粒細胞集落刺激因子受體突變和髓系腫瘤發生

邢　藝，趙明峰

天津醫科大學一中心臨床學院　天津市第一中心醫院血液科，天津 300192

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·綜述·

粒細胞集落刺激因子受體突變和髓系腫瘤發生

邢藝，趙明峰

天津醫科大學一中心臨床學院天津市第一中心醫院血液科，天津 300192

摘要：粒細胞集落刺激因子(G-CSF)主要作用于中性粒細胞系造血細胞的增殖、分化和活化，其功能發揮有賴于與效應細胞表面同型二聚體受體——粒細胞集落刺激因子3受體(CSF3R)的結合。近年研究發現，CSF3R突變對疾病的發生可發揮重要作用，部分血液系統疾病，尤其是髓系腫瘤，如慢性中性粒細胞白血病等存在各種CSF3R突變，導致G-CSF轉導通路發生異常，而抑制其下游通路的激酶可作為治療上述疾病的潛在靶點。本文總結了各種CSF3R突變、作用機制及其對髓系腫瘤發生的貢獻，旨在進一步探討髓系疾病的發生機制，為其分子診斷和臨床治療提供新的方法，并為研發新型分子靶向藥物提供思路。

關鍵詞：粒細胞集落刺激因子受體；突變；髓系腫瘤；發病機制

ActaAcadMedSin，2016,38(1)：103-107

粒細胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor，G-CSF)是由內毒素、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)活化單核細胞和巨噬細胞產生的一種糖基化多肽鏈細胞生長因子，主要作用于中性粒細胞系造血細胞的增殖、分化和活化。G-CSF功能的發揮有賴于與效應細胞表面的同型二聚體受體粒細胞集落刺激因子3受體(colony-stimulating factor 3 receptor，CSF3R)的結合。近年研究表明，CSF3R的一些突變與髓系疾病的發生有關系，而G-CSF信號轉導通路中一些分子抑制劑可能會對疾病治療發揮一定作用，但其確切療效尚需進一步研究。

CSF3R

CSF3R基因定位于1p34.3，是與G-CSF結合的跨模型受體，為Ⅰ型細胞因子受體超級家族成員，在粒細胞的增殖和分化中發揮重要作用[1]。CSF3R是一種高親和力受體，分布于粒系定向造血祖細胞，中性粒細胞，內皮細胞，髓系白血病細胞，部分幼稚淋巴細胞，血小板，T、B淋巴細胞及某些非造血細胞。CSF3R由813個氨基酸組成的單一跨膜區的多肽鏈分子組成，包括胞外區、跨膜區及胞漿內區，其胞漿內區與細胞增殖有關，胞外區與細胞分化或者增殖調控有關。

信號轉導G-CSF本身沒有內在酪氨酸激酶活性，但是當G-CSF與CSF3R結合后，G-CSF的構象就會發生變化，受體鏈寡聚化引起胞漿區4個酪氨酸殘基迅速磷酸化，刺激下游多個酪氨酸激酶與其胞質區結合[2]。一般認為Janus激酶(Janus kinase，JAK)-信號傳導及轉錄激活因子(signal transducers and activators of transcription，STAT)途徑是G-CSF信號傳遞的主要途徑。當G-CSF與CSF3R結合后，JAK家族蛋白的酪氨酸發生磷酸化，活化的JAK能夠使CSF3R胞內段的酪氨酸殘基磷酸化，繼而這些磷酸化的酪氨酸位點與周圍的氨基酸序列形成“停泊位點”(docking site)，STAT家族蛋白被招募到“停泊位點”，JAK催化STAT蛋白發生磷酸化后進入細胞核，與目的基因的啟動區結合，啟動效應蛋白的表達。JAK/STAT通路包括JAK1、JAK2、TYK2、STAT1、STAT3和STAT5。此外，還包括其他途徑，如磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B(phosphatidyl inositol 3 kinase-protein kinase B，PI3K-PKB)途徑[3]和小鼠肉瘤蛋白-絲裂原活化蛋白激酶(rat sarcoma-mitogen-activated protein kinase，RAS-MAPK)途徑[4]，二者參與了G-CSF介導的細胞維持和增殖作用。G-CSF的信號通路受多個分子的嚴格調控，其中包括細胞因子信號轉導抑制因子(suppressor of cytokine signaling，SOCS)家族的成員，特別是SOCS3和SH2區域蛋白(cytokine inducible SH2-containing protein，CISH)，還有酪氨酸磷酸化酶(SH2-containing inositol phosphatase，SHP)- 1和SHP- 2[2]。

