生物谷報道：來自上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院（SJTU-SM），中科院上海生命科學(xué)研究院健康科學(xué)研究院（Institute of Health Science）,，細(xì)胞分化與凋亡教育部重點實驗室（Key Laboratory of Cell Differentiation and Apoptosis of Chinese Ministry of Education）的研究人員獲得了HIF-1α蛋白在髓細(xì)胞分化中非轉(zhuǎn)錄活性的幾個種系的直接證據(jù),，這有利于科學(xué)家們了解白血病發(fā)生機(jī)制,，以及設(shè)計出針對AML分化誘導(dǎo)的治療性策略。這一研究成果公布在Oncogene雜志上,。
文章的通訊作者是來自上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院的陳國強(qiáng)教授，其于1996年7月在上海第二醫(yī)科大學(xué)獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位,，并分別于1997年和1999-2001年在法國巴黎Saint-Louis醫(yī)院和美國Mount-Saint醫(yī)學(xué)院從事合作研究,。
多年來，他作為國家973計劃,、國家杰出青年科學(xué)基金,、中科院百人計劃等項目負(fù)責(zé)人，一直致力于白血病細(xì)胞分化和凋亡的分子機(jī)制和治療學(xué)基礎(chǔ)研究,，他所從事的三氧化二砷治療急性早幼粒細(xì)胞性白血?。ˋPL）的基礎(chǔ)和臨床研究工作引起國際同行的高度重視。
白血?。↙eukemia）是造血系統(tǒng)的惡性腫瘤,，俗稱"血癌"。其特征是骨髓,、淋巴結(jié)等造血系統(tǒng)中一種或多種血細(xì)胞成分發(fā)生惡性腫瘤,，并浸潤體內(nèi)各臟器組織，導(dǎo)致正常造血細(xì)胞受抑制,，產(chǎn)生各種癥狀和體征,。近來隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，針對白血病的分子水平的研究已經(jīng)成為白血病防治的熱點課題,。尋找診斷治療分子靶點,，也成為白血病防治的重要課題。
白血病一般醫(yī)學(xué)上分為三大類型,，即急性白血??；慢性白血病和特殊類型的白血病，其中細(xì)胞分化阻滯在較早階段,，其分化的白細(xì)胞大部分處在原始細(xì)胞或早幼細(xì)胞階段,，而且病程短、起病急,、發(fā)展快,、病情重，為急性白血病,。急性白血病包括急性髓細(xì)胞白血病和急性淋巴細(xì)胞白血?。患?xì)胞分化具有較大程度的成熟能力,，其大部分細(xì)胞為成熟細(xì)胞,，少部分阻滯在中幼或晚幼細(xì)胞階段，而且起病緩慢,、病情較輕,、病程較長為慢性白血病,；另外還有一些少見或罕見的特殊類型的白血病,，如嗜酸性粒細(xì)胞白血病，嗜堿性粒細(xì)胞白血病等,。
1986—1988年我國全國白血病發(fā)病情況調(diào)查顯示,，我國白血病的發(fā)病率為2.76/105，其中急性髓細(xì)胞白血病(Acute myeloblastic leukemia , AML)年發(fā)病率最高,，達(dá)1.62/105（美國為2.25/105）,，約占所有白血病的58.7%，與急性淋巴細(xì)胞白血病(Acute Lymphocytic Leukemia,ALL)不同的是AML以成人多見（成人急性白血病中ALL占20%,，AML占80%）,，其發(fā)病率隨年齡增長漸次上升，20歲以下的年輕患者僅占全部AML的5%,，一般過40歲后發(fā)病呈指數(shù)增加,，而50%以上的AML年齡≥60歲，中位發(fā)病年齡為60～65歲,。兩性發(fā)病率相比,，則男性比女性略高。我國調(diào)查資料也證實AML的發(fā)病率高峰在60～69歲,，50歲以前兩性發(fā)病率基本相似,，至老年期男性發(fā)病率明顯高于女性。
白血病發(fā)病機(jī)制中最顯著的特點就是成熟障礙,，ALL在原幼淋巴細(xì)胞后水平,，AML在原粒及早幼粒細(xì)胞后水平傷失進(jìn)一步分化成熟能力,。這種不能分化成熟的白血病細(xì)胞在骨髓內(nèi)大量堆積，造成骨髓內(nèi)壓增加,，竇樣隙屏障破裂,，隨后進(jìn)入血液，浸潤臟器及組織,，并保持其繼續(xù)增殖的能力,。
2005年年底來自法國居里研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了急性髓細(xì)胞樣白血病癌細(xì)胞形成的分子機(jī)理，他們發(fā)現(xiàn)正常細(xì)胞變?yōu)榘籽〖?xì)胞不僅需要無限增殖同時還不能變?yōu)閷,；?xì)胞,，Kit受體上具有自主活性的基因突變體致使缺乏外界信號的細(xì)胞發(fā)生增殖。這一研究中的研究對象主要是紅白血病,，研究人員用“two-hit”模型來解釋,，發(fā)現(xiàn)紅白血病是兩種類型突變體共同導(dǎo)致的結(jié)果，一個是增殖優(yōu)勢,，另一個是分化阻斷,。而且他們進(jìn)一步也發(fā)現(xiàn)了這種兩步機(jī)制及其作用方式。
缺氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia inducible factor 1,，HIF-1)是調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞缺氧反應(yīng)的主要轉(zhuǎn)錄因子,，在正常的氧氣壓力下，HIF-1的活性通常取決于其兩個亞單位之一：HIF-1α,。HIF-1α在許多腫瘤中表達(dá)增強(qiáng)，與腫瘤高度侵襲性,、易轉(zhuǎn)移,、對放化療不敏感和預(yù)后不良密切相關(guān)，而且能促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)依賴性的腫瘤血管形成和增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞糖酵解(Warburg效應(yīng)),，因此以HIF-1α為靶點的抗腫瘤治療正成為許多基礎(chǔ)和臨床研究的熱點,。
研究發(fā)現(xiàn)隨著HIF-1α在髓細(xì)胞白血病細(xì)胞和正常造血干細(xì)胞中的積累，缺氧或低氧模擬物會誘導(dǎo)分化,，為了獲得HIF-1α在AML細(xì)胞分化,，以及作用機(jī)制中的扮演角色的直接證據(jù)，在這篇文章中,，研究人員獲得了髓細(xì)胞白血病U937T轉(zhuǎn)化株——其中HIF-1α由四環(huán)素緊密調(diào)控,。
