DEAD-box RNA解旋酶41在髓系肿瘤中的作用机制的研究进展——骨髓增生异常综合征/急性髓系淋巴细胞白血病

马俊霞

（台州学院 浙江省植物进化生态学与保护重点实验室，浙江 台州 318000）

0 引言

解旋酶在自然界中普遍存在，人们依据其序列、结构及功能的不同，将其分为六大超级家族（super family，SF），即SF1-SF6［1-2］。其中SF2是解旋酶超级家族的最大最多变的一族，而所有的真核细胞的RNA解旋酶均属于该家族和SF1。依据序列同源性，SF2又被分为包括DEAD（aspartate-glutamatealanine-aspartate）-box家族在内的10个家族［3-4］。DEAD-box RNA解旋酶家族参与转录调控、mRNA前体的剪接、RNA成熟、RNA转运和RNA降解等RNA代谢的各个方面［5-6］。近年来，DEAD-box RNA解旋酶家族分子因其在肿瘤发生中的作用而备受关注，而作为该家族成员之一的DDX41，更是因为其在髓系肿瘤（MN，myeloid neoplasms）中的关键作用而成为研究领域的热点［7］658［8］609［9］1017［10］1441［11］241。越来越多的研究发现，髓系肿瘤伴随着DDX41的突变，这两者之间的内在关系也成为很多研究者的探讨对象。体外细胞实验表明，DDX41能够直接与剪切复合体的相关组分互作，进而参与其剪切功能，对相应基因的mRNA前体进行加工；DDX41发生突变导致其功能丧失之后，这些相应的下游基因的mRNA前体在加工过程中会出现外显子的跳跃或者内含子的滞留，即mRNA前体的加工发生错误；相应基因的转录和翻译发生异常，不能正常行使其功能［7］668［8］610。DDX41的突变和功能异常在其他的实体瘤的研究中尚未见诸报道。下面我们就DDX41在诱发MDS/AML的作用机制的研究进展进行详细介绍，以期为相关的新靶标药物研究提供支持。

1 DDX41分子的发现、命名及其结构特征

DDX41作为一种RNA解旋酶，最早是在果蝇幼虫的感光器官发育缺陷的突变体筛选中被发现的。研究者发现，果蝇中基因名为abstrakt的基因编码的是一个新的DEAD-box蛋白家族成员［12］937。通过与人的序列数据库的反复比对，研究者发现果蝇的abstrakt与人的GenBank编号为AF195417的基因最为相近，并将人的该基因命名为hABSTRAKT［12］938。在接下来的研究中，科研人员根据SF2的DEAD-box家族成员的命名规则，又将人的该基因命名为DDX41［13］。为便于理解，文章以下均以DDX41（基因）/DDX41（蛋白）称之。

笔者通过 SMART（Simple Modular Architecture Research Tool）和 I-TASSER（Iterative Threading ASSEmbly Refinement）生物信息学分析，发现DDX41并不具有信号肽和跨膜结构域，说明其是细胞内蛋白［14］。具体地说，DDX41 包括一个 CC（coiled coil）结构域、一个 DEADc（centralDEAD-box）结构域、一个 HELICc（carboxy-terminal helicase）结构域和一个 ZnF_C2HC（Zinc finger_CysCysHisCys）结构域。其中CC结构域一般处于被遮蔽的状态，而当蛋白受到相应的刺激之后则会暴露出来参与配体的识别［15］，其在DDX41中的确切功能还未可知。DEADc和HELICc结构域均为RecA样的球状结构域，包括八个保守的基序，这八个基序涉及ATP结合、ATP水解、核酸结合以及RNA解旋等活性；位于DEADc结构域里的基序Q以碱基依赖的方式识别腺嘌呤的一部分，而基序I则在ATP的β-和γ-磷酸的识别中发挥作用；位于HELICc结构域里的基序III将ATP水解与核酸解旋进行耦连，而基序IV、V和VI则主要参与核酸底物的结合［16］。研究发现，ZnF_C2HC结构域可以结合DNA、RNA、蛋白质以及脂类等底物［17］，而其在DDX41中的具体功能尚待阐明。此外，DDX41的氨基端还存在一个核定位序列（NLS，nuclear location sequence）［18］754，并且笔者通过软件预测，发现在其DEADc结构域中还存在一个核转出序列（NES，nuclear exportation sequence），这与报道中提出的其核质穿梭现象相一致［14，19］。

