JAK2基因突变与慢性骨髓增殖性疾病

JAK2基因突变与慢性骨髓增殖性疾病 中华血液学杂志2006年10月第27卷第10期ChinJHematol,October2006,Vol27,No.10 JAK2基因突变与慢性骨髓增殖性疾病 宋君红张苏江李建勇 慢性骨髓增殖性疾病(CMPD)是一类以一系或多系髓系 细胞(包括红系,粒系和巨核系)增殖为主要特征的克隆性造 血千细胞疾病.其特点是骨髓有核细胞增多,增殖的细胞可 向终末分化成熟,多不伴发育异常.外周血一系或多系细胞 增多,外周器官浸润,常伴有肝脾肿大.根据世界卫生组织 (WHO)的恶性血液病分类…,CMPD包括慢性粒细胞 白血病(CML),真性红细胞增多症(PV),原发性血小板增多 症(ET),慢性特发性骨髓纤维化(CIMF),慢性中性粒细胞白 血病(CNL),慢性嗜酸粒细胞白血病/高嗜酸粒细胞综合征 (CEL/HES)及难分类的骨髓增殖性疾病(UMPD).CMPD 各亚型多数有白细胞,血小板及巨核细胞增多,后期现骨 髓纤维化,骨髓衰竭及转化为急性白血病.除CML具有特 征性的Ph染色体和bcr/abl融合基因以外,CML外的其余各 亚型发病机制尚不清楚,仅10%,15%的病例存在细胞遗传 学异常,且均无特征性的染色体改变. 目前研究认为,酪氨酸蛋白激酶(PTK)信号转导途径过 度活化是CMPD重要的发病机制.在CML中融合基因bcr/ abl翻译产生17210融合蛋白,具有异常的PTK活性,能通过 作用于Ras相关的信号传递分子及上调Bcl—X抗凋亡基因 活性等途径促进细胞增殖,抑制凋亡,导致CML的发生J. 此外慢性粒单核细胞白血病(CMML)存在血小板衍生生长 因子受体(PDGFR)B基因异常,HES存在PDGFRc~基因异 常,这些异常引起相应PTK的持续激活,导致细胞恶性增 殖.而PV,ET,CIMF这三类疾病的临床现较为相似且可 相互转化,其发病的分子机制一直是研究的热点.PV患者 的造血干/祖细胞对多种细胞因子高度敏感,在不含红细胞 生成素(EPO)的血清培养基中能继续增殖分化形成内源性 红细胞集落(EEC),而正常人的干/祖细胞必须有EPO的刺 激才能形成EEC.研究发现PV的发生与EPO及EPO受 体(EPOR)异常的关系不大,而目前已发现的部分CMPD分 子发病机制提示人们逐渐把视线转向EPO信号转导途径的 下游分子如胞内PTK,蛋白磷酸酯酶等.下游分子中JAK2 作为多种细胞因子信号转导的枢纽,成为研究PV发病机制 最有意义的候选基因之一.既往研究认为JAK2基因多以融 合基因的方式(如TEL—JAK2等)导致血液系统恶性肿瘤的 发生,而最近多宗研究几乎同时报道bcr/abl阴性的CMPD 中JAK2基因存在高频点突变V617F,并通过小鼠骨髓移植 作者单位:210029南京医科大学第一附属医院,江苏省人民医 院血液科 通信作者:李建勇,Email:lijianyonglm@medmail.com.cn ? 713? ? 综述? 实验证实了该突变确实可引起PV的发生,提示JAK2点突 变在CMPD的发病机制中起重要作用. 1JAK2的结构及功能JAK2基【大j定位于染色体9p24,属 于JAKs(Januskinases/Justanotherkinases)家族,属胞内 PTK,其在细胞因子的信号传导中起重要作用.JAKs共有4 个家族成员:JAKI,JAK2,JAK3和TYK2,基因长度120,140 kb.JAKs分子共同结构包括7个高度保守的同源结构域 (JAKhomologydomain,JH),C端含有两个相连的激酶区,即 JHl蛋白PTK区和JH2激酶相关区(KRD)(又称假激酶 区).N端JH3一JH4为假性SH2区,JH4一JH7为FERM结构 与细胞因子受体家族(CkRF)胞质近膜区的Box1/Box2基序 以非共价键结合.JAKs无跨膜结构域或Src同源区域 (SH),与CkRF偶联后将细胞因子信号通过JAKs—STATs或 Ras途径转导.JAK2介导包括EPO,血小板生成素(TPO), 粒细胞一巨噬细胞集落刺激因子(GM—CSF),白细胞介素3 (IL-3),生长因子(GH)在内的多种细胞因子的信号转导,促 进或调节细胞的增殖..J. 2JAK2基因突变与CMPDJames等.