发现NPM1突变蛋白诱导急性髓系白血病新

急性髓系白血病（AML），是成人中较为常见的一种急性白血病，也是最具侵袭性和最难治疗的血液癌症之一。该病多发于中老年群体，男性发病率高于女性，患者五年生存率约为28%。一项美国白血病临床统计数据显示，每年约有超1.万新发病例、接近1万死亡病例。目前，针对急性髓系白血病的治疗手段包括化疗、靶向药物、细胞免疫疗法以及造血干细胞移植等，其中现阶段以化疗为主，但其面临患者体质及耐受性不佳等问题，因此预后不良，业界亟待开发出精准治疗急性髓系白血病的新方法。近期，由德克萨斯大学张笑天、宾夕法尼亚大学万里玲和加州理工大学种莎莎等组成的联合团队，通过研究揭示了NPM1突变蛋白对Hox基因的劫持转录以维持急性髓系白血病的发生发展机制，为今后进一步开发精准治疗方法提供了新思路。目前，这项研究发现已经以“MutantNPM1HijacksTranscriptionalHubstoMaintainPathogenicGeneProgramsinAcuteMyeloidLeukemia”为题发表在CancerDiscovery上。（来源：CancerDiscovery）“我们的这项研究为进一步探索NPM1突变蛋白在急性髓系白血病中的作用机制提供了一个新的视角，基于此有望能够开发出小分子药或生物药实现对这种白血病的精准靶向治疗。”德克萨斯大学张笑天教授告诉生辉。张笑天本科就读于复旦大学，期间他师从卢大儒教授开展DNA甲基化方面的课题研究；毕业后，他进入美国贝勒医学院MargaretGoodell教授实验室攻读博士学位，随后从事博士后研究工作；年，他进入美国VANANDELInstitute担任研究员，围绕三维基因组开展相关研究；年，他进入密歇根大学担任讲师。去年11月，张笑天在德克萨斯大学休斯顿健康中心建立实验室。现阶段，他和团队的研究方向为白血病中的三维基因组的变化、DNA甲基化调控因子等在白血病中的作用机制。截至目前，他已在Nature、NatureGenetics、PNAS、CancerCell、CellStemCell等发表论文17篇。▲图｜德克萨斯大学休斯顿健康中心张笑天教授（来源：受访者）发现NPM1突变蛋白劫持转录来维持AML致病基因程序据张笑天介绍，开展这项研究之初并非聚焦在NPM1突变蛋白作用于Hox基因的转录。“我们当时围绕Hox基因三维基因组提出了很多假设，比如NPM1突变蛋白可能是通过调控作用导致HoxA三维基因组结构异常进而导致白血病的发生发展。但随着研究的不断深入，我们发现NPM1突变蛋白对三维基因组的影响不大，反而对于转录的影响较大。”他说道。在张笑天看来，围绕白血病的治疗，NPM1是一个极具研究价值的蛋白。“我先前的研究领域主要聚焦于表观遗传学，包括DNA甲基化以及转录调控等方面，其中专注于白血病中的基因表达调控，尤其是Hox基因。”他说道。NPM1基因和NPM1蛋白NPM1基因位于人类染色体5q5，包含12个外显子。NPM1蛋白是一种广泛在细胞核仁表达且高度保守的磷酸化蛋白，参与核糖体蛋白的组装和运输，调控中心体的复制以及癌症抑制因子ARF的表达。Hox基因Hox基因，又称同源异形基因，属于同源框家族中的一员，是生物体内一类专门调控生物形体的基因。大多数Hox基因含有一段约个核苷酸的同源异型盒，可以转录出含有约60个氨基酸序列，称为同源异形域。“NPM1蛋白是一个细胞核仁蛋白，但其出现突变后能够从细胞核仁进入到细胞浆内，进而引发急性髓系白血病。”