【前沿进展】AML治疗新希望：全面解析LSC异常信号传导途径

急性髓性白血病（acute myelogenous leukemia, AML）是一种高临床复发率的难治性髓系造血干/祖细胞恶性疾病，属于最常见但也最为致命的白血病类型之一。美国癌症协会（American Cancer Society, ACS）的统计数据表明，2020年美国共有约60,530例新发白血病病例和23,100例白血病死亡病例，其中AML新发病例约占19,940例，并约有11,180人死于 AML。白血病干细胞（Leukemia stem cells, LSCs）是一群具有自我更新能力和无限的替代潜力，并能产生异质性白血病细胞群体的白血病细胞，被发现与AML的复发有关。经研究，一些细胞信号通路在AML的存活、增殖及自我更新中起重要作用，并且在LSC中被异常激活或抑制，包括NF-κB、Wnt/β-catenin、Hedgehog、Notch、EGFR、JAK/STAT、PI3K/AKT/mTOR、TGF/SMAD和PPAR通路⁽¹⁾。因此，这些信号传导途径成为了AML治疗的研究热点，LSC相关信号通路抑制剂/激活剂被认为是一种潜在的新型抗AML疗法，通过消除LSC以指导急性髓性白血病的研究及临床治疗的优化。

核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）通常以二聚体形式存在转录因子，作为调节器参与多种信号通路传导途径以调节各种生物过程，包括免疫和炎症反应、细胞生长、存活和发育。在经典途径中，NF-κB通路可以被一系列促炎细胞因子受体（如TNFR, IL-1R, TLR）、抗原受体（如TCR, BCR）及生长因子（如EGFR家族成员）所激活，从而导致三聚体复合物NF-κB抑制蛋白激酶（IKK）磷酸化，促进NF-κB抑制蛋白（inhibitor of NF-κB, IκB）降解并释放所涉及的蛋白质易位至细胞核，最终激活目标途径中的基因。与对不同受体产生的信号作出反应的经典NF-κB信号通路不同，非经典通路由一组特定的受体激活，即TNF家族受体成员BAFFR（B Cell Activating Factor Receptor），包括CD40、LTβR、RANK、TNFR2、Fn14等。这些信号将激活NF-κB诱导激酶（NIK）使IKKα和IKKβ磷酸化，从而诱导p100被p52中的蛋白酶体泛素化和加工，最终导致RelB/p52易位到细胞核并激活靶基因^(2,3)。在许多类型的癌症中，发现了NF-κB 上调表达；大量数据表明 NF-κB 激活与支持肿瘤发展的炎症信号传导、抗凋亡基因的激活以及促有丝分裂蛋白表达的诱导之间存在正反馈关系；组成性激活允许白血病细胞逃避程序性细胞死亡机制，从而增加细胞增殖⁽¹⁾。

Figure 1. NF-κB signaling pathway

Wingless-Int(Wnt)信号通路在细胞发育、再生和体内平衡过程中参与组织复杂细胞行为，介导增殖、极性、分化、细胞运动和干细胞活性和细胞骨架重排，在胚胎发育和成人组织稳态的调节中起作用⁽⁷⁾。

Wnt/β-cantenin途径是Wnt途径中的一种。在该途径中Wnt信号传导主要通过Wnt配体（Wnt2、Wnt3、Wnt3a和Wnt8a）与Frizzled（Frz）家族受体及共同受体结合脂蛋白受体相关蛋白LRP-5/6的辅助。通路激活后，Dishevelled蛋白（Dvl）被募集到细胞膜，使GSK3b与Axin解离，导致GSK3b与β-cantenin解离，从而使得β-cantenin不会被磷酸化从而在细胞质中积累并转移到细胞核，作为T细胞因子/淋巴细胞增强子结合因子（TCF/LEF）靶基因的转录共激活剂，与核蛋白pygopus homologue（PYGO）和BCL9结合，形成TCF/LEF-β-cantenin-BCL9-PYGO核复合物，从而激活C-MYC、cyclin-D1及CD44等靶基因(8)。Wnt信号通常在的自我更新和增殖中的造血干细胞和祖细胞中表达。该途径对于造血干细胞的稳态至关重要；但该途径的功能失调信号与白血病干细胞的进化和维持以及许多其他类型的癌症有关⁽¹⁾。

Figure 2. Wnt/β-Catenin signaling pathway

Hedgehog（HH）信号通路是参与细胞生长、增殖和分化的主要途径之一，在组织稳态和胚胎发育及部分组织和器官的形成中起作用，并且与多种人类肿瘤的发展和癌症干细胞(CSC)的维持有关^(9,10)。

经典HH信号传导途径受靶细胞膜上两种受体Patched(Ptc)和Smoothened(Smo)的控制。Hedgehog作为配体与PTCH1结合并通过解除SMO抑制进而激活GLI和靶基因；而当Ptc发生突变或缺失时，HH信号则不依赖于SMO的GLI激活的机制^(11,12)。当HH信号异常活跃时，它会诱导过量蛋白质的合成和释放，最终导致肿瘤生长；另外HH 通路还会对造血功能造成显著影响，其失调支持血液肿瘤的发展。该信号通路的不规则激活可导致LSC的维持，促进细胞增殖和肿瘤化学抗性⁽¹⁾。

