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急性髓细胞白血病FLT3基因内部串联重复和点突变及治疗

发表时间:2012-06-14     浏览次数:225次

文章摘要:总结了FLt3 活化后其下游分子信号通路效应的最新认识,重点阐述转录因子效应。描述了新的FLT3靶向抑制剂单药治疗和联合化疗治疗FLT3-ITD突变白血病患者的疗效和新的应用前景。

  作者:刘元军综述,李晓明审校  作者单位:四川,泸州医学院附属医院风湿血液科

  【关键词】 FLT3 ;急性髓细胞白血病; FLT3-ITD; FLT3-TKD

  FLT3受体是Ⅲ型受体酪氨酸激酶家族中成员。FLT3突变是急性髓细胞白血病(AML)中一种最常见基因改变,1/3的AML患者有该基因突变,最主要的突变包括FLT3近膜区(JM)内部串联重复突变(ITD)和“活化环”处点突变(TKD)。这些突变导致FLT3下游信号通路持续活化和变异细胞增殖[1]。本综述总结了FLt3 活化后其下游分子信号通路效应的最新认识,重点阐述转录因子效应。描述了新的FLT3靶向抑制剂单药治疗和联合化疗治疗FLT3-ITD突变白血病患者的疗效和新的应用前景[2]。

  1FLT3结构和其基因突变在AML中的发生率

  11FLT3结构和生理功能FLT3是Ⅲ型受体酪氨酸激酶(RTK) 家族中的一个新的成员。此家族还包括KIT(c-kit re-ceptor tyrosine),血小板源性生长因子受体(platelet-derivedgrowth factor recptor PDGFR)及c-fms受体(c-fms recptor FMS)。它由胞外N’端5个免疫球蛋白样结构域、1个跨膜结构域,胞内1个近膜结构域(juxtamembraneJM)、2个被激酶插入结构域分开的激酶结构域和1个C’端结构域构成,其胞外结构域高度糖基化[3]。FLT3基因位于染色体 13q12,全长约100kb,有24 个外显子,编码993个氨基酸。FLT3在骨髓中仅表达于CD34+造血干/祖细胞。FIT3及其配体( FL ) 在造血干/祖细胞的增值分化中起重要的调节作用。当配体与 FLT3的细胞外结构域结合时。FLT3二聚体化其激酶结构域的活化环( activation loop ,A-loop ),构象发生改变,酪氨酸残基磷酸化,通过与多种胞浆蛋白,如RAS—GT酶激活蛋白、磷脂酶C及Src家族酪氨酸激酶等作用,介导一系列细胞内信号传导,导致细胞增殖和活化。普通型FLT3即野生型FLT3在无FL存在情况下,其JM区具有自我抑制作用,抑制FLT3形成二聚体从而抑制FLT3磷酸化激活。如FLT3基因发生突变,有可能破坏正常血细胞的增殖分化与凋亡,导致白血病发生。

  12FLT3突变及其在AML中的发生率急性髓细胞白血病(AML)中FLT3基因突变的最常见类型为内部串联重复突变(internal tanem duplication ITD)其次为酪氨酸激酶结构域点突变(Tyrosine-kinase domain TKD)。FLT3-IT D常累及外显子14和15或者11和或12,AML患者在FLT3近膜区( JM)常存在内部串联重复序列( ITDs ),即以首尾相接的顺序插入若干个复制的核苷酸,为不定数量的碱基的复制,通常为3的倍数因此读码框保持完整,使JM区延长,而其他结构域不受影响。这些突变在AML的发病机制中起重要的作用。AML患者中FLT3-ITD的发生率在成人约24% ,儿童约10%~15%,继发性AML中约15%。MDS患者FLT3-ITD阳性率<5%,并多为 MDS的白血病转化型,一种经典的突变即FLT3-TKD发生在第2个激酶结构域中,被称为“活化环”处,大部分突变为点突变。导致835位的天门冬氨酸(D835)或836位的异亮氨酸(1836)被其他种类的氨基酸所取代,这种点突变还包括以下这几种已经阐述过的类型:D835Y,D835V,D835E,D835H,D835N,D835G,D835A.D835L+K,I836T,I836S,I836L+D,I836M+R,最近又有新的活化环突变被发现,包括 D835和I836的缺失(Δ835,Δ836),840位后插入一个甘氨酸和一个丝氨酸(840GS),及A680V。点突变在AML中的发生率约为8%。FLT3-ITD和FLT3-TKD突变都可引起FLT3在无配体存在情况下持续磷酸化,导致细胞增殖活化最终发生AML。在儿童和年龄小于60岁的成人中FLT3-ITD突变导致更高的外周血白细胞计数,从而增加AML复发风险,降低无病生存率(DFS)和总生存率(OS)。也有研究报道经多变量分析法得出FLT3-ITD突变是AML预后不良最重要的因素 。在年龄低于60岁的人口中,FLT3-ITD突变的AML患者DFS和OS也更差。在国内外研究中FLT3-ITD突变在急性淋巴细胞白血病(ALL)患者中少有文献报道,但Stevene suter等在以犬为动物模型的ALL的GL-1细胞中发现有FLT3-ITD高表达,犬的ALL细胞和人的ALL细胞的致癌基因中有共同的保守性染色体畸变和突变,证实了人的ALL中也存在FLT3/ITD突变[4]。