近年来，通过NGS（next generation sequencing，二代测序）技术，研究人员发现有相当一部分的髓系肿瘤患者，主要是MDS/AML（myelodysplastic syndrome/acute myeloid leukemia，骨髓增生异常综合征/急性髓系淋巴细胞白血病）患者，其 DDX41 基因发生了突变［7］674［8］610［9］1020［10］1443［11］243［18］747［20］164，且DDX41中常见的突变位点在除了ZnF_C2HC结构域的区域中均有分布，其中主要集中在氨基端、CC结构域、DEADc结构域的基序Q和基序I以及HELICc结构域的基序VI［20］171。DDX41的相应基序具有特定的功能，其中存在的突变必定会影响其功能的正常发挥，结合DDX41的结构和功能分析，我们将能够更加迅速地找到MDS/AML的发病机制，进而找出合适的治疗靶点。

2 DDX41分子与MDS/AML

2.1 MDS/AML伴随着DDX41突变

2.1.1 DDX41与细胞恶性增殖

早期的研究发现，DJ-1（或称Park7，Parkinson7）在人的多种癌细胞中都有过表达的现象［21］，包括乳腺癌、肺癌和前列腺癌，说明该基因与细胞的癌变存在着某种关联，但是该分子的确切的调控机制尚待阐明。接下来的研究表明，在一些细胞系如HEK293T（human embryonic kidney 293 SV-40大T抗原）、Hela、rat 3Y1中，DJ-1作为一个新的致癌基因，能够与活化的ras互作；而DDX41在人类的各个组织中广泛表达，它能够结合DJ-1并与其共同定位于细胞核，进而激活DJ-1的转化活性，活化的DJ-1参与细胞的恶性增殖。DDX41作为致癌基因DJ-1的一个正调控因子，其在细胞的恶性增殖中发挥着不可或缺的作用［22］。

2.1.2 白血病复发与DDX41突变

早在一个有关白血病复发的研究中，研究者通过对患者的肿瘤细胞（包括初次患病的肿瘤细胞及复发后的肿瘤细胞）进行深度测序发现，这些细胞中出现了一些新的基因突变，其中就包括DDX41。研究还发现，这些复发的肿瘤，其细胞群体有两种突变的方式，其中一种是初始的肿瘤细胞发生了突变，进而进化成了复发后的肿瘤群体；另外一种是初始肿瘤群体的一个亚群躲过了原来的治疗手段，并且产生了新的突变，进而在复发后发生转移和扩散［23］506。

2.1.3 家族性慢性白血病与DDX41突变

家族性的慢性白血病综合征具有很长的潜伏期，研究者在患者身上鉴定到了DDX41的生殖系细胞的突变，而在髓系肿瘤患者中，DDX41的体细胞突变则呈多发态势，并且会反复出现；除突变之外，研究者还发现，26%的骨髓增生异常综合征患者也检测到了DDX41等位基因的缺失，进而会引起单倍基因剂量不足，并最终导致髓系肿瘤的发生［7］658。研究者根据其结果分析，DDX41恰好参与了调控血液细胞增殖相关基因的剪切体的加工，而DDX41的突变引起的其功能缺失，则会导致相应基因的mRNA前体的剪切以及RNA加工发生错误，进而血液细胞出现异常增生而发生血液肿瘤［7］663。DDX41则代表了一类骨髓来源的肿瘤抑制基因，并且似乎是迄今为止白血病中唯一的剪接体发生种系突变的例子［7］658。

2.2 MDS/AML中DDX41突变的类型及相应的表现型

在血液性恶性肿瘤患者中，DDX41的突变包括重要功能结构域的无义突变、起始子突变和剪切位点突变，后面两种突变会导致表达出的蛋白变短。许多无症状的突变基因携带者，其血液细胞一直能正常行使功能，直到该携带者发生相关的恶性肿瘤后才会表现出相应的症状［9］1020。随着鉴定出来的DDX41基因的生殖系细胞和体细胞突变越来越多，其突变将如何导致血液恶性肿瘤的产生亟待阐明。在DDX41突变相关的MDS/AML中，经常会检测到DDX41的重复的移码突变，它会导致终止子的提前出现，最终导致DDX41蛋白的翻译提前终止。基于此，在具有遗传性的血液性恶性肿瘤的家族中，医疗方可以考虑进行临床和遗传学调查，以为他们提供合适的建议和治疗方式，同时也能够引起人们对该疾病的关注［24］228。

