BCR-ABL扩增导致Wnt/β-catenin信号通路激活与慢性粒细胞性白血病急变的分子机制

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慢性粒细胞白血病(Chronic myeloid leukemia, CML)是一种起源于骨髓造血干细胞的恶性克隆性疾病。bcr-abl融合基因是CML的遗传学特征, bcr-abl融合基因转录并翻译成具有高酪氨酸激酶活性的BCR-ABL融合蛋白,从而激活下游PI3K/Akt、RAS/MAPK、STAT5等多条信号转导通路,导致血细胞的恶性转化。慢性期到急变期转变是慢性粒细胞白血病( Chronic myeloid leukemia, CML)的致死性进展,其根本原因是bcr-abl融合基因的扩增及白血病干细胞(leukemic stem cell,LSC)的产生,而Wnt/β-catenin信号通路在CML的LSC自我更新中起到重要作用,因此BCR-ABL扩增后激活β-catenin通路可能是CML急变的原因之一,但其机制尚不清楚。  目的:研究CML中BCR-ABL扩增导致Wnt/β-catenin信号通路激活的分子机制及其与CML急变之间的关系,明确β-catenin信号通路激活是否受BCR-ABL扩增激活的PI3K/Akt通路的调节,为寻找靶向CML急变的源头-LSC治疗策略提供新思路。  方法:⑴采用定量PCR和Western blot检测BCR-ABL和β-catenin在CML急变期、慢性期病人骨髓标本中的表达,以及在CML急变期细胞株及bcr-abl融合基因(P210)转化细胞株(BaF3-P210、32D-P210)中的表达情况,了解BCR/ABL扩增、PI3K/Akt通路激活与β-catenin激活的初步关系,为后续实验研究奠定基础。⑵分别采用三种抑制剂,BCR-ABL酪氨酸激酶抑制剂--甲磺酸伊马替尼(Imatinib Mesylate, IM), PI3K激酶抑制剂--LY294002及AKT激酶抑制剂--AKTiⅣ,抑制K562细胞中BCR-ABL/PI3K/AKT通路,通过 Western blot、定量 PCR、免疫荧光检测细胞中磷酸化β-catenin(p-β-catenin)、磷酸化 GSK-3β(p-GSK-3β)、总β-catenin、总GSK-3β的变化,β-catenin的核浆定位及下游癌基因c-myc,cyclinD1的表达;体外克隆形成实验观察细胞自我更新能力的改变,放线菌酮处理检测β-catenin的蛋白稳定性,定量PCR检测β-catenin的mRNA水平;并使用PI3K/AKT通路激活剂IGF-1,观察细胞中p-β-catenin、总β-catenin的表达变化,从正反两方面进一步了解BCR-ABL扩增在体外激活Wnt/β-catenin信号转导通路的作用机理。⑶构建K562-NOD/SCID小鼠的CML模型,观察抑制剂处理组模型小鼠的疾病潜伏期、一般情况、生存期、外周血中WBC及白血病细胞的数量,流式细胞术观察外周血CD45+白血病细胞的百分率;石蜡切片染色观察白血病细胞在肝、脾、肺等组织的侵润情况;免疫荧光、流式细胞术检测模型鼠骨髓及外周血中β-catenin的表达及核浆分布;并取模型小鼠骨髓的单个核细胞构建二次移植模型,比较K562细胞的再次成瘤能力的差异,研究 BCR-ABL扩增在 CML小鼠中激活Wnt/β-catenin信号转导通路的作用机理。  结果:①在CML急变期病人中BCR-ABL和β-catenin的基因及蛋白水平都明显高于慢性期患者,慢粒急变期细胞株K562及KU812细胞中β-catenin的表达明显高于其他细胞株,尤其是在K562细胞中。与未转化的正常细胞株比较,转染了bcr/abl融合基因(P210)的转化细胞株(BaF3-P210、32D-P210)中β-catenin和磷酸化AKT(p-AKT)的表达也是增高的。②在慢粒急变期白血病细胞株K562细胞中,应用三种抑制剂分别抑制BCR-ABL/PI3K/AKT通路,可使细胞胞浆及胞核中的β-catenin的蛋白表达降低,减少GSK-3β的磷酸化,加快β-catenin的降解,减少β-catenin的入核,降低了下游癌基因c-myc,cyclinD1的mRNA及蛋白水平,并使 K562细胞克隆形成能力下降。而使用 IGF-1激活PI3K/AKT通路,可使p-GSK-3β表达增加, p-β-catenin减少,总β-catenin及c-myc增加。③应用三种抑制剂抑制BCR-ABL/PI3K/AKT通路,明显延缓了K562细胞在NOD/SCID小鼠体内的植入,延长了小鼠的发病时间及生存期。抑制剂处理组小鼠在体重减轻、外周血白细胞增高、肝脾肿大、脏器白血病细胞浸润、其它部位肿瘤发生等方面都较对照组有明显改善。并且小鼠的外周血白血病细胞、骨髓、脾肺组织中β-catenin的表达均下降。二次移植实验提示抑制BCR-ABL/PI3K/Akt的活性,可减弱白血病细胞的再次成瘤能力,减少CML二次移植模型小鼠外周血及骨髓中白血病细胞的浸润,使小鼠的生存期延长。  结论:从体内外两方面证明抑制BCR-ABL/PI3K/AKT通路,可减少GSK-3β的磷酸化,从而降低细胞中β-catenin的表达,使白血病细胞的自我更新能力下降、致病能力减弱,并可能因此延迟了白血病细胞向LSC的转化,延缓CML小鼠的疾病进展,减慢CML的急变。
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