CSF3R突變正常情況下，CSF3R與G-CSF結合，促進髓系前體細胞的生長和維持，使髓細胞最終分化成粒細胞。CSF3/CSF3R通路可通過激活LYN酪氨酸激酶影響下游的JAK/STAT信號通路和類固體受體輔激活因子(steroid receptor coactivator，SRC)家族?；蚓幋a的CSF3R有多種突變，目前已知CSF3R 的突變至少涉及18 種以上，不同的突變模式與不同疾病的發生相關[5]。CSF3R突變一般可分為兩種：(1)無義或者框移突變，可使受體的胞質尾過早截短，又稱為截短型突變，如Q741X和S783fs；(2)受體胞外區的點突變，近跨膜區突變，如T615A和T618I突變[6]。此外，Liongue等[2]將與髓系惡性腫瘤有關的CSF3R突變分為致殘細胞外突變、活化跨膜突變、高反應性細胞內阻斷、剪切變異體缺陷、致病的單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism，SNP)5類。

人們發現CSF3R 的突變與許多疾病相關，絕大部分與髓系系統疾病相關，最常見的是嚴重先天性中性粒細胞減少癥(severe congenital neutropenia，SCN)[7]，此外還有急性髓細胞白血病(acute myeloid leukemia，AML)、慢性中性粒細胞白血病(chronic neutrophilic leukemia，CNL)、非典型慢性髓細胞白血病(atypical chronic myeloid leukemia，aCML)、慢性粒單核細胞白血病(chronic myelomonocytic leukemia，CMML)和骨髓增生異常綜合征(myelodysplastic syndromes，MDS) 等。

CSF3R突變與髓系腫瘤

CSF3R突變與SCN和AMLSCN是一個具有成分混雜的造血功能紊亂狀態，以中性粒細胞嚴重缺乏(中性粒細胞絕對計數低于0.5×109/L)和髓系祖細胞在早幼粒細胞階段成熟停滯為特征，有向MDS和AML演變的傾向。與SCN 相關的CSF3R 基因突變分為獲得性突變和體質性突變2 類，前者使CSF3R對G-CSF敏感性增高(CSF3Rhyper)，患者易進展為MDS/AML；后者使CSF3R對G-CSF敏感性降低(CSF3Rhypo)，患者對常規G-CSF 治療無反應[8]。

在SCN患者中，最常見的突變是谷氨酰胺富足的延伸區錯義突變，其會導致CSF3R羧基末端發生截短型突變[9]，此區是G-CSF發揮誘導作用的關鍵子域，突變會導致髓系細胞增殖作用增強，成熟和凋亡減弱。伴有CSF3R突變的SCN患者似乎更傾向于發展為MDS/AML。Dong等[10]從2例由SCN進展為AML的患者體內分離出基因組DNA和RNA，結果發現1例AML患者CSF3R基因上有1個G→A的突變，閱讀框架發生改變，其C-末端也發生變化，使AML細胞SD變異體的表達明顯增加，突變了的CSF3R不能傳導粒細胞成熟的信號，只能傳導增殖信號。一旦進展為MDS/AML，超過80%的患者體內CSF3R突變的克隆會明顯增多，故推測CSF3R的突變可能參與了SCN的發病及演變成AML的進程。

CSF3R突變的SCN患者繼續用重組人粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(recombinant human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，rhGM-CSF)治療的療效及是否會易惡變成MDS/AML的不良反應目前尚不確定，但Donadieu等[11]研究則顯示，隨著G-CSF治療劑量的增加，SCN轉變成AML的危險性也會增加。