結(jié)果表明條件性HIF-1α誘導(dǎo)會引發(fā)這些轉(zhuǎn)化株的粒性白細(xì)胞分化，而通過特異性短發(fā)夾RNA（short hairpin RNAs,，shRNAs,，也稱短的干擾發(fā)夾 （short interfering hairpin），在體內(nèi)通過RNAi降低互補序列基因的表達(dá)）抑制HIF-1α表達(dá)則能有效的抑制缺氧誘導(dǎo)的U937T細(xì)胞的分化,，這得到了形態(tài)學(xué),，成熟相關(guān)抗原（maturation-related antigens）,，以及髓細(xì)胞分化表達(dá)信號，造血細(xì)胞特異性細(xì)胞因子受體的證明,。
總而言之,，這一研究提供了HIF-1α蛋白在髓細(xì)胞分化中非轉(zhuǎn)錄活性的幾個種系的直接證據(jù)，將有利于科學(xué)家們了解白血病發(fā)生機(jī)制,，以及設(shè)計出針對AML分化誘導(dǎo)的治療性策略,。
原始出處:
Oncogene advance online publication 16 July 2007; doi: 10.1038/sj.onc.1210670
Hypoxia-inducible factor-1-induced differentiation of myeloid leukemic cells is its transcriptional activity independent
L-P Song1,3, J Zhang1,3, S-F Wu1, Y Huang2, Q Zhao1, J-P Cao1, Y-L Wu2, L-S Wang2 and G-Q Chen1,2
1Institute of Health Science, Shanghai Institutes for Biological Sciences and Graduate School of Chinese Academy of Sciences-Shanghai Jiao-Tong University School of Medicine (SJTU-SM), Shanghai, China
2Department of Pathophysiology, Key Laboratory of Cell Differentiation and Apoptosis of Chinese Ministry of Education, SJTU-SM, Shanghai, China
Correspondence: Dr G-Q Chen, Department of Pathophysiology, Key Laboratory of Cell Differentiation and Apoptosis of Chinese Ministry of Education, SJTU-SM, Shanghai 200025, China. E-mail: [email protected] or [email protected]
3These authors contributed equally to this work.
Received 26 February 2007; Revised 10 May 2007; Accepted 13 June 2007; Published online 16 July 2007.
Hypoxia or hypoxia mimetic has been shown to induce differentiation together with the accumulation of hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) protein of myeloid leukemic cells and normal hematopoietic progenitors. To provide direct evidence for the role of HIF-1 in acute myeloid leukemia (AML) cell differentiation and its mechanisms, we generated myeloid leukemic U937T transformants, in which HIF-1 was tightly induced by tetracycline withdrawal. The results showed that the conditional HIF-1 induction triggered granulocytic differentiation of these transformants, while the suppression of HIF-1 expression by specific short hairpin RNAs (shRNAs) effectively inhibited hypoxia-induced differentiation of U937 cells, as evidenced by morphology, maturation-related antigens as well as expressions of myeloid differentiation signatures and hematopoietic cells-specific cytokine receptors. The specific shRNAs-inhibited expression of HIF-1, an essential partner for transcription activity of HIF-1, failed, while the inhibition of hematopoietic differentiation-critical CCAAT/enhancer-binding protein- (C/EBP) significantly eliminated HIF-1-mediated myeloid leukemic cell differentiation. Collectively, this work provided several lines of direct evidence for the role of HIF-1 protein through its nontranscriptional activity in myeloid cell differentiation, in which C/EBP elicits a role as an effector downstream to HIF-1. These discoveries would shed new insights for understanding mechanisms underlying leukemogenesis and designing the new therapeutic strategy for differentiation induction of AML.
Keywords:
leukemia, differentiation, HIF-1, C/EBP
