急性髓细胞白血病表观遗传学的靶向性和个体化治疗策略

庞家秉

【摘要】 在急性髓细胞白血病（AML）的发生和转化中，表观遗传学异常发挥着举足轻重的作用。靶向治疗策略已经改变了临床应用，急性髓细胞白血病患者的个体化靶向治疗将成为现实。

【关键词】 急性髓细胞白血病； 表观遗传学； 靶向治疗

急性髓细胞白血病（acute myeloid leukemia，AML）是一组异质性疾病，以造血干细胞克隆紊乱为特征，是成年人急性白血病中最常见的类型。近20年来，人们对AML的发病机制和预后的研究有了长足的进展，患者的完全缓解率也有了明显的提高，但仍有2/3成年AML患者未能达到治愈，复发、难治及老年AML仍是目前临床治疗的难题。为此，临床工作者和科研人员不断探索新途径，积极寻求AML治疗新方法。

近年来，表观遗传学的研究逐渐成为人们关注的热点。随着研究的深入，人们对AML的发病机制有了新的认识，随之而来的靶向治疗也给患者重新带来希望。该研究主要包括三个方面的内容：DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码microRNA。研究表明，表观遗传学的调控机制参与调节许多重要的生理过程。在血液肿瘤的发生和转化中，表观遗传学异常与遗传学异常具有同样重要的作用。表观遗传基因的修饰对于基因的差別表达有着至关重要的作用，它决定着细胞的类型及细胞从良性到恶性的转变。尤为重要的一点，这种修饰是可遗传的、动态的、可逆的，并且不影响下游的DNA序列。表观遗传的修饰基因，如DNMT3A，TET2，IDH1和IDH2，ASXL1和MLL1上的频发突变，影响了造血细胞的自我更新和/或分化能力，促进髓系细胞的转化，促进白血病的形成[1]。表观基因组在AML的发生中有重要的靶标性作用，它具有内在可塑性，通过特异性的酶、转录因子、与表观遗传机制相关的其他蛋白重新编码对表观遗传基因的修饰，为治疗提供了新的可能。

本文将描述表观遗传基因的失调是如何在AML中发挥作用的，同时强调目前和未来的治疗手段在发现新靶标上的多种尝试。此外，还将涉及AML中个体化的靶向治疗，包括术语的定义，适应证的相关描述以及临床实施的具体措施。

1 表观遗传学的针对性治疗

1.1 DNMT3A突变及DNMT抑制剂 DNA甲基化是表观遗传调控的重要组成部分，通常与转录沉默有关。在急性白血病中，已被确定多种肿瘤抑制基因的过甲基化与转录抑制通过增殖、分化和生存过程的失调导致白血病的发生[2]。来自MDS的DNA甲基化谱研究数据显示，抑癌基因的异常甲基化可能是驱动MDS进展为AML的主要机制[3]。胞嘧啶甲基化是指C5位的胞嘧啶残基被DNA甲基转移酶（DNMTs）催化，并生成C5甲基胞嘧啶（5-MC）的过程。基因组DNA甲基化是由DNMT3通过半甲基化的模板（从头甲基化）建立的，并由DNMT1全甲基化模式（维持甲基化）予以保持。这些过程使得不同的可遗传的DNA甲基化模式可以用来区分AML亚型、预测预后，并有潜力作为生物标志物来预测患者对治疗的反应[4]。AML要么普遍低甲基化，要么过甲基化，这提示表观遗传途径的过度和不足可能对白血病的发生都很重要[5]。数据表明，在白血病干细胞中，DNMT1可维持其DNA甲基化模式，并参与其自我更新的过程[6]。研究表明，DNMT3A在造血干细胞自我更新和分化过程中起着关键的作用。重要的是，DNMT3A的功能缺失性突变发生在30%的细胞遗传学正常的AML中，可能与临床预后较差有关，但AML的这些突变对于DNA胞嘧啶甲基化和转录的影响尚不清楚，且DNMT3A的单独缺失并不足以导致白血病形成[7]。大多数的突变涉及882位的精氨酸，在体外导致甲基转移酶活性的降低[8]。到目前为止，尚无特异性针对DNMT3A的靶向治疗。本节讨论的“表观遗传修饰的靶向治疗”指的是针对DNMT抑制剂的去甲基化治疗。

美国食品药品监督管理局（FDA）批准的2种DNMT抑制剂为：阿扎胞苷及其脱氧衍生物地西他滨。这两种药物均用于MDS的治疗，现在依据一些临床试验的结果，也普遍应用于AML的治疗。