CSF3R突變與CNL和aCMLCNL是一種罕見的骨髓增殖性腫瘤(myeloproliferative neoplasm，MPN)，表現為中性粒細胞增多和脾大，見于文獻報道的病例不足200例。CNL病程較緩慢，程度較輕，診斷較復雜，易與其他類型的白血病和類白血病反應相混淆，由于缺乏特異性分子診斷，WHO的CNL診斷標準(2008)主要還是排除性診斷。aCML是一種發生于造血干細胞的血液系統惡性克隆增生疾病，CML患者中BCR-ABL1陰性與陽性的比值約為1～2∶100[12]。Maxson等[6]對9例CNL和18例aCML患者1862個候選基因的已知參與癌癥信號傳導的區域進行基因深度測序，結果發現，27例患者中，88.9%(8/9)的CNL和44.4%(8/18)的aCML患者富含CSF3R突變。隨后，他們又檢測了其他血液系統疾病，僅在92例AML患者中發現1例CSF3R突變，而8例T細胞ALL和41例B細ALL患者中均未檢測到突變。由此推測CSF3R的致癌性突變是CNL和aCML的決定性分子異常。上述突變分別存在于CSF3R基因的不同區域，并通過SRC 家族-TNK2 或JAK激酶以及對激酶抑制劑的不同敏感性來激活下游激酶通路。Gotlib等[13]研究表明，8/9(89%) 的CNL 和8/20(40%) 的aCML 患者被檢測出CSF3R 突變基因。Pardanani等[14]檢測了臨床診斷的35 例CNL、19 例aCML、94 例CMML和76 例原發性骨髓纖維化(primary myelofibrosis，PMF)患者的CSF3R 突變基因，結果顯示其中13 例(12 例WHO 診斷標準的CNL 和1 例未定性CNL)患者中存在14處CSF3R 突變，而所有單克隆丙種球蛋白血癥(monoclonal gammopathy，MG) 相關的CNL、aCML、CMML 和PMF 均為陰性結果。CSF3R 突變在CNL 中的陽性率為100%，其中以CSF3R T618I 最為常見。這些結果表明，CSF3R T618I 基因是CNL 的一個高度特異和敏感的分子標志。故Tefferi等[15]建議將CSF3R T618I或其他近跨膜區的突變納入到CNL的診斷標準中。研究顯示，CSF3R突變與否不影響CNL的生存率和生存期限，但與SETBP1突變同時出現時，其生存率會有縮短的趨勢[16- 17]。

CSF3R突變與CMMLCMML兼有骨髓發育異常和骨髓增殖的特點，WHO造血和淋巴細胞腫瘤分類將CMML歸屬于一個新的獨立病種——MDS/MPN性疾病，發病率低。Kosmider等[18]研究發現，CSF3R突變也可見于4%的CMML患者，其在ASXL1突變的情況下會優先出現，是導致疾病預后不良的一個因素。與CMML有關的CSF3R突變不會影響胞質區其他熱點的突變，如不會影響SCN中受體信號轉導的突變，而且其與AML、多數CNL中發現的激活突變也不相同，在研究中并未發現外顯子14上的T618I錯義突變，檢測到的突變為外顯子17上的G683R、E935K、M696T突變。

CSF3R突變與其他髓系疾病MDS是起源于造血干細胞的一組異質性髓系克隆性疾病，特點是髓系細胞分化及發育異常，表現為無效造血、難治性血細胞減少、造血功能衰竭，高風險向AML轉化。多數研究表明，人類CSF3R表達水平或結構異?？蓞⑴cMDS的發病. Wolfler等[16]研究發現，人群中有不到6%的人CSF3R 785位賴氨酸代替纈氨酸，會使其個人得高風險MDS的概率增高。CSF3R突變的SCN有轉化為MDS的傾向。對于沒有SCN病史的原發性MDS患者，文獻中至今并未有CSF3R突變的報道。

CSF3R突變是否參與原發性AML的發生目前尚存在爭議。有研究表明，繼發于SCN的AML患者中CSF3R的突變率高于原發性AML患者。Germeshausen等[17]則未從原發的AML患者體內檢測到CSF3R基因的突變。這與Link等[19]研究結果相同，提示原發的AML和繼發于SCN的AML的發病機制可能不太相同，為臨床上不同治療提供思路。

