骨髓增生异常综合征与信号通路关系的文献综述

A Literature Review on the Relationship between Myelodysplastic Syndromes and Signaling Pathways

摘要: 骨髓增生异常综合征(MDS)是一组异质性的造血干细胞克隆性疾病，其特征是骨髓发育异常和无效造血，导致外周血细胞减少。这种疾病具有转变为急性髓细胞性白血病(AML)的风险，现有的治疗方案并不能满足MDS患者的生存和预后等问题。研究发现JAK-STAT等信号通路在MDS的发生发展过程中起到重要作用。本文对多条信号通路在MDS中作用机制的研究进展进行综述。

Abstract: Myelodysplastic Syndromes (MDS) are a group of heterogeneous clonal disorders of hematopoietic stem cells, characterized by abnormal marrow development and ineffective hematopoiesis, leading to reduced peripheral blood cells. This disease carries a risk of transformation into acute myeloid leukemia (AML), and existing treatment options do not sufficiently address the survival and prognostic concerns of MDS patients. Research has identified the JAK-STAT signaling pathway, among others, as playing a significant role in the development and progression of MDS. This article reviews the research progress on the mechanisms of action of multiple signaling pathways in MDS.

1. 引言

骨髓增生异常综合征(myelodysplastic syndrome, MDS)是一种克隆性造血干细胞疾病，其特征是血细胞减少，髓细胞一系或多系发育异常，无效造血，可演变为急性髓系白血病。骨髓增生异常综合征是一种复杂的疾病，其发病机制大致可分为遗传学异常、骨髓微环境异常和免疫功能异常。目前对于MDS的治疗方式可分为支持治疗、免疫调节治疗、去甲基化治疗、免疫抑制治疗、化疗和造血干细胞移植等。来那度胺和地西他滨是治疗MDS最常见的治疗药物。激素和化疗药物可有效改善MDS患者临床症状，但是当高危型MDS有向白血病转化的风险时，造血干细胞移植仍是唯一有效的治疗方法。对于MDS好发的人群来讲，老年患者并不适应于这种治疗方法，对于患者可能会遭受到药物耐药、药物毒性、及其移植手术不便性等问题依然是非常具有挑战的问题[1]。SF3B1位于2g33.1染色体，是剪接体相关基因，最常见的突变是p.k700E。SF3B1突变的患者具有独特的临床特征，如伴有环型铁幼粒细胞，血小板，白细胞水平较高，髓系原始蛋白，血红蛋白比例减少[2]。当SF3B1发生突变时，会影响基因的剪接过程而改变细胞制造蛋白质的方式，从而导致MDS的发生，研究发现，当SF3B1剪切异常时会引起信号通路传导的改变[1]-[3]。因此，了解MDS发展演变的机制对于开发基于特定靶点的骨髓增生异常综合征治疗方法至关重要。本文综述基于SF3B1突变导致的MDS发生发展密切相关的生物标志物和信号通路的研究进展，并探讨其在骨髓增生异常综合征临床诊疗中的可行性。

2. EIF2AK1信号通路

EIF2AK1信号通路是一种重要的细胞内信号传递机制，不仅可以影响MDS患者细胞的应激反应和凋亡等生理过程，还可阻止红细胞成熟分化，在MDS患者无效造血中起关键作用。EIF2AK1是一种代谢应激感应激酶，在正常情况下其与血红素结合，促进红细胞成熟分化。研究表明，当SF3B1发生突变时，会促进HSPC向红系细胞分化，但在红细胞成熟的最后阶段阻止红细胞的生成，从而导致终末分化的细胞在骨髓中积累，因而MDS患者表现出无效造血和严重贫血[4]。贫血到一定程度导致血红素缺乏，致使EIF2AK1信号通路被激活，EIF2Ak1使其靶向目标EIF2S1磷酸化，导致球蛋白mRNA翻译减少，ATF4及其DDIT3表达增加，从而维持红细胞存活[5]。ATF4和DDT3是一种应激诱导的转录因子，在癌细胞中呈现上调。ATF4的表达水平与MDS患者骨髓造血功能下降、白细胞数升高、贫血程度加重等临床特征密切相关[6]。有研究证实，将EIF2AK1基因敲除后，小鼠更容易出现红细胞数量降低，血红蛋白水平下降，同时伴有脾脏肿大，血液中EPO和ROS水平升高。在分子水平的研究表明，删除EIF2Ak1基因后，红细胞末端分化频率增高，其可调节的效应因子ATF4和DDT3的基因减少，而当EIF2AK1信号通路上调，造血干细胞培养结果显示，在分化初期阶段，EIF2AK1以巨核细胞生成为代价，促进其向红细胞分化。另一方面，EIF2AK1通路上调，自噬小泡显著增加，LC3B蛋白表达显著增加。LC3B蛋白是自噬调控中的重要蛋白，在这一过程中LC3B蛋白会被翻译后修饰，转化为可溶性的LC3B-I形式，然后与ATG5和ATG12等分子结合形成复合物，最终转化为膜结构上的LC3B-II形式并定位于自噬囊泡上。LC3B蛋白在MDS中表达显著增加提示MDS患者自噬过程出现了失调，导致MDS患者细胞代谢紊乱，影响其凋亡[7]。