体外培养PV患者 的造血干/祖细胞,发现JAK2抑制剂AG490能使EEC的生 成数量明显减少.用RNA干扰技术(siRNA)将JAK2基因 缄默10%即引起EEC数量明显减少,且红细胞出现分化障 碍.可见JAK2对EEC的形成尤为重要.作者利用PV患者 外周血样本对JAK2基因进行序列分析后发现JAK2基因存 在同一种新型点突变,即编码序列(ATG开始)第l849位碱 基由G—T,导致第617位氨基酸由缬氨酸转化为苯丙氨酸 (JAK2V617F).45例PV患者中40例JAK2V617F阳性,l7 例ET患者3例阳性,l2例CIMF患者9例阳性.正常对照 均未检测到JAK2V617F.该突变仅出现于髓系细胞中而纯 化分离T细胞检测后发现均阴性,证实其为体细胞突变. Baxter等对140例CMPD患者外周血白细胞的JAK2 基因进行序列分析,发现73例PV患者中有53例,5l例ET 中有6例,及l6例CIMF患者中有7例存在JAK2V617F.另 外JAK2基因编码区除存在几处单核苷酸多态性(SNPs)外, 并未检测到其他位置的突变.90名正常对照亦未检测到 JAK2V617F. Levine等对85种K进行高通量基因测序分析,发 现164例PV患者中有l2l例JAK2V617F阳性,其中4l例为 纯合突变,80例为杂合突变.ll5例ET患者中有37例 JAK2V617F阳性,其中3例为纯合突变,34例为杂合突变. 46例CIMF中l6例存在JAK2V617F,其中4例为纯合突变, l2例为杂合突变. 中华m液学杂志2006年10月第27卷第10期ChinJHematol,()t-lober2006,Vol27,No.10 Kralovics等用荧光原位杂交(FISH)及比较基组杂 交(CGH)等方法发现PV患者存在染色体9p异常,微卫星标 志分析检测到PV,ET及CIMF患者存存染色体9p杂合性缺 失(LOH),提,J染色体9p区异常可能与PV的发生有关.他 们用微1星标志法共检测244例cMPD标本,5l例PV标本 存染色体9pLOH,凶染色体9pIOH涉及JAK2基因位点, 作者将JAK2基测序后发现所有染色体9pLOH患者均存 在纯合型JAK2V617F.193例无染色体9pLOH的标本66例 存彳E杂合性JAK2V617F,l27例l木检测到JAK2V617F.结果 65%的PV患者,57%的C1MF患者及23%的ET患者检ffJ JAK2V617F.同时他们发现JAK2V617F仅存在于髓系细胞 (粒细胞,红细胞及巨核细胞);T细胞及口腔黏膜细胞及继 发性血红蛋白增多症患者中未检测到JAK2V617F.可见 JAK2V617F是造干/祖细胞获得性的突变. Zhao等利用24例PV患者的cDNA标本对多种PTK 及蛋白磷酸酯酶包括JAK,Abl,Src,PDGFR,SHP—l,SHP一2, PTP—MEG—l及PTP—MEG一2等测序发现20例PV患者存存 JAK2V617F,其他PTK及蛋白磷酸酯酶无基突变.20名 正常对照JAK2均为野生型. Jones等研究480例CMPD患者发现JAK2V617F在 不典型或难分类CMPD,HES,PV,ET及CIMF的发生率分别 为20%,2%,8l%,41%及43%,CML,继发性血红蛋白增多 症及正常对照均未检JAK2V617F.Steensma等 3%的CMML,5%的骨髓增生异常综合征(MDS)及更小比例 的CNL中存在JAK2V617F.Jelinek等报道CMML,Ph阴 性CNL及急性巨核细胞白血病中可检出JAK2V617F.而 Levine等”发现不仅PV,ET等CMPD中存存JAK2V617F, 急性髓系白血病(AML),不典型慢性粒细胞白血病(aCML) 以及MDS中也可检测到,但在B系,T系急性淋巴细胞白 病(ALL)和慢性淋巴细胞白血病(CLL)中朱检测到 JAK2V617F.