  2FLT3基因突变导致AML的发病机制

  FLT3-ITD和TKD突变均会导致FLT3激酶持续活化和野生型FLT3的自我抑制功能丢失,从而持续激活其下游的细胞增殖信号通路。这些下游通路包括Ras/MAPK激酶/胞外激酶信号通路和PI3K/AKT通路,此外FLT3-IT路,STAT5诱导激活其靶基因如细胞周期蛋白D1(cyclinD1),原癌基因和抗凋亡基因P21这些重要的细胞增殖基因,产生的效应可能在白血病变异细胞增殖中起作用。用微阵列法分析表达FLT3-ITD的转基因细胞32CDcl发现STAT5的靶基因Pim-2(一种丝/苏氨酸激酶基因)被诱导激活,也有报道另一种丝/苏氨酸激酶Pim-1也可因FLT3-ITD突变而表达增量,并且在FLT3-ITD介导的细胞生长和抗凋亡中起重要作用。总之FLT3持续诱导激活STAT5和Pim丝/苏氨酸激酶这些机制可能加快AML细胞增殖。

  Sallmyr[5]等报道FLT3-ITD突变引发了循环式基因组不稳定,借此增加了活性氧簇(ROS)产量,从而导致DNA双链断裂(DSBs)和错误修复的增加。ROS水平的升高是由STAT5信号通路传导和RAC1(氧化NADPH的ROS生成复合物的关键成分)的活化引起。该研究组证实了一种可能生成ROS的机制即RAC1-GTP化与STAT5磷酸化直接相关,抑制STAT5磷酸化会导致ROS产量降低。同时推断FLt3-ITD的AML患者疾病的进展和预后不良可能与基因组不稳定有关。而高水平量的ROS和DSBs及其内连接增加又会导致基因组不稳定。该研究组通过研究表达FLT3-ITD细胞株和植入FLT3-ITD基因的鼠的骨髓单核细胞株进一步分析,证实了DNA发生DSBs后再内连接导致高频率的DNA丢失[6],并发现KU蛋白(一种非同源性内连接通路的关键复合物)水平在FLT3-ITD细胞中降低,同时DNA连接酶Ⅲα(一种选择性而非确定性的备用连接通路复合物)水平升高。经FLT3抑制剂处理后的细胞DNA连接酶Ⅲα表达量和DNA缺失均降低,这预示FLT3信号调节DSBs修复通路,抑制FLT3-ITD信号和/或DNA连接酶Ⅲα的治疗可以达到纠正错误修复和避免基因组不稳定发生。

  Scheijen等报道FLT3-ITD在Ba/F3细胞表达导致了AKT活化,同时伴Forkhead家族的FOXO3a磷酸化FOXO3a第32位丝氨酸磷酸化从而促进他们从胞核到胞浆的移位,抑制了FOXO3a介导的细胞凋亡及P27KIP1的上调和Bim基因表达,提示致癌性酪氨酸激酶FLT3通过FOXO3a磷酸化失活而负性调节FOXO的转录因子,从而增强AML细胞的存活与增殖。FLT3-ITD还可通过活化ERK而使C/EBPα的N端21位丝氨酸磷酸化后特异性的抑制C/EBPα的功能和表达[7]。随着C/EBPα的异常磷酸化,FLT3-ITD细胞分化受阻[7]。有文献指出携带下效等位基因PU1的小鼠,由于PU1的表达量受下效等位基因作用,比正常鼠下降了20%进而发展成AML。PU1表达量也明显受FLT3-ITD的抑制。

  PLZF是一种转录因子抑制物和有效的生长阻遏。它通过沉默其靶基因包括细胞周期调节因子如周期素A2,抑制细胞增殖和髓样细胞分化。FLT 3-ITD表达分离PLZF和SMRT,且抑制PLZF功能导致AML中异常基因调节和变异细胞增殖。

