1q21扩增在多发性骨髓瘤中的研究进展

刘 骁,唐海龙,贾双双,褚玉平,徐 莉,高广勋

(中国人民解放军空军军医大学西京医院血液内科,西安 710032;*通讯作者,E-mail:gaoguangxun@fmmu.edu.cn)

多发性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)是一种以骨髓中恶性浆细胞单克隆性增殖、血或尿中出现单克隆蛋白、伴发器官功能障碍为主要特征的肿瘤性浆细胞疾病,约占肿瘤性疾病的1%和血液病的13%[1]。随着蛋白酶体抑制剂、免疫调节剂、单克隆抗体、自体干细胞移植(autologous stem cell transplantation,ASCT)以及嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)免疫疗法的应用,患者的总生存期得到了明显延长,但是MM目前仍被认为是不可治愈的疾病[2]。MM是一种异质性疾病[3],细胞遗传学异常与预后关系密切,基于细胞遗传学异常的危险度分层及治疗策略调整受到重视,并受到广泛应用,1q21的扩增是MM患者最常见的染色体畸变之一[4],与患者预后关系密切,美国Mayo医学中心和国际骨髓瘤工作组(IMWG)均将1q21扩增纳入MM患者的高危类型[5,6],但目前其与预后的相关性及具体机制仍存争议,本文将对其在MM中的作用与机制作以综述。

1 1q21扩增的发生率

1q21扩增异常在MM患者中较为常见,比例占30%-50%[7-11]。An等[7]研究发现,在新诊断多发性骨髓瘤患者中,用常规细胞遗传学染色体分带技术对1q21扩增异常的检出率低,应用荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)技术检出率可达30%-50%。在法语国家骨髓瘤协作组(IFM)4个临床试验纳入的1 635名患者中,581名(35.6%)患者检测出1q21扩增[8]。Boyd等[9]利用FISH分析了1 069例患者,其中869名有完整的数据,伴有1q21扩增的共340名(39.1%)。在Mai等[10]采用VCD(硼替佐米、环磷酰胺、地塞米松)和PAD(硼替佐米、阿霉素、地塞米松)治疗初治多发性骨髓瘤的Ⅲ期临床试验中,426例患者中有172例(40.4%)伴有1q21扩增。一项中国多中心研究显示1 015例新诊断多发性骨髓瘤患者中,468例(46.1%)伴随1q21扩增,其中441例检测了1q21拷贝数,3个拷贝和>3个拷贝者分别为158例(35.8%)和56例(12.7%)[11]。1q21扩增是造成MM患者不良预后的高危因素[12-14],检测到该异常的患者群体有着高侵袭性和快速进展的特点,无进展生存期(progression-free survival,PFS)和总生存率(overall survival,OS)更短[15-17],并且可造成其原发耐药。

2 1q21扩增与临床预后的关系

Boyd等[18]研究的1 069名患者随机接受了CVAD(环磷酰胺、长春新碱、阿霉素和地塞米松)、CTD(环磷酰胺、沙利度胺和地塞米松)、MP(马法兰和泼尼松龙)或CTDA(减毒环磷酰胺、沙利度胺和地塞米松)的治疗,结果显示伴1q21扩增的MM患者比无该异常的患者具有更差的中位PFS(13.8个月vs22.1个月,P<0.001)和中位OS(31.0个月vs54.8个月,P<0.001),差异有统计学意义,说明传统化疗药物无法克服1q21扩增带来的不良预后。

Ludwig等[19]将其研究的61名接受ITD(伊沙佐米、沙利度胺、地塞米松)治疗的患者分为3组(中位随访时间19.1个月):1q21组,单纯1q21扩增;高危组,含del(17p)、t(14;16)、t(4;14)异常;标危组,不伴1q21扩增和高危细胞遗传学异常。三组患者的中位PFS(6.2个月vs10.3个月vs10.8个月,P=0.044),中位OS(15.6个月vsNRvsNR,P=0.001),具有显著差异,提示1q21扩增具有更差的预后。Avet-Loiseau等[20]在研究中以IRD(伊沙佐米、来那度胺、地塞米松)与安慰剂-RD(来那度胺、地塞米松)两种治疗分组对照,伴1q21扩增的MM患者的中位PFS分别为15.4个月和11.3个月,总体反应率(objective response rate,ORR)71%和62%,非常好的部分缓解率(very good partial response,VGPR)44%和40%,完全缓解率(complete response,CR)均为9%。