可推测V617F突变与慢性髓系肿瘤关系密切 而与急性髓系肿瘤或淋系肿瘤的关系并不大. 3JAK2V617F的结构及功能研究JAK2V617F突变引起造 血干/祖细胞恶性克隆增殖的机制是什么?研究发现,JH1可 通过自身磷酸化使JAK2活化,JH2阻断JH1,从而抑制JAK2 的激酶活性.JH2起抑制作用的功能域主要位于619,670 氨基酸区域.JH2区域的其它突变如Y570F,E695K都能引 起JAK2的持续活化.JAK2蛋白结构模型分析显示JH2区 617位点的缬氨酸和6l8位点的半胱氨酸对维持JAK2的非 活化状态起重要作用.V617F突变位点位于JH2结构域N 端上方,当617位点的缬氨酸被相对分子质量较大的苯丙氨 酸替代后,JH2空间结构不稳定,不能维持JH2区蛋白的正 常折叠状态,使JH1活化环相互接近,可能造成JAK2的持续 活化. 体外实验证实JAK2V617F能使细胞增殖活性明显增 强.James等将JAK2,STAT5缺陷细胞株一2A转染 JAK2V617F突变体后,在无EPO的刺激下能激活STAT介导 的转录途径.转染JAK2V617F能引起细胞对各种细胞因子 的敏感性提高,他们将EPO依赖的细胞株BaF3一EPOR转染 JAK2V617F突变体,结果BaF3一EPOR对0的敏感性明 提高,且在尢EPO的条件V能继续K,并且叮检测到胞内 STAT5持续活化.此外FDCP—EPOR细胞株转染JAK2V6I7F 后能引起PI3K和ERK途径激活.Krahwics等将II一3依 赖的小鼠细胞株BaF3及TPO依赖的细胞株uT一7转染 JAK2V617F突变体发现两种细胞对EPO,IL一3及TPO的敏感 性增强,且BaF3细胞不依赖IL一3可继续增殖分化.Zhao 等将HeLa细胞转染JAK2V617F突变体及野生型JAK2, 发现前者胞内STAT5,ERK1/2,Akt磷酸化程度较后者明显 提高,且无EPO刺激前者也能被检测到这些胞内信号分子 的磷酸化.动物实验证实JAK2V617F能刺激细胞增殖.小 鼠骨髓移植实验研究结果证实,转染JAK2V617F突变体后 较野生型血细胞比容明显升高.以上证明JAK2V617F具 有持续性激酶活性,能引起信号转导途彳夺的持续活化,可能 为CMPD发病的根本原【大J. 在CMPD的单核一巨噬细胞集落及红细胞集落中都能检 测到JAK2V617F,淋系及其它组织细胞阴性,可V617F突 变可能发生于产生红系及粒系的多能干细胞阶段,为获得性 体细胞突变,可能单独或联合其它基突变如KRAS2和 NRAS等引起CMPD的发生.V617F也可能是CMPD疾 病进展巾的二次打击.而且,现有研究,JV617F的发生不 排除胚系突变的可能.V617F突变后引起JAK2持续活化, 使STAT5及下游其它激酶活性明显增强,通过其它凶子如 BCL—X,EPOR基因(PRV1)和MPL等引起细胞的增殖和 凋亡抑制.如活化的JAK2激活STAT5后可上调BCL—X.的 表达,BCL—X.能抑制细胞凋亡,从而使恶性细胞过度增殖. V617F突变能引起其它基凶如PRVl过度表达后,可使造 细胞对EPO敏感性增强,当体内发生V617F突变克隆在增 殖上占优势时,引起CMPD的发生.Kralovics等及Levine 等0发现CMPD中染色体9pLOH阳性比例与纯合型 JAK2V617F突变比例大致相等.作者推测一条等位基凶发 生突变后,由于有丝分裂过程中同源染色体重组,另一条等 位基因复制造成纯合型V617F突变和染色体9pLOH的}” 现.James等.认为染色体9pLOH是具有V617F纯合型突 变基的FISH特征.对于无JAK2V617F的CMPD其发病 是否与JAK2以及其他PTK等有关须作进一步的研究. 4前景与展望JAK2V617F是继CML中bcr/abl发现后 CMPD发病机制中最有价值的基【大】异常,对进一步明确PV, ET,CIMF等CMPD的发病机制非常重要,并且对此类疾病的 诊断,分类及探索有效的靶向治疗等方面也有重大的意义. 