综上，我们认为MDS患者的无效造血与EIF2AK1信号通路的激活密切相关，尽管EIF2AK1信号通路与MDS关系的机制有深入了解，但针对此的有效疗法尚未开发出来，也许EIF2AK1抑制剂的使用会是MDS患者克服无效造血，摆脱输血依赖的新的治疗策略，因此对于EIF2AK1信号通路的进一步研究将有助于深入揭示其机制并开发新的治疗策略。

3. TRAF/IRAK4信号通路

TRAF/IRAK4信号通路参与了感染，肿瘤和自身免疫等多种生物学过程，而炎症反应和免疫异常状态可以直接或间接地影响MDS患者造血干细胞的增殖分化和存活，并引起造血功能异常。MDS患者普遍存在细胞免疫异常和炎症反应亢进等现象，炎症增加可以导致MDS的发展[8]。一方面，MDS患者由于造血干细胞功能衰退等原因，易受到各种感染的侵袭。免疫系统被持续刺激，导致促炎细胞因子过度分泌。另一方面，MDS患者骨髓微环境中常有多种异常细胞积聚，如单核细胞，巨噬细胞和淋巴细胞，这些细胞释放大量促炎细胞因子，引发局部或者全身炎症反应，因此越来越多的研究证明了MDS和TRAF/IRAK4信号通路之间的关系[9] [10]。Parvin Khalilian等人研究表明，MDS患者中TRL、IRAK4的表达明显增加，此外，与其他血液疾病和肿瘤相比，MDS患者IRAK4的表达明显增加[11]；Scott Alper博士等人对于MDS患者细胞研究表明，SF3B1突变导致细胞中促炎基因表达增强，也可以通过增强MDS患者促炎环境来促进MDS的发病[12]；另有研究表明，SF3B1突变会诱导IARK4同工酶高形态，这种突变在MDS患者中反复出现[13]。

TRAF/IRAK4信号通路已被证明在MDS的发病机制中发挥重要作用，其促进MDS发展的信号传导并不是单一的一条途径，而是多种信号通路联合的结果[14]。研究表明，当SF3B1发生突变，使得IRAK4转录异常，其6号外显子得以保留，成为IRAK4-L。当机体受到刺激时，TLRs与白细胞介素相关激酶结合在一起，从而协调涉及细胞存活、细胞因子产生和启动适应性免疫系统的多种炎症通路[15]。TLRs和IL-1受体复合物结合产生二聚体构象转变，从而使TIR结构域重新定向，随后其配体Myd88会和IRAK4、IRAK2结合形成多聚体螺旋信号复合体Myddosome，然后，IRAK4和IRAK先后进行广泛的自身磷酸化，并从Myddosome中解离，进而刺激下游多种免疫信号通路，研究证明IRAK1和E3连接酶相互作用可激活TRAF6，并将CDk2泛素化，从而通过NF-κB和MAKP信号通路传导，进而影响造血功能[16]-[21]。IRAK家族成员主要包括，IRAK、IRAK2、IRAK3、IRAK4，是一组在炎症和免疫反应中起重要作用的家族成员。对于SF3B1突变的MDS样本纯化CD + HSPCs的RNA-seq分析研究证实，在突变MDS患者样本中，IRAK4的6号外显子会全长保留，这种IRAK4异构体功能稳定且更加活跃，更容易与Myd88结合，且相对于其他突变样本，SF3B1突变外显子保留率增加[22]。Choudhaty等人研究，当用CDk2和IRAK抑制剂体外处理SF3B1突变的MDS患者HSCP时，会引起造血集落形成增加和髓样体分化增加。当用IRAK4抑制剂治疗MDS小鼠3~4周后，小鼠中MDS细胞均有不同程度减少[13]。