靶向治療CSF3R突變通路的藥物——SRC激酶抑制劑和JAK抑制劑

CSF3R近跨膜區突變會引起JAK/STAT信號通路的異常激活，因此JAK/STAT信號通路上的靶向分子抑制劑可能會對臨床髓系疾病有效。有報道采用JAK1/2抑制劑魯索替尼對1例伴有CSF3R T618I突變的CNL患者[6]和小鼠模型[20]進行治療，結果顯示患者白細胞和中性粒細胞絕對計數顯著下降，血小板數量升高，小鼠的狀況也有所改善。對1例伴有CSF3R T618I突變陽性的aCML患者的治療顯示，魯索替尼的應用提高了血紅蛋白、平均紅細胞體積和血小板水平，脾大的狀況也有所改善[21]。此外有報道顯示，1例攜帶CSF3R S783fs突變的CNL患者對SRC激酶抑制劑達沙替尼敏感，但是對JAK1/2抑制劑無反應。有研究人員推測，CSF3截短型突變可能對SRC激酶的抑制劑(如達沙替尼)敏感，CSF3R近跨膜區突變可被JAK抑制劑(如魯索替尼)抑制。目前SRC激酶抑制劑和JAK抑制劑應用于臨床的時間不長，其遠期療效及安全性尚缺少有說服力的臨床研究資料。

參考文獻

[1]Hong WJ，Gotlib J. Hereditary erythrocytosis，thrombocytosis and neutrophilia[J]. Best Pract Res Clin Haematol，2014，27(2)：95- 106.

[2]Liongue C，Ward AC. Granulocyte colony-stimulating factor receptor mutations in myeloid malignancy[J]. Front Oncol，2014，4：93.

[3]Zhu QS，Xia L，Mills GB，et al. G-CSF induced reactive oxygen species involves Lyn-PI3-kinase-Akt and contributes to myeloid cell growth[J]. Blood，2006，107(5)：1847- 1856.

[4]Rausch O，Marshall CJ. Cooperation of p38 and extracellular signal-regulated kinase mitogen-activated pathways during granulocyte colony stimulating factor-induced hemopoietic cell proliferation[J]. J Biol Chem，1999，274(7)：4096- 4105.

[5]吳學賓. 慢性中性粒細胞白血病[J].首都醫科大學學報，2014，35(5)：577- 580.

[6]Maxson JE，Gotlib J，Pollyea DA，et al. Oncogenic CSF3R mutations in chronic neutrophilic leukemia and atypical CML[J]. N Engl J Med，2013，368(19)：1781- 1790.

[7]Beekman R，Touw IP. G-CSF and its receptor in myeloid malignancy[J]. Blood，2010，115(25)：5131- 5136.

[8]吳南海.重型先天性中性粒細胞減少癥研究現狀[J].中國小兒血液與腫瘤雜志，2014，19(4)：220- 223.

[9]Dale D，Link D. The many causes of severe congenital neutropenia[J]. N Engl J Med，2009，360(1)：3- 5.

[10]Dong F，Brynes RK，Tidow N，et al. Mutations in the gene for the granulocyte colony-stimulating-factor receptor in patients with acute myeloid leukemia preceded by severe congenital neutropenia[J]. N Engl J Med，1995，333(8)：487- 493.

[11]Donadieu J，Leblanc T，Bader Meunier B，et al. Analysis of risk factors for myelodysplasias，leukemias and death from infection among patients with congenital neutropenia. Experience of the French Severe Chronic Neutropenia Study Group[J]. Haematologica，2005，90(1)：45- 53.

[12]Breccia M，Biondo F，Latagliata R，et al. Identification of risk factors in atypical chronic myeloid leukemia[J]. Haematologica，2006，91(11)：1566- 1568.

[13]Gotlib J，Maxson JE，George TI，et al. The new genetics of chronic neutrophilic leukemia and atypical CML：implications for diagnosis and treatment[J].Blood，2013，122(10)：1707- 1711.