在 CD34+（cluster of differentiation 34阳性）的肿瘤细胞中，DDX41存在 p.R525H（position Arg 525 His，525位的氨基酸由精氨酸突变为组氨酸）突变，该突变位点位于解旋酶结构域的保守基序VI中，DDX41的解旋酶结构域参与了与ATP的互作并将其水解。研究者推测DDX41的p.R525H突变抑制了造血细胞的生长和分化进而导致血细胞减少综合征，而经过对这些患者进行相关的检查发现，他们确实存在上述病症。脐带血细胞和白血病细胞的研究数据表明，DDX41在核糖体RNA前体的加工中发挥着一定的作用；在造血细胞中，p.R525H突变体的表达引起一种特定的核糖体病变，并且发现存在突变的病人在晚年才会罹患AML，因此可以推断，DDX41的这个突变导致的造血细胞的完全病变也具有年龄依赖性，或者也依赖于其他的体细胞的改变［18］745。另外，在MDS/AML的家庭中，DDX41的杂合子突变体表现出可变的外显性及端粒缩短的倾向；而DDX41的生殖细胞的LOF（loss of function）突变并不一定导致MDS/AML的遗传性，它更像是一个遗传风险因子，使得具有上述突变的个体的后代罹患MDS/AML 的概率增高［24］230。

生殖系DDX41突变在成年MDS/AML患者中是很常见的，其确诊不必知道家族历史，通过系统筛选即可进行。DDX41相关的髓系肿瘤的显著特征包括：男性患者占多数，多数存在血细胞减少症、附加的DDX41体细胞突变以及相对好的预后［10］1441。另外，DDX41的突变在东南亚的MDS/AML患者中同样也存在，在对相关患者进行测序后，研究者发现DDX41还存在另外两个新的突变位点，分别是p.K494T和p.F438L［11］241。

据统计，在MDS/AML患者中，能够检测到DDX41突变的患者占到3.1%左右［10］1443，而这些突变类型，整体可以分为生殖系细胞突变和体细胞突变。就具体的突变而言，又可以分为无义突变、起始子突变和剪切位点突变。随着研究的深入和测序的扩大，越来越多的突变位点被检测到。因此，DDX41的突变也许也可以作为人群的MDS的诊断依据。

2.3 DDX41的突变如何导致髓系肿瘤的发生

在髓系肿瘤中，包括MDS/AML，研究者经常会鉴定到影响剪切体蛋白形成的突变［9］。DDX41作为一种多细胞动物特异的剪切体DEAD-box RNA解旋酶，在遗传性的MDS/AML的复发病例中循环出现突变［25］。研究者对秀丽隐杆线虫(Caenorhabditiselegans)的ddx41同源基因sacy-1进行了一个系统性的研究，发现SACY-1是秀丽隐杆线虫的剪切体的一个组分，并且其合成物与剪切体组分具有有效的互作。RNA测序表明，SACY-1的缺失可通过剪切依赖和剪切非依赖的途径来影响秀丽隐杆线虫的转录组［26］869。SACY-1的缺失会导致剪切体改变其3＇剪切位点，这一点与SACY-1在剪切过程中的作用相一致。错误剪切事件的出现在体细胞中比在生殖系细胞中更普遍，这就表明监视机制能够保护生殖系细胞免于错误的剪切［26］887-889。在SACY-1切除后检测到的转录组的改变表明，对剪切体的干扰诱导了一个应激应答，这个应激应答促成了细胞的表型，而该表型通过sacy-1的突变等位基因得到确认［26］890-892。多种sacy-1/ddx41的无义突变，包括人的p.R525H的致瘤突变，确证了反效等位基因的活性，并且表明突变了的SACY-1/DDX41组成的剪切体是不能正常行使功能的［26］891-893。

综上所述，我们可以推测，sacy-1/ddx41的突变导致机体表达出功能异常的蛋白，而这种功能异常的蛋白形成的剪切体并不能行使正常的剪切功能，进而导致下游的基因无法正常转录翻译，得到的蛋白的功能也是异常的，从而出现一些疾病，包括MDS/AML等。