综上我们认为，在MDS的免疫微环境调控中，IRAK4作为Toll样受体/白介素-1受体(TLR/IL-1R)信号轴的核心激酶，通过介导MyD88依赖性信号传导，在炎症因子的释放及免疫抑制状态的形成中发挥枢纽作用。IRAK4的异常活化不仅驱动髓系恶性克隆的增殖和凋亡抵抗，还可能通过重塑免疫细胞功能促进疾病进展——其下游的NF-κB和MAPK通路激活可诱导巨噬细胞向M2促瘤表型极化，同时通过上调免疫检查点分子加剧T细胞耗竭。此外，同一突变在不同克隆演化阶段对TLR通路的驱动作用可能存在动态差异，而肿瘤微环境中基质细胞与免疫细胞的旁分泌信号可能干扰标志物的特异性，可能会引起IRAK4抑制后髓系前体细胞的JAK-STAT或非经典NF-κB通路代偿性激活。

因此，IRAK4抑制剂的研究，将有助于在临床前阶段系统性降低研发风险，推动IRAK4靶向治疗从机制探索向安全有效的临床实践迈进。IRAK4有望成为改善高危MDS患者预后、突破现有治疗瓶颈的关键靶点。

4. JAK-STAT通路

JAK-STAT信号通路主要由JAK蛋白激酶家族和STAT转录因子组成。在MDS中，JAK-STAT信号通路扮演重要角色JAK-STAT信号通路是一种在细胞内进行信号传导的重要途径，参与免疫调节、细胞增殖、血液生成和炎症反应等生理过程。研究表明JAK-STAT信号通路可以识别肿瘤细胞，同时促进肿瘤细胞免疫逃逸的过程[23]。JAKs是一个非受体蛋白络氨酸激酶家族，包括JAK1、JAK2、JAK3和TYK2，其中JAK2在MDS患者基因中广泛表达。JAK2一旦被细胞因子激活，便可作为STAT等信号分子的对接位点；被磷酸化的STAT形成二聚体从细胞，膜中进入细胞核，调节相关基因的表达，促进其他基因的转录。研究发现，STAT3和STAT5在MDS细胞系或MDS细胞组织中异常表达，研究证明，细胞因子引发的大多数免疫反应都和STAT有关，如干扰素调节因子(TFN)、白介素、生长因子等。因此STAT信号通路过度激活或全面抑制，可导致MDS的出现和向AML演变[24]。研究证实，骨髓增生异常综合征患者外周血象中STAT3、STAT5水平增高，与健康人和低位MDS患者相比，高危MDS患者细胞核中的STAT5水平显著增加[25]。王欢等人的研究证实与健康组对照，MDS患者外周血STAT5 mRNA表达水平，明显增加，STAT3的表达水平无明显变化[26]。另有研究表明。在使用雄黄治疗后，人源MDS细胞STAT3的表达水平显著下降，而细胞凋亡率显著升高，这进一步说明JAK-STAT信号通路可以抑制细胞凋亡，从而向AML转化[27]。Suchismita Daw等人研究结果显示在MDS小鼠模型中，JAK1和STAT5的表达均上调，而普通白细胞抗原CD45表达上调[28]。

综上，我们可以得出结论，JAK-STAT信号通路异常，使的造血谱系的激活信号轴受到影响导致骨髓中无效造血，STAT3和STAT5的增加抑制了MDS患者细胞凋亡，从而促进肿瘤细胞免疫逃逸而向AML发展。如果我们抑制JAK-STAT信号通路的激活，可能会阻断MDS进一步发展，提高患者的生存率[24]。

目前已有针对JAK-STAT信号通路上市的药物，如Imatinib、Tofacitinib等，但其并未应用在MDS的治疗中，主要用于慢性髓系白血病和胃肠间质瘤以及风湿性关节炎等疾病中，主要通过抑制络氨酸激酶的活性，阻断癌性细胞的增殖分化和减轻炎症反应[29]-[31]。因此，对此信号通路的进一步研究，尽早发现治疗MDS的靶点是有必要的，可提高患者生存质量。

