儿童急性淋巴细胞白血病的生物学特征

张晓晓综述，于洁审校

（重庆医科大学附属儿童医院血液肿瘤科，重庆400014）

儿童急性淋巴细胞白血病的生物学特征

张晓晓综述，于洁△审校

（重庆医科大学附属儿童医院血液肿瘤科，重庆400014）

前体细胞淋巴母细胞白血病淋巴瘤；分子生物学；儿童；综述

儿童急性淋巴细胞白血病（acute lymphoblastic leukemia，ALL）占儿童急性白血病的75%～80%。根据淋巴细胞类型，ALL可分为急性B淋巴细胞白血病（BALL）和急性T细胞白血病（T-ALL），其中B-ALL占85%，T-ALL占15%。B-ALL的预后较T-ALL相对好。在目前规范、先进的治疗方案下，缓解率可达到90%以上，5年无事件生存率（event flee survival，EFS）已超过80%。近年来，随着诊疗技术的发展使ALL患儿的生存率显著提升，但是与疾病进展、复发和药物毒性反应相关的死亡率仍较高，目前有10%～15%的ALL患儿死于疾病本身和治疗相关的并发症。

儿童ALL是一种具有多种生物学特性的疾病，是由一系列细胞和遗传学改变所引起。对ALL生物学特性的认识有助于其治疗效果、预后和生存质量更进一步的提高。随着细胞和分子遗传学技术的不断发展，染色体异常检出率越来越多，相关基因的发现也逐渐深入，儿童ALL染色体中隐含的亚显微基因增加或缺失逐渐被发现；许多新的ALL相关的遗传学改变通过全基因表达谱分析、全基因组测序、DNA拷贝数变异（CAN）、单核苷酸多态性（SNP）和表观遗传学研究逐渐被认识，ALL的发病机制也日渐清晰，目前已经成为影响诊断、治疗和预后的重要因素，并有助于学者寻找新的分子靶向治疗靶点。本文简要综述儿童ALL的生物学特征。

1　B-ALL

1.1细胞及分子遗传学异常

1.1.1细胞遗传学异常在过去30年，近90%的ALL被检测出有染色体的改变。儿童ALL常见的细胞遗传学异常包括：（1）染色体数量改变，超二倍体（染色体数量大于46）和亚二倍体（染色体数量小于46）；（2）染色体结构改变，4种常见染色体易位及其形成的融合基因有t（12；21）（p13；q22）/TEL-AML1（ETV6-RUNX1）、t（1；19）（q23；p13）/E2A-PBX1（TCF3-PBX1）、t（9；22）（q34；q11.2）/BCR-ABL1及MLL基因重排。

有ETV6-RUNX1（占20%～26%）和超二倍体（占25%～30%）的ALL亚型预后较好，总生存率（overall survival，OS）达90%以上。t（1；19）可见于5%～6%的儿童ALL，既往被认为预后不良，但近年来由于化疗强度增大，其预后已有改观。融合基因1（BCR-ABL1）阳性ALL约占儿童ALL的2%～6%，既往其易复发、缓解期短、预后极差，属于难治性ALL，但随着酪氨酸激酶抑制剂（TKI）如伊马替尼的使用，其完全缓解（CR）率超过90%，治愈率在过去10年得到很大提升（从35%提升到70%）［1］。MLL基因重排在儿童发生率约是成人的4倍，6个月内婴儿发生率最高，接近90%，随着年龄增大，发病率逐渐下降，6～12个月婴儿及儿童发生率分别为30%～50%及8%左右；其中以t（4；11）（q21；q23）最常见，形成MLL/AF4融合基因，其泼尼松治疗反应不良，且易复发、预后极差。亚二倍体在儿童ALL中的发病率为1%～7%，预后较差，且染色体越少，预后越差。

1.1.2分子遗传学异常细胞遗传学异常在诱发白血病的发生中起关键作用，同时也直接影响ALL的治疗和预后。然而，细胞遗传学异常并不能代表ALL发生、发展的全部，实验模型证实，基因协作突变是诱发ALL的必要条件。高分辨全基因组分析方法的出现，使作者能够检测出更多新的分子遗传学异常，指导ALL的分型、治疗，有助于提高预后。