An等[21]在基于硼替佐米的治疗下发现,伴1q21扩增与无1q21扩增的MM患者的中位PFS为13.5个月和43.0个月、中位OS为24.0个月和54.0个月,差异均有统计学意义(P<0.001)。靳凤艳等[22]在基于硼替佐米治疗的研究中发现,伴1q21扩增的MM患者对基于硼替佐米的治疗组深度缓解率(≥VGPR)明显优于非硼替佐米组(62.1%vs40.0%,P=0.032),但1q21扩增组的中位PFS和中位OS均显著低于无1q21扩增组(15.0个月vs20.3个月;29.4个月vs44.0个月,均P<0.05)。在Du等[23]的研究中,伴或不伴1q21扩增的患者中位PFS分别为23.1个月和37.5个月,中位OS分别为40.0个月和37.5个月,差异有统计学意义(P<0.001)。

在Badros等[24]进行的PD-1单抗(PD-1抑制剂)、泊马度胺和小剂量地塞米松为治疗方案的实验中(中位随访期为15.6个月),观察到高危细胞遗传学MM患者(包含1q21扩增)的中位PFS为15.1个月(95%CI9.1-17.9),低危患者的中位PFS为19.0个月(95%CI16.0-NR)。通过COX回归分析得高危遗传学对该治疗下的PFS并没有影响,且PD-1单抗展现出了以往治疗方法没有出现过的积极反应。

Nemec等[25]在诱导化疗后进行ASCT,发现伴1q21扩增的患者比无1q21扩增的患者的疾病进展时间(TTP)和OS更短(中位TTP:21.3个月vs32.2个月,P=0.034;中位OS:30.4个月vsNR,P<0.001)。在他另一个研究中用同样的治疗手段治疗了91例MM患者,37例(40.7%)检测到1q21扩增,伴与不伴1q21扩增的MM患者中位PFS分别为14.9个月和27.4个月(P=0.044),4年OS率分别为40.1%和76.2%(P=0.001)[26]。

1q21扩增与临床预后密切相关,同时1q21扩增拷贝数的多少与临床预后同样紧密相关。Varma等[27]在诱导化疗后行ASCT,3个1q21拷贝的患者中位PFS为32.1个月,4个拷贝的中位PFS为20.0个月,PFS与拷贝数的相关性接近显著性(HR=0.49,95% CI 0.23-1.05,P=0.06)。Yu等[12]在研究中将伴1q21扩增的MM患者分为无、3个拷贝和≥4个拷贝三组,对照发现≥4个拷贝较其余两组的OS显著降低;伴1q21扩增比无1q21扩增的MM患者的PFS明显缩短。Du等[23]将1q21的扩增的MM患者以3个拷贝和>3个拷贝分为两组进行了对照分析,但并没有发现两组的预后指标有统计学意义。Walker等[28]的研究新定义了一个的高风险双重打击的MM分组:①双等位TP53基因缺失;②1q21扩增≥4个拷贝。以上对于1q21扩增数对MM患者与预后影响的研究结果有一定程度上的差异,但目前临床经验和大部分临床研究显示拷贝数越多的患者,预后越差。

以上研究基于不同的临床样本以及不同的研究方法方案,虽结果有一定差异,仍可表明目前大部分主流治疗药物及方案可以在一定程度上改善伴1q21扩增的MM患者的预后,但都不能完全克服1q21扩增带来的不利影响。目前卡非佐米、CD38单抗、PD-1抑制剂以及CAR-T疗法直接针对该类患者的临床研究未见详实数据,然而复发难治的MM患者对这些新的治疗方法和药物展现出了积极反应,为伴1q21扩增的高危MM患者带来了新的希望。