1)V,ET,CIMF等CMPD目前的治疗主要是非特异性抑制造 血干细胞.比如用羟基脲,干扰素及多种化疗药物尽量减少 肿瘤负荷,疗效均不佳,最终均走向骨髓衰竭期或转化为急 性白病.凶此,探索有效的靶向治疗变得非常重要.近几 年来CML的治疗取得较大进展,靶向治疗药物STI571临床 应用取得了非常好的疗效,对慢性期,加速期及急变期都有 较好的效果,已被推荐为CML的一线治疗药物.STI571是 血液学杂志2006年10月第27卷第10期ChinJHematol,October2006,Vol27,No.10 一 种2一苯胺嘧啶衍生物,能选择性地抑制部分PTK,包括c— kit,bcr/abl,PDGFR等,是CML,具有c—kit突变的胃肠道问质 肿瘤(GIST)以及具有PDGFR突变或重排的CMPD的主要靶 向治疗手段,研究发现对PV,ET,CIMF等治疗均有效”. 作为安全有效的多种K的抑制剂,理论上伊马替尼可以常 规应用于包括PV,ET,CIMF等在内的CMPD,但其临床有效 性还要做大规模的临床研究.此外对CMPD尤其具有JAK2 基因V617F突变的PV,ET及CIMF可以尝试应用除伊马替 尼以外的PTK抑制剂,也可以尝试很多新型的PTK抑制剂 应用于临床试验及治疗,如PKC412,CT535l8,SU5614, SU5416.SUl1248和CEP2701等.另外,尽快开发安全有效 的JAK2特异性的抑制剂显得尤为重要.总之,JAK2V6l7F 的发现有可能对诊断,治疗并为最终攻克CMPD及其他恶性 血液病开辟一条新的途径. 参考文献 1VardimanJW,HamsNI,BrunningRD.WorldHealthOrganization (WHO)classificationofthemyeloidneoplasmsBlood,2002,100: 2292—2302. 2KraloviesR,PassamontiF,BuserAS,eta1.Again—of-functionnlu— tationofJAK2inmyeloproliferativedisorders.NEnglJMed,2005, 352:1779—1790. 3JohnMG,JuniaVM.Chronicmyeloidleukemia—advancesinbiology andnewapproachestotreatnlent.NEnglJMed,2003,349:1451一 l464. 4LevineRL,WadleighM.Activatingmutationinthetyrosinekinase JAK2inpolyeythemiavera,essentialthr0mb0cythemia,andmyeloid metaplasiawithmyelofibrosis.CancerCell,2005,7:387-397. 5KanshanskyK.Onthemolecularoriginsofthechronicmyeloprolifera一 7l5 tivedisorders:itallmakessense.Bloo~1.2005,105:4187-4190. 6RawlingsJS,RosierKM,HarrisonDA.TIleJAK/STAq,signaling pathway.JCellSci,2004,117:1281—1283. 7JamesC,UgoV,leCouedicJP,eta1.AuniqueelonalJAK2muta— tionleadingtoconstitutivesignallingcausespolyc’ythaemiavera.Na— ture,2005.434:1144一l148. 8BaxterEJ,SeottI,M,CampbellPJ,eta1.Aequiredmutationofthe tyrosinekinaseJAK2inhumanmyeloprolifcrativedisorders.1,aneet, 2005,365:1054-1061. 