SNP芯片研究发现，平均6.4个CAN可从每例ALL患儿中被鉴别出，相关基因包括肿瘤抑制基因、凋亡相关基因、细胞周期调控基因、淋巴细胞分化调节基因、信号肽、小分子RNA和药物反应性相关基因等［2］。近年来，基因组分析及SNP等相关研究发现，40%的B-ALL存在基因异常，其中最常见的调控B淋巴细胞发展的基因是PAX5，此外还有IKZF1及EBF1。研究显示，伴PAX5基因缺失较不伴PAX5基因缺失的儿童ALL，其在治疗第8天及第29天微小残留病（MRD）水平较低［3］，提示PAX5基因缺失可能与预后相关。IKZF1基因是淋巴细胞形成过程中必需的转录因子，IKZF1基因缺失的发生率为28.6%，存在于80.0%的BCR/ABL阳性ALL患者，与ALL复发、死亡及第二肿瘤发生等不良预后密切相关。

1.2高危B-ALL

1.2.1BCR-ABL样ALLIKZF1基因缺失是BCR-ABL1阳性ALL的特殊标记，但是，在BCR-ABLl阴性、无Ph染色体及BCR-ABL1融合基因的高危ALL亚型中也发现了IKZF1基因缺失，其与BCR-ABL1阳性ALL有相似的基因表达谱，称之为BCR-ABL1样ALL。BCR-ABL样ALL在儿童的发病率为10%，在年长儿可达30%。Vitanza等［4］发现，IKZF1基因缺失与如PAX5、CRLF2等其他基因发生协同作用可能是导致BCR/ABL阴性B-ALL患儿发生耐药的原因。此外，在高危BCR-ABL1阴性ALL中大约10%检测出JAK基因突变，其与IKZF1基因改变和CDKN2A/B基因缺失有一定相关性［5］。也有研究表明，CRLF改变与JAK1或JAK2的活性突变相关，且可发生协同作用，共同引发JAK-STAT通路激活，促进ALL的发生［6］。这使酪氨酸激酶抑制剂治疗这一高危ALL成为可能。

1.2.2ALL伴21号染色体内部扩增（iAMP21）iAMP21可见于2%的儿童ALL，其具有21号染色体的不稳定性，被视为细胞遗传学的高风险，是新近发现的具有预后指导意义的遗传学改变。通过荧光原位杂交技术方法发现，其最常见的扩增区域包含RUNX1基因。iAMP21最常见于7～13岁儿童，具有初诊低白细胞计数、高复发率、低生存率的特点，需要进行高强度化疗［7］。

1.2.3与唐氏综合征（Down′s syndrome，DS）伴发的ALL21号染色体三体是DS的遗传学基础。DS儿童的ALL患病风险是正常儿童的10～20倍。目前，这条多出的21号染色体在ALL发生机制中的具体角色尚不清楚。DS-ALL在T-ALL中发生率低，常发生如ETV6-RUNX1等染色体易位。DS-ALL由于易复发且治疗相关死亡率高而预后不良［8］。有研究发现，DS-ALL患者中CRLF2基因过度表达可高达50%～60%［9］，提示其与DS患儿的ALL形成密切相关。CRLF基因与JAK基因的突变协同作用导致JAK-STAT通路激活，这使JAK酪氨酸激酶抑制剂成为DS-ALL的潜在治疗靶点。

2　T-ALL

2.1细胞及分子遗传学异常

2.1.1细胞遗传学异常儿童T-ALL存在多种染色体易位，从而形成了T细胞受体（TCR）基因与编码转录因子基因的融合，进而导致转录因子在白血病细胞内的畸形表达。目前已确定了约40%涉及TCR的T-ALL染色体易位，例如t（10；14）（q24；q11）可导致TLX1（HOX11）过表达，常预后较好，其在儿童T-ALL中发生率为7%；而t（5；14）（q35；q32）在T-ALL发生率为13%，其引起的TLX3（HOX11L2）过表达系高危因素，预后较差。t（1；14）（p32；q11）或t（1；7）（p32；q35）可导致TAL/LMO亚型中TAL1的激活，预后良好。此外，有5%～10%的TALL患儿存在MLL基因重排。