  Rux1/AML1是一小牛转录因子家族,它作为一个转录激活或抑制因子调节各种基因,对正常细胞生成起关键作用。新近报道Runx1/AML1有诱导细胞衰老的功能。研究发现Rux1/AML1-SMRT的相互作用也会被FLT阻断,导致Rux1/AML1功能的阻断和Rux1/AML1靶基因P21[WAF1/CIP1]的异常表达。这与Yan等报道非常一致。Yan等发现阻断AML1-ETO和SMRT间相互作用能明显增强癌基因AML1-ETO的效能。这些研究成果表明FLT3-ITD诱发信号产生的单项或共和转录因子抑制物,抑制了转录抑制子,生长抑制子及衰老诱导功能。这可能是AML另一个十分重要的发病机制。

  3FLT3抑制剂单药靶向治疗与联合化疗治疗有FLT3基因突变的AML

  31靶向治疗及其新药研究随着FLT3突变在AML中高发生率的认识,大约有20种不同的实验性或临床型的FLT3抑制剂已被开发或文献报道[8]。当前研制的种类化合物是杂环复合物,含有类似阿糖腺苷的嘌呤环,因而能够插入FLT3的ATP结合位点。这类化合物包括SU11248(sunitinib),MLN518(tandutinib),CEP-701(lestaurinib)和PKC412(midostaurin)都已进行了临床前实验和临床实验[8],但单药疗效和药物浓度持续时间很有限[9-10]。AC220是第2代FLT3抑制剂,在体内显示了良好的效能和靶向抑制性[11]。CEP-701实验已进行了广泛的药效学研究,资料表明此类第1代FLT3抑制剂只在部分患者中能抑制他们的靶基因[8],虽然不是最终结论,但此研究表明至少在难治性和复发性AML患者中FLT3抑制剂单药治疗的疗效很有限。以AC220为代表的第2代FLT3抑制剂在体内良好的效能和靶向抑制性给FLT3抑制剂靶向治疗有FLT3基因突变的AML患者带来了新的希望,目前正在研制的第2代FLT3抑制剂有以下2种。

  311新药AC220的研究AC220是目前最新的FLT3抑制剂,该药是专门针对靶向治疗FLT3而特意设计研制的,在体外研究初级阶段显示它具有最强的选择性和抑制效能。更有价值的是AC220在一期临床实验中,大量的实验患者获得完全缓解(CR)。AC220单一给药量非常低且非常有效的完全抑制FLT3突变基因和野生型基因[12],而且给药后对FLT3的持续抑制时间大于一天,即其半衰期大于一天。AC220单药治疗有FLT3-ITD的AML患者的二期多中心临床试验正在进行,AC220联合化疗的临床试验正在筹划中。

  312新药Sorafenib的研究Sorafenib起初作为一种raf激酶抑制剂而研制,在实体瘤患者的临床研究中,对肾癌细胞和肝癌细胞有明显活性[13-14],其具体靶点不清楚,但其对血管内皮细胞生长因子的抑制作用明显。体内单一给药时Sorafenib对FLT3的抑制比CEP-701和米哚妥林更有效[15]。当Sorafenib被肝代谢为氮氧化物,该代谢产物对FLT3抑制效应比Sorafenib更强。Sorafenib在血浆中的半数致死量(IC50)是308nmol,其代谢产物IC50为21nmol[16],Sorafenib和其代谢产物混合在体内的IC50低于300nmol,并且该药在体内半衰期相对较长。有散在病列报道Sorafenib单药治疗FLT3-ITD的AML患者可诱导缓解[17-18],联合化疗机体能良好耐受但疗效不清楚。Sorafenib的随机实验研究正在计划中。

  32AML细胞FLT3突变对靶向抑制剂的耐药性虽然在部分FLT3-ITD突变的AML患者中单一用药量达一定水平能产生药效反应,但有许多FLT3-ITD突变的AML患者对FLT3抑制剂单一用药产生耐受。该观察结果提示AML干/祖细胞存在逃逸FLT3抑制剂效应的机制[19]。伊马替尼治疗慢性粒细胞白血病(CML)中的药物靶向干扰继发性酪氨酸激酶区域内点突变的机理是众所周知的[20]。用AML细胞做临床前实验表明FLT3活化环内的轻微分子结构改变会严重影响FLT3抑制剂的药效。在体外药物反应研究中,表达不同FLT3-TKD突变的细胞对药物反应有着本质的不同。Cools等阐述了一系列关于含有ATP袋蛋白突变的耐药性FLT3的体外实验结果,发现了4个不同位点的点突变。在可变量交叉反应中与其他抑制剂对比,这些突变表现出对PKC412不同程度的耐受。Heidel等[21]报道了关于继发性FLT3-TKD突变的收集资料,资料中患者起初对PKC412治疗有效,但在280天后产生耐药,研究发现这些患者均发生了Cools所阐述的4种点突变中其中一种突变,这在目前诊断中尚未发现过。该研究组对FLT3抑制剂耐受的白血病细胞与FLT3抑制剂长期持续共培养,发现绝大多数FLT3抑制剂耐受细胞转变成了非FLT3依赖性存活和繁殖,这是由于当FLT3受抑制时,耐药细胞活化了能够代偿FLT3信号通路的其他平行信号通路,从而产生了非FLT3依赖性的增殖和存活[22]。在耐药细胞中,FLT3自身亦可被抑制,但几条信号通路通常也被FLT3抑制剂抑制,包括PI3K/AKT和Ras/MEK/MAPK通路,其余通路仍保持活性。新发现在2列耐药细胞株存在活化NRAS突变,提示耐药可能是获得性的。另外AML是一种复杂的多基因病,同时抑制其他重要的酪氨酸激酶,支架蛋白,或相对广泛的细胞毒剂治疗可能更有治疗优势。