9ZhaoR,XingS,LiZJ,eta1.IdentificationofanacquiredJAK2nlu— rationinpolyeythemiavera.JBiolChem,2005,280:22788—22792. 10JonesAV,KreilS,ZoiK,eta1.Widespreadoeeurreneeofthe JAK2V617Fmutationinchronicmvel0pH)hra【ivedisorders. Blood,2005,106:2162—2168. 11SteensmaDP,DewaldGW,LashoTI,eta1.l’heJAK2V617Faeti一 ,atingtyrosinekinasemutationisaninfrequenteventinboth”atypi— cal”myel.pr0liferativedisordersandthemyeh)dysplastiesyndrome. Blood,2005,106:1207—1209. 12JelinekJ,OkiY,GharibyanV,eta1.JAK2mutation1849G>r1,is rareinacuteleukemiasbutcanbefoundinCMMI.Philadelphia Chronlosonle—negativeCML,antimegaka~oeyti~leukemia.Blood, 3373 2005.106:3370— 13I~evineRL,LoriauxM.HuntlyBJ,eta1.TheJAK2V617Faetiva. tingmutationOCCUrsinchronicmyelomonn(:ytieleukemiaandacute myeloidleukemia.butnotinacutelymphoblastieleukemiaorchron— iclymphocyticleukemia.Blood,2005,106:3377—3379. 14ShannonK,vanEttenRA.JAKinguphematopoieticproliferation. CancerCel1.2005.7:291—293. 15P~dananiA.TefferiA.Imatinibtargetsotherthanbcr/ablandtheir clinicalrelevanceinmyeloiddisorders.Blood,2004,104:1931. 1939. (收稿日期:2005—10—10) 关于写作中的作者署名 ? 读者?作者?编者? 我国着作权法颁布以来,已得到社会各界的广泛重视,作为医学科技 期刊必须不折不扣地执行着作权法.为此将本刊对 作者署名的有关要求重申如下. 1署名的意义?标明论文的责任人,文责自负.?医学论文是医学科 技成果的总结和记录,是作者辛勤劳动的成果和创 造智慧的结晶,也是作者对医学事业作的贡献,并以此获得社会的尊重和承认的客观指标,是应得的荣誉,也是论文版权归 作者的一个声明.?作者署名便于编辑,读者与作者联系,沟通信息,互相探讨,共同提高.作者姓名在文下按序排列,排序 应在投稿时确定,在编排过程中不应再作更改;作者单位名称及邮政编码脚注于同页左下方. 2作者应具备下列条件:?参与选题和设计,或参与资料的分析和解释者.?起草或修改论文中关键性理论或其他主要内 容者.?能对编辑部的修改意见进行核修,在学术界进行答辩,并最终同意该文发表者.以上3条均须具备.仅参与获得资 金或收集资料者不能列为作者,仅对科研小组进行一般管理者也不宜列为作者.其他对该研究有贡献者应列入志谢部分. 对文章中的各主要结论,均必须至少有1位作者负责.在每篇文章的作者中需要确定1位能对该论文全面负责的通信作者. 通信作者应存投稿时确定,如在来稿中未特殊标明,则视第一作者为通信作者.第一作者与通信作者不是同一人时,在论文 首页脚注通信作者姓名,单位及邮政编码.作者中如有外籍作者,应附本人亲笔签名同意在本刊发表的雨件.