在一项多中心Ⅱ期研究中，有227位初治AML患者接受了地西他滨治疗。每个疗程中静脉滴注地西他滨持续72 h，用量为135 mg/m2，间隔6周重复用药，共4个疗程[9]。该研究表明，总体有效率为26%，中位生存期为5.5个月，1年存活率为28%。在另一项多中心Ⅱ期临床试验中，给予55位60岁以上的AML患者静滴地西他滨治疗，每日用量为20 mg/m2，连续5 d给药，每4周为一疗程。结果，该试验中AML的完全缓解率为24%，中位生存时期为7.7个月。

在一项针对高危MDS（包括骨髓中原始细胞比例为20%～30%、根据WHO标准应列为AML）的临床试验中，给予患者阿扎胞苷治疗：每日用量为75 mg/m2，连续7 d皮下注射用药，28 d为一个疗程。与对照组（接受传统治疗方案）相比，阿扎胞苷组有明显的生存获益。而对于一些次要的评价指标而言，比如输血需求、静脉抗生素的使用和住院天数等，阿扎胞苷组有明显优势。与之类似的是，在法国的一项临床研究中，149名初治老年AML患者接受了相同剂量和疗程的氮杂胞苷治疗，总体有效率为33%，完全缓解率为23%，总体生存期为9.4个月[10]。对于接受了大剂量诱导化疗和异基因造血干细胞移植的AML患者，使用阿扎胞苷维持治疗可能会减少或延迟白血病的复发。

1.2 IDH1/2突变及IDH1/2抑制剂 DNA甲基化与同型二聚体酶IDH1/2催化的柠檬酸代谢有关，二聚体酶可催化异柠檬酸氧化脱羧成α-酮戊二酸（α-KG）。研究发现，有10%～30%正常核型的AML患者发生了IDH1/2功能突变，引起酶功能异常，导致2-羟基戊二酸（2-HG）的产生和积累。由于TET2和包含jumonji-c结构域家族的组蛋白赖氨酸去甲基化酶均依赖于α-KG，当机体发生IDH1/2突变，并积累2-HG，可导致DNA和组蛋白甲基化的增加[11]。IDH1/2突变对预后的影响研究得到了自相矛盾的结果，可能是因为突变位置的差异和（或）伴随其他基因的突变。例如，一项关于AML的随机临床试验表明，IDH2的第140位的精氨酸残基发生突变与良好的预后相关。不但如此，同时伴有NPM1和IDH1或IDH2突变的细胞遗传学正常的AML患者也有良好的受益，3年总生存率（OS）可高达89%。然而，IDH1/2和TET2突变是相互排斥的，但具有这两种不同的突变的AML患者具有相似的甲基化过程。

目前，一项早期临床试验正在进行，旨在研究IDH1/2抑制剂对发生了IDH1/2突变的AML患者的影响。这是一种针对IDH1/2突变酶的小分子靶向抑制剂，可减少2-HG的生成，诱导H3K9me3的脱甲基作用，并能增强相关分化基因的表达[12]。

1.3 MLL基因突变及DOT1L蛋白甲基转移酶抑制剂 MLL基因位于染色体11q23，编码H3K4甲基转移酶（HMT），该酶参与组蛋白的重构，影响HOX基因和Wnt信号通路[13]。有5%～7%的初发AML病例发生MLL重排，与不良预后相关[14]。MLL区域是染色体易位和重排的高发区，能产生多种融合蛋白，其中一些有致癌性。研究显示，MLL融合蛋白和DOT1L之間的作用导致了白血病的发生[15]。

已有研究表明，DOT1L HMT的酶活性诱导了存在MLL基因重排的AML的形成。DOT1L抑制剂可减少H3K79的甲基化和MLL融合基因的表达。目前，具有高度选择性的DOT1L抑制剂的研究已进入临床试验阶段，而选择性抑制HMT EZH2的强效抑制剂也正在研究中。

1.4 组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂 单独使用HDAC抑制剂治疗AML，其临床作用并不令人满意。因而，能否与DNMT抑制剂联合使用增强疗效，则备受期待。目前，诸多相关的临床试验正在开展当中，而且对多种HDAC抑制剂，包括丙戊酸、mocetinostat、帕比司他、伏立诺他等，与阿扎胞苷或地西他滨联合使用的疗效进行了评价，但结果并不如人意。在一项二期临床试验中，恩替诺特联合阿扎胞苷治疗AML并未提高疗效[16]。需要注意的是，与早期的体外试验采用序贯用药不同，此项试验中这两种药物是同时应用的。恩替诺特是一种强效的细胞周期抑制剂，可能会抑制阿扎胞苷的整合，导致脱甲基作用减弱。