3 1q21扩增与预后相关性的分子学基础

Sawyer等[29-33]研究发现,组成1q12着丝粒区域的高重复原件的低甲基化与1q21的拷贝数异常有关。在其实验中应用去甲基化试剂5-氮杂胞苷分别处理了5例1q12平衡结构重排患者和5例染色体核型正常患者体外培养的外周血,通过G显带、荧光原位杂交和光谱核型分析,鉴定出其处理细胞中1q21的结构畸变和拷贝数增加与在细胞遗传学定义的高危疾病患者中发现的相似。当1q12区域缺失或倒置时,未发现1q21区域的扩增;1q21拷贝≥5的病人被发现明显的1q12区域的不稳定性。新的染色体拷贝异常可以通过该染色体区域与低甲基化的1q12并列造成,表观遗传修饰的特征是1q12着丝粒周区瞬间解聚和三径向排布,染色体高度不稳定性。在该类MM患者中表现为1q21的拷贝数增加和染色体的部分区域缺失。

1q21扩增子是大约10-15 Mb的片段,包含大量已知或可能与疾病发病相关的候选基因[34],包括MUC1、MCL1、PDZK1、IL6R、BCL9、CKS1B、PSMD4、UBAP2L、ARNT和UBE2Q1等。

3.1 ILF2

ILF2(白细胞介素增强子结合因子2)是1q21区域的基因,其蛋白是参与DNA损伤修复的关键因子,ILF2的过表达促进了MM细胞对基因组不稳定的耐受性和对DNA损伤剂的抵抗[35]。ILF2参与MM细胞DNA双链断裂的同源重组,编码NF45,其是NF90/NF110复合物的调节亚单位,参与有丝分裂调控[36]以及RNA代谢的各个环节,包括转录、RNA运输、mRNA稳定性和翻译[37]。1q21扩增驱动了ILF2的过表达,增强了关键的前体mRNA效应器的稳定性和共转录剪接,以应对DNA损伤和确保细胞复制过程中有效的DNA同源重组修复。ILF2通过调节YB-1的核定位和与剪接因子U2AF65的相互作用,促进DNA损伤后DNA修复基因的mRNA的加工和稳定[35]。

3.2 IL-6R

IL-6(白细胞介素-6)的信号是由其受体(IL-6R)介导的,而IL-6R的基因位于1q21区域。IL-6具有广泛的生理活性,在多种炎症性疾病和恶性肿瘤中发挥重要的病理作用[38]。骨髓瘤细胞和骨髓基质细胞自分泌和旁分泌IL-6介导了MM的进展,通过激活RAS/MEK/MAPK、JAK/STAT3和PI3K/Akt信号通路来诱导MM细胞的生长和存活[39]。Kim等[40]在其研究中发现,IL-6R增高与患者的不良预后相关,原因可能是IL-6R的过表达导致了细胞表面IL-6摄取增加,从而提高了细胞的增殖活性。

3.3 MCL-1

MCL-1(髓细胞白血病因子-1)是1q21区域上编码的蛋白,属于BCL-2家族蛋白。其是一种促存活蛋白(pro-survival protein),可以有效地抑制凋亡[41]。在伴1q21扩增的MM中,MCL-1的过表达导致细胞凋亡抵抗[42]。Slomp等[41]在研究中发现,伴1q21扩增的MM患者总生存期和无进展生存期更短,对MCL-1抑制剂(MCL-1i)的敏感性增高,表明MCL-1的过表达是1q21扩增型多发性骨髓瘤预后不良的原因之一。