2.1.2分子遗传学异常以基因表达谱为基础的TALL可分为4种主要遗传学亚型：TLX3、LYL1+LM02、TALl+LM01/LM02、TLX1。超过50%的T-ALL存在NOTCH1基因突变，其是T-ALL中常见的体细胞突变［10］。FBXW7基因突变见于8%～10%的T-ALL患儿，其与NOTCH1基因突变伴生提示预后良好［10］。SIL-TAL1融合基因见于3%的T-ALL，可导致TAL1基因过表达，从而使T细胞过度增殖发育进而导致白血病发生。NUP214-ABL1融合基因发生率约为6%，可引起酪氨酸激酶活性异常，对酪氨酸激酶抑制剂治疗有效。30%～70%的T-ALL患者存在CDKN2A/2B抑癌基因丢失，可导致白血病发生。

2.2早期前体T细胞ALL（early T-cell precursors ALL，ETP-ALL）ETP-ALL是T-ALL中预后极差的独立生物学因素，发病率约为13%，是一种极高危T-ALL亚型。ETP-ALL细胞是一组仍然保留有干细胞样特征的不成熟胸腺细胞。一项全基因组测序研究发现，ETP-ALL患者存在细胞因子受体、RAS信号基因、造血相关基因、组蛋白修饰基因的高频突变，同时也发现了一些新的如DNM2、ECT2L和RELN的复发突变［11］。ETP-ALL对常规泼尼松、长春新碱及门冬酰胺酶疗效欠佳。研究发现ETPALL存在糖皮质激素耐药，ETP-ALL诱导治疗第1疗程后MRD检出率、诱导缓解失败率及血液学复发率均显著高于典型T-ALL；且ETP-ALL相较于MRD而言，对预后不良有更强的预示作用［12］。因此，早期识别ETP和及早调整治疗方案，对提高疗效至关重要。

3　ALL的表观遗传学

细胞和分子遗传学进展为ALL的诊治和预后做出了巨大贡献。但是，伴随着表观遗传学的发展和应用，越来越多的研究者开始意识到肿瘤的形成不单单依赖于遗传物质的改变，在很多情况下，表观遗传学修饰在肿瘤的发生、发展和恶化中均是必需的。表观遗传学包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化等。其中DNA甲基化是最主要的分子机制。DNA甲基化与基因表达谱密切相关，不同的DNA甲基化使ALL的不同亚型各具特色［13］。一些发生在ALL促凋亡基因或细胞周期调控基因的启动区超甲基化，可能与预后不良相关。复发患者启动子甲基化的增强证实表观遗传可以影响ALL的药物耐药性的形成。组蛋白修饰的基因突变在T-ALL中更常见［14］。不同的MLL融合蛋白对染色质结构的特色调控是通过组蛋白修饰实现的，这说明伴MLL重排的ALL是表观遗传的恶性肿瘤。表观遗传学和基因结构改变之间的相互影响及表观遗传治疗（如组蛋白去乙酰化酶抑制剂和DNA甲基转移酶抑制剂）的发展为干预治疗提供了契机。

4　ALL复发的生物学特性

通过对同一病例初诊和复发样本的研究［15］，使复发克隆进化理论及与药物耐药和靶向治疗相关的通路得到更充分的认识。在该研究中，尽管90%的病例呈现出不同的CNA，但86%的复发样本与初诊样本存在克隆相关性，复发克隆常常在初诊时已经存在，提示它们通过治疗“选择”而呈现出来。在一些病例中，复发样本和初诊样本存在相同或相反的遗传学改变，而后者很可能标志着第二肿瘤的发生。同时发现许多复发病例优势克隆的出现与如CDKN2A/B、IKZF1等耐药基因的出现相关。在近期的研究中发现，约20%的复发ALL存在NT5C2基因突变［16］。NT5C2基因编码与核苷酸及核苷酸类似药物代谢有关的酶，促进核苷酸类似物如巯嘌呤和硫鸟嘌呤的失活。巯嘌呤和甲氨蝶呤作为ALL维持治疗中的主要药物，NT5C2基因突变会导致药物耐药和早期复发。此外，复发ALL中存在CREBBP基因（削弱组蛋白乙酰化作用和对CREBBP靶基因的转录调控）突变、MSH6基因的片段性缺失和糖皮质激素受体NR3C1的缺失。这些与复发相关的克隆选择或克隆进化，导致耐药的发生和预后不良，今后也可能成为ALL的治疗靶点。