1.5 赖氨酸乙酰化抑制剂 具有布罗莫结构域的蛋白质可识别组蛋白末端的赖氨酸残基，这种相互作用可被小分子抑制剂所抑制。当前，已开始对数种BET抑制剂进行临床试验。研究表明，BET抑制剂可抑制白血病干细胞和祖细胞增殖，并且可阻断MLL介导的白血病转化[17]。

1.6 赖氨酸去甲基化酶抑制剂 研究结果显示，KDM1A/LSD1在体外可有效抑制AML细胞系和原代白血病细胞。在联合使用HDAC抑制剂和全反式维甲酸时，这种抑制作用更显著。研究表明，MLL白血病受其影响最大，AML的其他亚型和其他髓系肿瘤也对之敏感[18]。

2 表观遗传学发展在AML靶向治疗方面的挑战

2.1 靶向治疗的治疗靶点 AML在发生、发展过程中有一系列的异常表现，就疾病本身而言，有许多方面的异常可以进行针对性的治疗，包括表观遗传途径的调节、基因突变、细胞表型、信号转导通路、白血病干细胞和骨髓微环境等。最近有关AML克隆构型的研究表明，AML克隆异质性始终伴随着疾病的进展及复发[19]。因而，AML的治疗靶点是不断变化着的，在疾病的不同时期需用不同的药物进行治疗。有关初发AML克隆构型的研究显示，在基因层面界定的白血病亚克隆和白血病干细胞之间具有明显的功能异质性[20]。目前的挑战是明确和清除所有的克隆，而非以往那样狭隘地认为，靶向治疗的关键就是应用某种方法，通过单向靶点来消除优势克隆。

2.2 靶向治疗的对象 如何选择靶向治疗的对象是一个比较重要的问题。根据不同的分类方法，AML患者可划分为不同的亚群，但这样的分类方法均有各自的优点和不足之处。

AML患者也可以根据预后进行分类。在过去，对新药的早期试验通常在复发和难治病例中进行，显而易见，这是一种很令人困惑的试验模式。由于复发或难治AML病例与初发病例在生物学上和临床上是不同的，因而对初发病例作新药研究十分重要。可以根据细胞遗传学、分子遗传学和表观遗传学数据，对初诊患者进行风险评估并预先判断其治疗效果的优劣。例如，一项研究表明，在不同的甲基化区域，有高水平甲基化的7个基因其低表达具有更好的临床结果[21]。目前认为，在临床研究中，靶向治疗的对象应该是那些预后可能不良的初发AML病例。

2.3 靶向治疗的时机 临床上通常将AML治疗分为诱导、巩固和缓解后治疗。临床研究表明，把针对表观遗传学调控的靶向药物与其他药物联合使用，结果比单一用药效果更好。因此，已考虑将试验新药添加到主流的诱导方案当中来。多年来有关AML治疗的临床实践表明，尚无哪一种化疗方案更优于阿糖胞苷联合蒽环类药物的“7+3”经典方案的，所以应把该方案作为主要的诱导方案，新药可以添加于此或者作为单药评估其疗效。这样，纳入临床试验的初治患者将会接受其一进行治疗。

各种证据表明，诱导后残留的白血病细胞与治疗前的肿瘤细胞在生物学上是有区别的。因此，临床上重复应用同一治疗方案并不合理。研究表明，表观遗传学靶向治疗在AML完全缓解后或移植后，或可控制白血病克隆的演变。目前，多数靶向治疗药物是非细胞毒性的，对低负荷白血病而言，治疗成功的可能性更大。当然，还需要更多的AML患者参与到临床试验中来，进行新型药物的有效性验证。

2.4 靶向治疗的有效性评价 表观遗传学靶向治疗一般需要长达几周甚至几月的时间方显成效。此外，基于形态学和免疫表型的分析方法并不能有效评价靶向治疗的疗效。因而，可以凭借DNA甲基化特征、基因表达谱、高光谱测定法以及其他技术手段来做生物学标志的鉴定，通过生物学标志能充分预测疗效，并提高疾病监控能力。然而，在当前临床实践中，尚未能常规使用此类表观遗传学的生物学标志。

3 展望

随着对AML表观遗传修饰基因突变的认识的深入，人们发现表观遗传学在AML生物学发生中起着复杂而重要的作用。AML的表观遗传学靶向治疗策略已经改变了临床应用，AML患者的个体化靶向治疗将成为现实。然而，现实中还面临着诸多挑战，其中最大的挑战就是AML生物学和患者本身的高度异质性。只有通过创新性的临床试验、可靠的科学研究和医患的共同参与等努力，才可能真正实现AML患者的个体化治疗。

參考文献

[1] Challen G A，Sun D，Jeong M，et al.Dnmt3a in essential for hematopoietic stem cell differentiation[J].Nat Genet，2011，44（1）：23-31.