[14]Pardanani A，Lasho TL，Laborde RR，et al. CSF3R T618I is a highly prevalent and specific mutation in chronic neutrophilic leukemia[J]. Leukemia，2013，27(9)：1870- 1873.

[15]Tefferi A，Thiele J，Vannucchi AM，et al. An overview on CALR and CSF3R mutation and a proposal for revision of WHO diagnostic criteria for myeloproliferative neoplasms[J]. Leukemia，2014，28(7)：1407- 1413.

[16]Wolfler A，Erkeland SJ，Bodner C，et al. A functional single-nucleotide polymorphism of the G-CSF receptor gene predisposes individuals to high-risk myelodysplastic syndrome[J]. Blood，2005，105(9)：3731- 3736.

[17]Germeshausen M，Ballmaier M，Welte K. Incidence of CSF3R mutations in severe congenital neutropenia and relevance for leukemogenesis：results of a long-term survey[J]. Blood，2007，109(1)：93- 99.

[18]Kosmider O，Itzykson R，Chesnais V，et al. Mutation of the colony-stimulating factor- 3 receptor gene is a rare event with poor prognosis in chronic myelomonocytic leukemia[J]. Leukemia，2013，27(9)：1946- 1949.

[19]Link DC，Kunter G，Kasai Y，et al. Distinct patterns of mutations occurring in de novo AML versus AML arising in the setting of severe congenital neutropenia[J]. Blood，2007，110(5)：1648- 1655.

[20]Fleischman AG，Maxson JE，Luty SB，et al. The CSF3R T618I mutation causes a lethal neutrophilic neoplasia in mice that is responsive to therapeutic JAK inhibition[J]. Blood，2013，122(22)：3628- 3631.

[21]Dao KH，Solti MB，Maxson JE，et al. Significant clinical response to JAK1/2 inhibition in a patient with CSF3R-T618I-positive atypical chronic myeloid leukemia[J]. Leuk Res Rep，2014，3(2)：67- 69.

Colony Stimulating Factor 3 Mutations and Myeloid Malignancies

XING Yi，ZHAO Ming-feng

Department of Hematology，Tianjin First Central Hospital，the First Central Clinical College of Tianjin Medical University，Tianjin 300192，China Corresponding author：ZHAO Ming-fengTel：022- 23626946，E-mail：zmfzmf@hotmail.com

ABSTRACT：Granulocyte colony stimulating factor (G-CSF) plays a major role in the proliferation，differentiation，and activation of neutrophil cell line hematopoietic cells. G-CSF exert the function depending on its binding to colony-stimulating factor 3 receptor (CSF3R)，a homo-dimer receptor located on the surface of effector cells. Some recent studies have demonstrated that CSF3R mutations play a significant role in many diseases. Some of the hematopoietic diseases，especially myeloid malignancies (e.g. chronic neutrophilic leukemia) are related to the presence of various CSF3R mutations，which leads to abnormal G-CSF signal pathways. Also，the downstream kinases can be the treatment targets for these diseases. This review summarizes CSF3R mutations，mechanisms of mutations，and their contributions to the myeloid malignancies，with an attempt to further reveal the pathogenesis of myeloid malignancies，inform the diagnosis and clinical treatment of the myeloid malignancies，and provide clues for the research and development of new molecular target drugs.

Key words：colony-stimulating factor 3 receptor；mutation；myeloid malignancy；pathogenesis

(收稿日期：2015- 04- 21)

DOI：10.3881/j.issn.1000- 503X.2016.01.019

中圖分類號:R551.3

文獻標志碼:A

文章編號：1000- 503X(2016)01- 0103- 05

通信作者：趙明峰電話：022- 23626946，電子郵件：zmfzmf@hotmail.com

基金項目：國家自然科學基金(81041043)、天津市自然科學基金(BJCYBJC23400)和天津市衛生行業重點攻關項目(13KG106)Supported by the National Natural Sciences Foundation of China(81041043)，the Natural Science Foundation of Tianjin(13JCYBJC23400)，and the Health Industry Key Project of Tianjin(13KG106)