急性紅白血病（AEL）通常涉及到髓系和紅系的雙譜系轉化，但導致AEL的突變及維持雙譜系白血病表型的細胞仍然未知。英國牛津大學Claus Nerlov教授領導的研究團隊通過協同轉錄和表觀遺傳重編程，發現了白血病早期的祖細胞。中性粒細胞-單核細胞祖細胞（NMP）中CEBPA和GATA2突變分別通過增加紅系轉錄因子（TF）的表達和產生紅細胞染色質開放狀態，成為紅細胞白血病的啟動細胞（leukemia-initiating cell,LIC）。該研究不僅揭示了AEL產生的細胞和分子機制，而且為研究AEL提供了臨床前模型。這一研究成果發表在Cancer Cell雜志（IF:26.602）上。

之前的研究發現，對于急性紅白血病，雙等位基因CEBPA突變和GATA2 ZnF1突變存在有統計學意義的關聯。這種白血病的最常見形式是雙譜系，其特征是髓系母細胞和紅系母細胞的存在。然而，人們目前還沒有確定雙譜系急性紅白血病的致病突變。

在這項研究中，研究人員構建了三種小鼠模型，它們分別是攜帶雙等位基因Cebpa和Gata2 ZnF1突變的KLG基因型、攜帶Cebpa突變的KL基因型以及攜帶Gata2突變的G基因型（表達Gata2 G320D突變的基因敲入小鼠由賽業生物構建）。他們觀察到，KLG小鼠比KL小鼠更快發展成白血病（平均潛伏期8個月vs.10個月）。

瀕死的小鼠出現白細胞增多、紅細胞減少、血小板減少以及脾臟腫大的特征（圖1）。研究人員在檢查小鼠的血液涂片后發現，部分KLG小鼠（5/13）的外周血中同時存在髓系和紅系母細胞（KLG-E小鼠），而其余的小鼠只存在髓系母細胞（KLG-M小鼠）。對比這兩種小鼠的生存率，他們發現KLG-E小鼠的白血病進展更快。

流式細胞分析顯示，白血病KLG-E小鼠骨髓和脾臟中的未成熟CD71hiTer119lo紅細胞增多。這與形態學上觀察到的結果一致，未成熟的白血病紅系祖細胞在KLG-E小鼠的骨髓、脾臟和血液中積累。這些結果表明，雙等位基因Cebpa和Gata2 ZnF1突變的組合能夠誘導高度侵襲性的雙譜系急性紅白血病。

圖1. Cebpa和Gata2 ZnF1突變協同誘導紅白血病

之后，研究人員發現白血病小鼠骨髓中的LSK造血干細胞相對減少，但LK造血干細胞顯著升高。通過進一步分析，他們發現KLG-E小鼠中的造血干細胞主要是中性粒細胞-單核細胞祖細胞（NMP）（圖2）。通過L-NMP、L-EoMP與L-EB三種白血病細胞的移植，他們發現KLG-E小鼠骨髓和脾臟中的L-NMP豐度最高，因此KLG-M和KLG-E小鼠的白血病起始細胞（LIC）主要是中性粒細胞-單核細胞祖細胞（NMP）。

圖2. 帶有NMP免疫表型的白血病起始細胞可維持急性紅白血病

通常來說，NMP沒有生成紅系譜系的潛能，但在比較四種小鼠的基因表達譜后，他們發現Cepba突變很可能導致髓系基因的缺失和巨核-紅系基因的富集。進一步分析發現，在Cebpa雙等位基因突變存在的情況下，NMP中的紅系轉錄因子（Gata1、Gata2、Klf1和Zfpm1）上調，而髓系和普遍表達的造血轉錄因子未見明顯升高或改變。之后他們又通過qRT-PCR來驗證紅系轉錄因子的共表達情況，發現WT和G小鼠的NMP很少表達紅系轉錄因子，但Cebpa雙等位基因突變的NMP可以共表達髓系和紅系轉錄因子。

盡管Cebpa雙等位基因突變上調了紅系轉錄因子，但人們只在KLG小鼠中觀察到急性紅白血病，表明Gata2 ZnF1突變還有另一層的調控作用。研究人員對純化后的KL、KLG-M和KLG-E NMP細胞進行ATAC測序，以評估它們在表觀遺傳上是否不同。他們發現KLG-E小鼠的NMP在峰值強度或轉錄因子的染色質可接近性上與前兩者均不相同（圖3）。因此，Gata2突變促進紅系轉錄因子接近染色質，而限制髓系轉錄因子接近。

圖3. GATA-2 ZnF1的突變促進紅系轉錄因子接近染色質

最后，研究人員在細胞水平驗證了白血病前體細胞NMP和紅系白血病KLG小鼠的L-NMP細胞具有雙潛能。他們在與兩個譜系兼容的條件下培養了野生型小鼠和KLG小鼠的NMP細胞。WT NMP主要向中性粒細胞和單核細胞分化，但KLG NMP產生的集落主要含有未成熟的髓系和紅系細胞。同樣地，KLG小鼠的L-NMP細胞也具有向紅細胞和中性粒細胞分化的潛能。

這項研究的意義在于發現Cebpa和Gata2突變可在小鼠中引起雙譜系急性紅白血病，并且所產生的白血病在細胞和分子上類似于人類急性紅白血病。研究人員還確定了一種機制，表明中性粒細胞-單核細胞祖細胞（NMP）中的Cebpa和Gata2突變分別通過上調紅系轉錄因子的表達及其在染色體上結合位點的開放程度，從而實現異位的紅系分化潛能。這些結果強調了建立準確的基因編輯動物模型和研究白血病前期間狀態對了解白血病發生過程中癌基因的協同作用具有重要意義。

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原文檢索：

Di Genua et al.,2020.C/EBPαand GATA-2 Mutations Induce Bilineage Acute Erythroid Leukemia through Transformation of a Neomorphic Neutrophil-Erythroid Progenitor.Cancer Cell 37,690–704.

DOI:10.1016/j.ccell.2020.03.022