Figure 3. Hedgehog signaling pathway

Notch信号通路及其相关蛋白参与调节增殖、细胞分化和凋亡，对细胞发育和组织形成起重要作用。

与其他信号通路类似，Notch信号通路也分为经典与非经典激活路径：非经典途径独立于Notch受体起作用；而经典途径的则是通过delta家族（DLL1、DLL2、DLL3和DLL4）或jagged-4家族（JAG1/JAG2）的配体与Notch受体（Notch1、Notch2、Notch3和Notch4）互作激活信号通路⁽¹³⁾。在经典途径中，Notch配体诱导受体的蛋白水解，导致细胞内Notch结构域(NICD)的释放并转移到细胞核中，从而调控基因表达及转录的过程，进而调节各种细胞的命运。Notch信号通路在AML的LSCs细胞发育、增殖和化疗耐药中起关键作用。有研究发现，其配体JAG1和DLL-1在AML细胞系中显著表达⁽¹⁴⁾。

Figure 4. Notch signaling

表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor, EGFR）是一种存在于身体各种组织细胞表面的糖蛋白，负责调节上皮组织的发育和体内平衡。其激活诱导酪氨酸激酶受体磷酸化，允许PI3K/AKT/PTEN/mTOR和RAS/RAF/MEK/ERK通路的细胞内信号级联，参与控制细胞分化、增殖、迁移和存活，以及一些癌症细胞的凋亡。另外需要注意的是，EGFR能够与几种不同的细胞外配体结合，诱发一系列信号通路表达变化。而EGFR相关通路的异常激活增加酪氨酸激酶活性，并可能导致肿瘤的发展 ^(15-17)。

Figure 5. EGFR signaling

Janus激酶/信号转导和转录激活因子(The Janus kinase / signal transducer and activator of tran-ions, JAK/STAT) 通路由酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和STAT转录因子三部分组成，通过细胞因子和生长因子参与信号转导，参与调节正常的造血、免疫调节、生育、哺乳、生长、胚胎发生、细胞增殖、分化和凋亡等生物过程⁽¹⁸⁾。

JAK是一种非受体酪氨酸激酶。在哺乳动物中，JAK蛋白家族成员JAK1、JAK2和TYK2在组织中广泛表达；而JAK3主要在造血细胞、血管平滑肌细胞和内皮中表达^(1,19)。STAT在信号转导和转录激活中起关键作用，共有七种STAT蛋白（STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5b和STAT6）。其中STAT3与成人组织的多种缺陷有关，包括细胞生长和存活的改变、对病原体的免疫反应受损和癌细胞过度活；而STAT5b是生长激素信号的下游基因的重要转录因子^(1,18)。之前研究发现STAT5的表达是LSC的正常生长和扩散必备条件。此外STAT/STAT5信号通路在表达MN1和HOXA9的可自我更新的 AML LSC和MOZ-TIF2诱导的AML的生长有重要作用。进一步研究中，科学家评估了AML患者中LSC信号反应，并得出结论认为STAT5通路的组成性激活与不良预后结果有关^(1,20)。

Figure 6. JAK/STAT signaling

转化生长因子(transforming growth factor, TGF)是蛋白质激素家族的重要成员，无论靶细胞锚定如何，TGF都能诱导生长，并且可以在胚胎发育、伤口愈合和组织修复中发挥作用。TGFs可以细分为α型和β型两个亚组，其中β型参与调节基本的细胞过程，例如胚胎干细胞自我更新、原肠（胚）形成、细胞增殖、分化、死亡、细胞骨架组织、粘附、迁移和组织稳态。异常的TGF-β信号传导与自身免疫性疾病、心血管疾病和纤维化疾病以及癌症有关⁽²¹⁾。

SMAD蛋白可分为三个亚家族：受体调节型SMAD(R-SMADs)、SMAD介导子(Co-SMAD)和SMAD抑制剂(I-SMADs)，主要参与TGF-β信号的转导：R-SMADs被I型受体磷酸化，进而与Co-SMAD形成异聚复合物并转移至核内，启动下游基因表达以调节靶基因的表达细胞增殖、分化和死亡；I-SMADs（包括SMAD6和SMAD7）由TGF-β家族成员诱导并与R-SMADs竞争，在TGF通路中起负向调节作用，抑制TGF信号传导⁽²²⁾。TGF-β信号蛋白通过激活细胞内SMAD蛋白的细胞表面丝氨酸/苏氨酸激酶受体来发出信号⁽²²⁾。

目前研究进展证实TGF/SMAD信号传导参与多种类型癌症干细胞(CSC)增殖。TGF-β/SMAD/FOXO通路对维持慢性粒细胞白血病中白血病起始细胞(LIC)的干细胞样特性起重要作用；另一方面，TGF-β诱导的SMAD信号传导减少了人类AML的发生和进展。有研究表明SMAD4是HSC转化为LSC的负调节因子；因此，需要进一步研究TGF/SMAD信号传导对维持AML LSC的影响，以验证其作为能够消除LSC的抗AML治疗的新治疗靶点^(1,23)。

Figure 7. TGF/SMAD signaling

参考文献