极重要的意义。显然，为获得AML长期缓解，必须清除LSC群。然而，以往的研究提示，LSC在细胞生物学方面不同于较成熟的白血病幼稚细胞，它对常规的化疗无反应。这一现象与AML的临床特点相符，例如多数AML患者表面上可以获得完全缓解，但多数患者将复发。如果LSC对化疗的敏感性低于白血病幼稚细胞，可以认为，残留的干细胞是白血病复发的主要因素。因此，特异的针对LSC的治疗策略，将为AML患者提供更有效的治疗。

鉴于LSC在白血病发病中的关键作用，美国Jordan等对LSC的分子和细胞特性做了进一步研究。用流式细胞仪对原代AML细胞的研究显示，在18份标本中，16份标本的CD34+/CD38-细胞(阳性率为98%±2%)高度表达白介素-3受体α链(IL-3Rα或CD123)。与此相反，正常骨髓来源的CD34+/CD38-细胞几乎不表达CD123抗原。为了确定IL-3Rα阳性细胞的功能，研究者将纯化的CD34+/CD123+白血病细胞移植给有免疫缺陷的NOD/SCID小鼠。

结果表明，CD123+细胞可在小鼠体内建立和保持白血病细胞群。为揭示CD123在白血病中的生物学作用，他们对原代AML细胞的MAPK、Akt和Stat5途径的信号传导活动进行了分析。IL-3的刺激不能引起信号传导蛋白的磷酸化，这一结果提示，CD123在正常的IL-3介导的信号传导中不起作用。

综上所述，CD123是未分化白血病干细胞的特异标志。鉴于该受体在LSC高度表达，Jordan等提出，以CD123为靶点，有可能成为选择性清除AML细胞的有前途的治疗策略。