5. MDS与其他信号通路

除了上文提到的一些信号通路，还有其他信号通路被简单地提到过与MDS有一定的关系，却并未进行深入研究。如NF-κB，MAP3K7-p38 MAPK通路、sirtuin信号通路、SHH信号通路以及TGF-B信号通路。这些信号通路被激活的机制尚未明确，这可能与MDS发病机制复杂相关。尽管并未明确机制，但已有研究证明这些信号通路和MDS发病过程相关联。

5.1. NF-κB、MAP3K7-p38 MAPK信号通路

NF-κB、MAP3K7-p38 MAPK信号通路作为TRAF/IRAK4信号通路的下游，被激活后进一步调节炎症基因的表达，促使炎症反应增强和氧化应激，从而参与MDS的发病过程[16]-[20]。这为我们的研究提供了研究方向，深入了解这些信号通路的调控机制，也许对于MDS发展突破有重要帮助，为寻找新的治疗靶点提供潜在机会。

5.2. SIRTUIN信号通路

SIRT家族是一类高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依赖的III类去乙酰化酶，包括SIRT 1~7共7名家族成员。它们主要通过调节代谢、介导自噬和维持遗传稳定性在正常细胞内稳态中发挥重要作用。João Vitor Caetano Goes等人研究表明，与正常对照组相比，在MDS病患者亚组中SIRT4在60岁或以上的患者中表达增加，SIRT2和SIRT3在血红蛋白水平低于8 g/dL的患者中增加表达[31]。SIRT2和SIRT3在染色体异常患者中高表达，严重贫血患者中SIRT2和SIRT3的上调可能提示了在输血依赖患者中控制铁过载相关并发症的潜在联系[32]。通过抑制SIRT 2~3的表达，有可能会减少患者贫血症状，对于输血依赖的患者可能会减缓铁过载的速度[33]。

5.3. SHH信号通路

SHH信号通路主要参与细胞增殖、分化、迁移生存等，主要由SHH、PTCH1和SMO组成，尽管基因突变如何导致SHH信号通路被激活的机制尚未明确，但已有研究证明Shh信号通路在骨髓增这生异常综合征患者的骨髓CD34⁺细胞中的表达，与健康人相比，MDS患者的Shh、Smo和Gli1表达水平明显升高，并且这些表达水平的升高与疾病进展和不良预后相关[34]。赵芳等人研究了Smo抑制剂jervine及其与地西他滨的组合在靶向SHH信号通路以抑制骨髓增生异常综合征细胞系MUTZ-1中的协同作用，研究发现，jervine和地西他滨的单独使用以及它们的组合都能显著抑制MUTZ-1细胞的增殖，并诱导细胞凋亡和阻断细胞周期[35]。

总的来说，jervine及其与地西他滨的组合对MUTZ-1细胞的增殖、细胞周期和凋亡具有协同抑制作用。这种协同作用的机制可能是通过干扰Shh信号通路来实现的[36]。Smo抑制剂jervine及其与地西他滨的组合可能为MDS的治疗提供了新的策略，其通过靶向Hedgehog信号通路发挥协同抑制作用，值得进一步研究和临床应用[37] [38]。

6. 小结与展望

骨髓增生异常综合征(MDS)作为老年血液系统高发疾病，其发病率随人口老龄化进程呈显著上升趋势。60岁以上人群占据新发病例的80%以上，而现有治疗方案如造血干细胞移植受限于供体匹配及高龄患者耐受性，免疫调节药物亦可存在应答率差异大等局限性。近年来，针对MDS病理机制中异常激活的信号通路研究取得一些进展，其中EIF2AK信号通路尤为值得关注。

针对该通路的深入研究需聚焦多个维度，深入研究EIF2AK通路与线粒体自噬等细胞死亡途径以及基于多机制协同干预的治疗策略。这些研究方向有可能推动“精准应激调控”治疗体系的构建，不仅为合并多种共病的高龄患者开辟低毒性、高响应率的靶向治疗窗口，更将促进从基础应激生物学研究向临床转化应用的实质性跨越。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。