3.4 CKS1B

CKS1B(CDC28激酶亚基1)的基因位于1q21区域,其是正常细胞分裂和生长所必需的蛋白质[43],在各种癌症组织中高水平表达,包括肝细胞癌、结肠癌、肺癌、口腔鳞状细胞癌、乳腺癌等。CKS1B激活STAT3和MEK/ERK通路,通过skp2/p27Kip1依赖和非依赖途径调节细胞进入S期,具有抗凋亡活性。Shi等[44]研究发现,敲除CKS1B基因导致MM细胞死亡和生长抑制,再通过激活STAT3和MEK/ERK通路可以逆转这些作用,进一步证实该基因是影响MM预后和进展的关键因素。

同时,CKS1B在MM中的表达是产生耐药性的关键因素。小泛素样修饰蛋白NEDD8(神经前体细胞表达发育下调蛋白8)与泛素E3连接酶(CRL)的偶联导致了含有抑癌基因p27和p21的Skp1/cullin-1/F-box Skp2(SCFSkp2)底物的降解,CKS1B是CRL复合物的必需辅因子。因此,CKS1B的高表达进一步加强了抑癌基因的降解,促进细胞增殖,增强了对硼替佐米的耐药性[45]。

3.5 PSMD4

PSMD4(蛋白酶体26S非ATP酶亚基4)表达对拷贝数高度敏感。Shaughnessy等[46]研究发现,PSMD4高表达的骨髓瘤细胞蛋白酶体数量增加和部分类型的miRNAs明显升高。高水平的miRNA可以使蛋白酶体的活性快速恢复,从而提升泛素-蛋白酶体途径降解蛋白质的速度,降低蛋白质载量,抑制细胞凋亡,同时可能介导MM患者的耐药[47]。

3.6 BCL9

BCL9(B细胞淋巴瘤因子9)是位于1q21上的基因。Mani等[48]研究发现,BCL9在伴1q21扩增的MM患者细胞中异常表达,其蛋白是调控肿瘤发生过程的Wnt通路的重要组成成分,BCL9增强了β-catenin介导的转录活性,以增加细胞的增殖、迁移、侵袭和转移潜能。研究发现,BCL9基因敲除的异种移植鼠模型生存期显著延长,通过下调肿瘤细胞c-Myc、cyclin D1、CD44和血管内皮生长因子的表达,从而降低肿瘤负荷,抑制转移和血管生成。

3.7 ARNT(芳香烃受体核转运子)

ARNT又称缺氧诱导因子1β(HIF-1β),其基因位于1q21区域,是缺氧诱导因子1(HIF-1)的重要组成成分[49]。HIF-1β通过与HIF-1α或AhR(芳香烃受体)结合调控各种生理病理过程的靶基因转录,且可诱导编码药物代谢酶和调控细胞增殖、分化及凋亡的基因的转录。在MM中,其异常表达不仅促进了肿瘤细胞的抗凋亡活性,同时介导了对硼替佐米的耐药[50]。

3.8 其他

Zhang等[51]研究发现,BCAR3与1q21扩增型的MM有一定关系,高表达BCAR3的患者预后良好,伴随着1q21扩增水平的升高,BCAR3的表达逐渐降低。Bolomsky等[52]发现胰岛素样生长因子蛋白(IGFBP7)与MM患者的不良预后有关,且1q21的扩增与IGFBP7的表达有关。

4 总结

多发性骨髓瘤异质性强,复发率高,目前仍被认为是不可治愈的疾病。随着对MM细胞的细胞遗传学、分子生物学研究,已经证实1q21扩增为MM独立的不良预后因素。该类MM患者因1q21区域ILF2、MCL1、IL6R、BCL9、CKS1B、PSMD4、ARNT等基因的异常表达和与其他分子的相互作用,表现出生存期更短,进展更快,复发率更高的高危特征,1q21拷贝数越多伴随着更差的预后。目前以硼替佐米等为代表的传统一线治疗方式以及自体干细胞移植可以改善患者预后,但均不能完全逆转其不良预后,因此,优化药物使用组合、研发新药物和新的治疗方式十分必要。目前,以1q21区域相关基因为新治疗靶点的药物和治疗方式相继在MM细胞和动物模型中取得不同成果,故将1q21扩增异常作为疾病的风险因子以及新治疗靶点,是MM未来的研究的方向之一。