5　ALL的遗传易感性

除DS和少数DNA修复机制缺失（如共济失调毛细血管扩张症和布鲁姆综合征）外，ALL的遗传易感性很少被得知。在常见的有肿瘤易感性的疾病如李-佛美尼综合征（由TP53遗传基因突变引起）中恶性血液病的发生率为4%，其中约一半是ALL。一项关于ALL亚二倍体全基因组和全外显子测序的研究揭示，91%的低亚二倍体ALL患儿（32～39个染色体）存在TP53突变［17］。在43%的这部分患者中，TP53基因突变也存在于非肿瘤细胞的DNA中，这暗示李-佛美尼综合征和低亚二倍体ALL之间存在一种尚未明确的联系，这对遗传咨询有一定影响。最近，家系的全外显子测序发现一种新的家族性白血病综合征，其PAX5基因发生遗传性突变［18］。PAX5基因是一种转录因子，其对维持B细胞的功能和特性具有重要意义。

目前，全基因组关联研究（GWAS）发现，ARID5B、IKZF1、CEBPE、CDKN2A和PIP4K2A-BMI1基因存在多态性，这些基因在ALL中占主导地位。不同种族患者的基因突变发生率存在极大差异，可能导致ALL发病率的种族差异。每一个变异型在ALL的发生上均占有一定比例（优势比为1.5∶1～2∶1），但又独立地、累积地促成ALL的遗传易感性［19］。在ALL患者中，CDKN2A和IKZF1也是体细胞突变的靶点，揭示遗传和体细胞突变在ALL的发病机制上有协同作用。有趣的是，ALL不同于亚型的发生，也受基因遗传的影响。在TP63基因（TP53家族成员之一）内含子区的SNP使ETV6-RUNX1基因阳性ALL具有遗传易感性［20］，在GATA3基因上的SNP使BCR-ABL1样ALL与其潜在的体细胞突变（IKZF1基因缺失、CRLF2基因重排和JAK基因突变）具有遗传易感性［21］。

6　毒性反应

个体的基因组成可以影响药物的转运、代谢、药效和毒性反应。巯嘌呤甲基转移酶（TPMT）活性缺失发生在约10%的具有TPMT基因多态性的个体中。TPMT活性减低导致细胞内有活性的巯嘌呤代谢产物堆积，从而引起严重的骨髓抑制。研究发现，巯嘌呤相关的骨髓抑制在TPMT基因纯合子、杂合子和野生型患者中的累积发生率分别为100%、35%和7%。在药物遗传学指导临床治疗中，根据TPMT的基因型调整巯嘌呤的剂量可使化疗能够耐受且依然有效。在候选基因和全基因组研究中发现了与类固醇激素诱发的骨坏死［22］、长春新碱诱发的周围神经病变［23］、蒽环类抗生素诱发的心脏毒性［24］和天门冬氨酸过敏［25］相关的生殖细胞变异型。这些均可用于指导临床治疗。

7　治疗反应

遗传基因突变可以通过影响宿主抗白血病的倾向、肿瘤微环境和ALL的相互作用及肿瘤的生物学特性导致ALL患者治疗反应的改变。在全基因组水平，一项关于487例ALL儿童中超过40万生殖细胞基因多态性的研究中，共鉴别出102个与诱导缓解治疗末期的MRD有显著关系的SNPs（代表71个独特的基因位点）［26］。20%具有高水平MRD的SNP基因型与甲氨蝶呤和依托泊苷的暴露减低有关，这归因于化疗间歇的延长和细胞内有活性的多聚谷氨酸甲氨蝶呤的减少。这些发现强化了宿主基因对治疗反应的影响。一项关于2 535例ALL儿童的GWAS，鉴别出134个始终与预后相关的SNP，它们中的大多数即使在根据已知危险因素（如MRD、分子学亚型）调整治疗后对预后仍有影响。

8　小结

充分了解儿童ALL生物学特性，有助于研究ALL的发病机制、预后和治疗。除常见的细胞遗传学异常对预后的影响之外，关键基因改变的功能研究有助于对ALL发病机制的理解。根据遗传学异常进行危险度分层并指导治疗，可以改善预后，提高患儿生存率。

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（2016-01-13）