张笑天指出，“与此同时，有0%-40%的急性髓系白血病患者是由Hox基因的高表达驱动的，Hox基因表达调控在急性髓系白血病的发生发展中起到至关重要的作用。”他补充说。▲图｜NPM1c对Hox基因转录调控机制示意（来源：CancerDiscovery）“但恰恰就是这样一个简单的变化——从细胞核转移到细胞质，造成了所有携带NPM1突变白血病患者的Hox基因无一例外地的高表达。因此，这其中必定有一种机制导致Hox基因的表达出现异常变化。”张笑天表示。他和团队通过基因工程化的细胞系和小鼠模型研究发现，NPM1突变蛋白（NPM1c）能够结合到染色质上，并且可以直接调控Hox基因。▲图｜基于小鼠模型探索XPO1和Menin抑制剂联合用药治疗NPM1c白血病（来源：CancerDiscovery）传统观点通常认为NPM1突变蛋白从细胞核仁转移到细胞浆内可能会抑制Hox基因表达。“然而我们的发现正好相反，NPM1突变蛋白可以直接结合在基因组区段并劫持转录，导致Hox基因的转录无法停止。”他指出。“我们通过这项研究发现了一种全新的分子机制，NPM1突变蛋白能够直接调控Hox基因的表达，这对于接下来的深入研究提供了理论基础。”张笑天介绍说，比如探索何种细胞是白血病的起始细胞，细胞内部何种原始环境诱发白血病的出现等。回顾这项研究，张笑天表示，“其实，我们的这个发现是一种‘反直觉’的机制，其与常规认知相违背，所以这也启示我们在研究过程中不要被一些传统思维惯性所误导。”他说道。设计开发小分子药实现白血病的精准靶向治疗谈及下一步的研究动向，张笑天表示，“我们虽然发现了NPM1突变蛋白（NPM1c）能够劫持转录，但是其中的具体机理还不清楚，所以我们接下来要深入解析NPM1c的分子作用机制。”他说道，例如，NPM1c在细胞核内是否会形成液-液相分离特征，以及这些液-液相分离特征在转录劫持中发挥何种功能等。NPM1c是急性髓系白血病的一个特异性突变。“这一突变目前只在急性髓系白血病中发现，而不存在于其他类型的白血病，为什么NPM1c突变在AML中是特异性的也是我们未来的一个研究方向。”他说。据介绍，针对NPM1突变的急性髓系白血病，目前有包括XPO1抑制剂等一些类似治疗药物已经进入临床前或接近FDA审核的阶段。“但是这类药物并非对所有患者都有效，因此未来需要进一步基于临床试验研究患者对于各种抑制剂的敏感性。”他指出。“此外，我们在这项研究中基于小鼠模型还发现，XPO1抑制剂和Menin抑制剂联合给药，在临床方面可能会对更多患者有效，拥有更好的生存预期。”他表示。（来源：Pixabay）去年，张笑天在德克萨斯大学休斯顿健康中心建立了实验室，围绕NPM1突变蛋白在急性髓系白血病发生发展中的分子机制开展研究。“先前业界针对NPM1蛋白分子机制的研究相对缺乏，尤其是针对NPM1c如何导致Hox基因的高表达，业内更是鲜有相关论文发表。而关于NPM1突变蛋白和Hox基因表达失调之间的联系，我们也是刚开始涉足这个研究方向。”他表示。“围绕此次NPM1c的研究，我们未来计划设计和开发一些纳米抗体或反义RNA，从而针对NPM1c突变蛋白进行特异性抑制。”他说。目前已有药物比如XPO1抑制剂和Menin抑制剂并不是直接靶向NPM1突变蛋白。“而纳米抗体或反义RNA则能够直接靶向NPM1突变蛋白，因此能够更好地抑制NPM1突变蛋白在急性髓系白血病发生发展中所起的作用，并且有望减缓白血病复发，而这，也是我们的一个长期目标。”张笑天总结道。