[2] Baylin S B，Jones P A.A decade of exploring the cancer epigeomebiological and translational implications[J].Nat Rer Cancer，2011，11（10）：726-734.

[3] Jiang Y，Dunbar A，Gondek L P，et al.Aberrant DNA methylation is a dominant mechanism in MDS progression to AML[J].Blood，2009，113（6）：1315-1325.

[4] Figueroa M E，Lugthart S，Li yushan，et al.DNA methylation signatures identify biologically distinct subtypes in acute myeloid leukemia[J].Cancer Cell，2010，17（1）：13-27.

[5] Akalin A，Garrett-Bakelman F E，Kormaksson M，et al.Base-pair resolution DNA methylation sequencing reveals profoundly divergent epigenetic landscapes in acute myeloid leukemia[J].PLoS Genet，2012，8（6）：e1 002 781.

[6] Trowbridge J J，Sinha A U，Zhu N，et al.Haploinsuffiiency of Dnmt1 impairs leuemia stem cell function through derepression of bivalent chromatin domains[J].Genes Dev，2012，26（4）：344-349.

[7] Abdelwahab O，Levine R L.Mutations in epigenetic modifiers in the pathogenesis and therapy of acute myeloid leukemia[J].Blood，2013，121（18）：3563-3572.

[8] Yan X J，Xu J，Gu Z H，et al.Exome sequencing identifies somatic mutations of DNA methyltransferase gene DNMT3A in acute myeloid leukemia[J].Nat Genet，2011，43（4）：309-315.

[9] Lubbert M，Ruter B H，Claus R，et al.A multicenter phase Ⅱ trial of decitabine as first-line treatment for older patients with acute myeloid leukemia judged unfit for induction chemotherapy[J].Haematologica，2012，97（3）：393-401.

[10] Maukillo L，Venditti A，Spagnoli A，et al.Azacitidine for the treatment of patients with acute myeloid leukemia：report of 82 patients enrolled in an Italian Compassionate Program[J].Cancer，2012，118（4）：1014-1022.

[11] Xu W，Yang H，Liu Y，et al.Oncometabolite 2-hydroxyglutarate is a competitive inhibitor of a-ketoglutarate-dependent dioxygenases[J].Cancer Cell，2011，19（1）：17-30.

[12] Wang F，Travins J，Dela Barre B，et al.Targeted inhibition of mutant IDH2 in leukemia cells induces cellular differentiation[J].Science，2013，340（6132）：622-626.

[13] Milne T A，Briggs S D，Brock H W，et al.MLL target SET domain methyltransferase activity to Hox gene promoters[J].Mol Cell，2002，10（5）：1107-1117.

[14] Groschel S，Schlenk R F，Engelmann J，et al.Deregulated expression of EVI1 defines a poor prognostic subset of MLL-rearranged acute myeloid leukemia：a story of the German-Austrian AML Study Group and the Dutch-Belgian-Swiss HOVON/SAKK Cooperative Group[J].J Clin Oncol，2013，31（1）：95-103.

[15] Bernt K M，Zhu N，Sinha A U，et al.MLL-rearranged leukemia is dependent on aberrant H3K79 methylation by DOT11[J].Cancer Cell，2011，20（1）：66-78.

[16] Prebet T，Sun Z，Figueroa M E，et al.Prolonged administration of azacitidine with or without entinostat for myelodysplastic syndrome and acute myeloid leukemia with myelodysplasia-related changes：results of the US leukemia Imtergroup trial E1905[J].J Clin Oncol，2014，32（12）：1242-1248.

[17] Zuber J，Shi J，Wang E，et al.RNAi screen identifies Brd4 as a therapeutic target in acute myeloid leukemia[J].Nature，2011，478（7370）：524-528.

[18] Harris W J，Huang X，Lynch J T，et al.The histone demethylase KDM1A sustains the oncogenic potential of MLL-AF9 leukemia stem cells[J].Cancer Cell，2012，21（4）：473-487.

[19] Ding L，Ley T J，Larson D E，et al.Clonal evolution in relapsed acute myeloid leukemia revealed by whole-genome sequencing[J].Nature，2012，481（7382）：506-510.

[20] Klco J M，Spencer D H，Miller C A，et al.Functional heterogeneity of genetically defined subclones in acute myeloid leukemia[J].Cancer Cell，2014，25（3）：379-392.

[21] Marcucci G，Yan P，Maharry K，et al.Epigenetics meets genetics in acute myeloid leukemia：clinical impact of a novel seven-gene score[J].J Clin Oncol，2014，32（6）：548-556.

（收稿日期：2017-01-18） （本文編辑：程旭然）