  33靶向治疗联合化疗治疗有FLT3突变的AML患者在此研究背景下,几个研究组已报道FLT3抑制剂联合化疗有协同效应[23]。CEP-701和SU11248联合化疗已进行了体外模拟研究,发现同时或化疗后给药CEP-701都与阿糖胞苷,柔红霉素,米托蒽醌,足叶乙甙在诱导细胞毒作用中有协同效应。SU11248与柔红霉素或阿糖胞苷同时给药,治疗表达FLT3-ITD突变的模拟细胞株或原始细胞也具有附加或协同细胞毒作用。MEK/MAPK通路在调控造血细胞分化和增殖中是一个重要的信号级联通路。MEK磷酸化受抑制会阻碍AML原始细胞分化,诱导其凋亡,抑制MWK/MAPK信号转导会严重损伤FLT3-ITD突变细胞的生长[24]。Radomska等[7]新近报道抑制该通路还能修复FLT3-ITD介导的分化受阻的细胞。这些发现表明MEK可能会是一个FLT3抑制剂联合化疗AML的优势靶点。氧化砷(ATO)在治疗难治和复发性APL患者显示了巨大的前景。最近报道ATO联合MEK抑制剂治疗APL和AML患者都非常有效。该研究组还报道ATO联合MEK抑制剂及ATO联合FLT3抑制剂治疗FLT3-ITD细胞有协同效应[25]。ATO联合FLT3抑制剂A 1296强烈抑制FLT3-ITD细胞生长和诱导其凋亡[25]。ATO优点在于药物毒副作用低,无骨髓抑制和脱发等副反应。因此联合ATO治疗方案在治疗APL和非APL的血液恶性肿瘤中均有优势[26]。研究已证实FLT3需要依赖性分子伴侣-热休克蛋白90(Hsp90)。使用Hsp90抑制剂如除莠霉素A,根赤壳菌素或17-AAG(17-allylamino-demethoxy geldanamycin)阻断分子伴侣Hsp90与FLT3的联合,导致FLT3多次泛素化和蛋白酶降解。Hsp90是由突变产生的错误折叠蛋白,很可能成为一个治疗靶点。因此白血病细胞中FLT3-ITD蛋白很可能是种非稳定蛋白,需要Hsp90分子伴侣作用。结果发现联合FLT3抑制剂和Hsp90抑制剂(17-AAG)治疗FLt3-ITD突变的AML患者疗效显著。趋化因子,间质衍生因子1α和他的同族受体型C-X-C趋化因子4型受体(CXCR4)在间质细胞交互作用中起关键介导作用。在NOD/SCID鼠模型中CXCR4关系到AML细胞在骨髓中的迁移,定位和移入。有趣的是FLT3-ITD突变的AML细胞中CXCR4表达量,明显高于野生型FLT3的AML细胞。靶向治疗CXCR4可能阻断AML细胞间交互作用,增加白血病干/祖细胞对化疗的敏感性和克服细胞粘连介导的耐药性。事实证明使用小分子抑制剂阻断CXCR4引起骨髓中白血病干细胞受抑制且与普通化疗有协同效应[27-29]。因此靶向治疗CXCR4,联合FLT3抑制剂可能选择性的根除FLT3-ITD细胞。联合治疗抗FLT3活性可能是AML治疗的下一个重大突破和进展。

  4结语

  AML分子诊断取得的可观进步以及对大量异常基因的认识,使我们认识到FLT3是AML发病机制中一关键的分子。在过去的研究中,FLT3通路的功能特征已经被充分阐述,并且已经研制出几种FLT3抑制剂。但是这些FLT3抑制剂的临床试验效能非常有限,因此需要更准确,深入的研究FLT3下游信号通路。这些研究结果对将来开发AML的有效治疗方法会非常有用。另外,有研究报道FLT3-ITD突变可以作为AML治疗后的微小残留病灶(MDR)监测的特异指标,也有文献指出FLT3-ITD是AML治疗后继发改变不能作为MDR监测指标。还有报道FLT3-ITD突变可用SiRNA干扰抑制,疗效显著。这些问题和结论都有待进一步的研究。

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