2.4 DDX41突变导致的MDS/AML的治疗和预后

研究发现，在 MDS/AML 的患者中，约有 2%-5.5% 的患者存在 DDX41 的突变［10］1442［11］242；其中西方国家存在的概率为3.1%［10］1441，而泰国的一个研究显示，在亚洲国家，MDS/AML的患者中DDX41突变的概率较高，已达到5.5%［11］241。实验表明，Ienalidomide对DDX41突变相关的MDS/AML具有比较显著的治疗效果［7］666［27］227。研究者对一个62周岁的男性患者进行Lenalidomide的服药方式为：整个疗程为六个月，每28天是一个周期，在该周期的第1～21天每天用药10 mg。经观察，整个服药期间，病人的各项指标都逐渐趋于正常［27］228。另据研究报道，在33个检测到DDX41突变的MDS/AML的患者中，其年龄中值为69岁，大部分的患者为男性（79%），其中有9个患者（27%）具有血液恶性肿瘤家族史，而有15个患者（46%）在MDS/AML确诊之前具有血细胞减少症的病史。大部分的患者（85%）具有正常的染色体核型，并且最常出现的体细胞改变是一种第二次的DDX41突变（79%）［10］1441。对于高风险的DDX41突变的MDS/AML患者，研究者对其中的9位进行放射治疗，对其中的11位进行azacitidine治疗，其总的应答率分别为100%和73%，平均存活期为5.2年［10］1443。由此可见，对于DDX41突变引起的MDS/AML患者，目前尚缺乏理想的治疗方法。因此，该病症的详细机制亟待更深入的研究，以为疾病的合适疗法提供更多的参考依据。

3 结语

DDX41作为一种RNA解旋酶，在RNA的加工和代谢中发挥着重要的作用，进而参与了个体发育过程中的很多重要的阶段，尤其在视神经系统及中枢神经系统的发育中更是至关重要［28］。因此，DDX41作为一个检测靶点，对于孕早期胎儿的神经系统健康的检测，是一个潜在的重要指标。更为重要的是，在一些恶性肿瘤中，尤其是血液恶性肿瘤，有关DDX41突变的报道屡见不鲜，这说明DDX41与血液细胞的正常分裂有着密切的关系。

3.1 DDX41在MDS/AML常规诊断中的作用

总而言之，DDX41的种系突变在一小部分的MDS/AML患者中是很常见的，这说明我们需要注意在该疾病的常规的诊断中，应该把突变分析作为一个长期的临床诊断方式。除此之外，在异源干细胞移植的背景下，应该检测一下相关的供体者是否存在这些突变，这一点对于防止供体来源的白血病也是至关重要的［29］。

3.2 血液恶性肿瘤中DDX41的突变仍有待阐明的问题

在DDX41的突变中，还有几个基础性的问题需要解答。此前的工作假设，DDX41的种系突变使个体易于罹患淋巴细胞的恶性增殖或者实体瘤。尽管这个研究揭示了一些淋巴细胞的恶性增殖，然而我们仍然需要更多的研究来证明DDX41的种系突变使个体更易于罹患淋巴细胞的恶性增殖类的疾病［30］1368。另一方面，以下几个问题仍需进一步阐明［30］1370：（1）DDX41 突变导致髓系细胞疾病的整个历史。（2）DDX41突变的嵌合体是否有时会显示出低的等位基因突变的频率。（3）DDX41突变的嵌合体对于髓系细胞疾病的发展是否是必须的。

有关DDX41种系突变的研究在一些观点上是有争议的，比如，在疾病确诊或者某些种类的嵌合体突变的富集或者缺失之前，是否会有血细胞减少症的出现等等。不过，所有的研究都指出，个人和家族的血液性疾病的历史，结合DDX41的种系及嵌合体突变的检测，对于区分DDX41突变导致的疾病和其他类型的成年MDS/AML是一个可行的方法。大量病人群体的纵向研究有助于我们更好地理清DDX41种系突变的因果关系，建立DDX41突变导致的疾病的发生发展历史，并且解决目前的争议点，以及促进这种由遗传获得的血液性疾病的诊断，最终更进一步改善这种疾病的临床管理［30］1370。综上所述，DDX41突变的鉴定对于病患的存活率、病患的确诊以及靶向治疗具有一定的借鉴意义。