MLL1复合物通过直接调控BCL11A转录抑制胎儿血红蛋白表达及其靶向治疗β-血红蛋白病的潜力

《Journal of Biomechanics》：The histone methyltransferase MLL1 complex inhibits expression of fetal hemoglobin

本研究聚焦于镰状细胞病和β-地中海贫血的治疗难题，即如何有效重新激活成人红细胞中的胎儿血红蛋白（HbF）。研究人员发现组蛋白甲基转移酶MLL1复合物是HbF表达的关键抑制因子。通过基因敲低和抑制剂实验证实，靶向MLL1复合物的关键组分MEN1或KMT2A，能直接下调关键转录因子BCL11A的表达，从而显著提升γ-和ε-珠蛋白水平。尤为重要的是，已进入临床试验的MENIN抑制剂在正常及SCD患者来源的CD34+造血干/祖细胞中均能有效诱导HbF产生，且对细胞生长影响较小。这项研究不仅揭示了调控HbF表达的新表观遗传机制，更重要的是为β-血红蛋白病的治疗提供了极具转化潜力的新策略——重新利用已处于临床阶段的MENIN抑制剂。

　　

在生命的最初阶段，胎儿血红蛋白（HbF）是氧气运输的主力军。然而，出生后不久，一种称为“血红蛋白转换”的遗传程序便会启动，HbF的表达逐渐被成人血红蛋白（HbA）所取代。这本是正常的生理过程，但对于全球数亿受镰状细胞病（SCD）和β-地中海贫血困扰的患者而言，这个“开关”的故障却导致了严重的健康问题。这两种疾病统称为β-血红蛋白病，其根本原因在于编码HbA中β-珠蛋白链的基因发生了突变。如果能够重新“打开”HbF的表达，就能有效弥补β-珠蛋白的功能缺陷，从而缓解甚至治愈这些遗传性疾病。目前，羟基脲是唯一被FDA批准用于SCD且部分通过诱导HbF起作用的药物，但疗效因人而异且存在副作用。因此，探索HbF沉默的深层机制并开发新的靶向疗法，是血液病研究领域的重大挑战和迫切需求。以往的研究已鉴定出BCL11A是HbF表达的一个主要抑制因子，但究竟是什么在控制BCL11A本身的表达，尤其是其背后的表观遗传调控机制，仍然是一个未解之谜。这项发表在《Journal of Biomechanics》上的研究，正是为了揭开这一谜团。

为了深入探究这一问题，研究团队运用了多种关键技术方法。他们利用人红系祖细胞系HUDEP-2和从健康供者及SCD患者外周血分离的CD34⁺造血干/祖细胞（HSPCs）作为主要研究模型。通过慢病毒介导的短发夹RNA（shRNA）敲低技术，特异性降低MLL1复合物关键基因（如KMT2A和MEN1）的表达。采用RNA测序（RNA-seq）和基因集富集分析（GSEA）来全面评估基因表达谱的变化。通过染色质免疫共沉淀（ChIP）实验验证MLL1复合物在BCL11A基因座上的直接结合。利用蛋白质印迹（Western Blot）和高效液相色谱（HPLC）等技术定量分析蛋白水平的变化。同时，使用流式细胞术监测细胞分化和F细胞（表达HbF的红细胞）的比例。此外，研究还评估了多种MENIN小分子抑制剂（如MI-3454, Ziftomenib, Revumenib）对HbF诱导的效果。

MEN1和KMT2A是HUDEP-2细胞中胎儿和胚胎血红蛋白沉默的关键调节因子

研究人员首先在HUDEP-2细胞（一种人红系祖细胞系）中进行实验。当他们使用shRNA敲低MLL1复合物的核心组分KMT2A（编码MLL1蛋白）或MEN1（编码MENIN蛋白）的表达时，观察到了一个惊人的现象：γ-珠蛋白（HbF的珠蛋白链）和ε-珠蛋白（胚胎血红蛋白的珠蛋白链）的mRNA水平显著上升，最高可增加超过15倍，而对β-珠蛋白的影响则很小。这表明MLL1复合物确实参与了胎儿和胚胎血红蛋白表达的抑制过程。

MEN1和KMT2A是BCL11A表达的关键调节因子

机制探索是研究的核心。通过RNA-seq分析，他们发现敲低MEN1会导致大量基因表达发生变化，其中就包括HbF的关键抑制因子BCL11A的显著下调。这一结果在mRNA和蛋白水平上都得到了证实，并且敲低KMT2A也得到了类似的结果。更重要的是，ChIP实验表明，MEN1和KMT2A蛋白能够直接结合在BCL11A基因的启动子和一个关键增强子区域，提示BCL11A是MLL1复合物的直接转录靶标。挽救实验进一步证实了二者的因果关系：在敲低MEN1的同时过表达BCL11A，可以完全逆转由MEN1敲低所引起的γ-和ε-珠蛋白的上调。

MEN1和KMT2A是正常人红系细胞中胎儿和胚胎血红蛋白沉默的关键调节因子

为了验证其在生理条件下的功能，研究在正常人CD34⁺ HSPCs诱导红系分化的体系中进行实验。敲低MEN1或KMT2A同样能导致BCL11A表达下降，并引起γ-和ε-珠蛋白的mRNA和蛋白水平显著升高，同时产生HbF的F细胞比例也大幅增加。虽然敲低会一定程度影响红系祖细胞的增殖，但并未阻断其终末分化，表明MLL1复合物对HbF的调控作用在生理环境下依然成立且具有特异性。

MENIN抑制剂可有效提高SCD和β-地中海贫血患者红系细胞中的HbF表达

这是研究最具转化潜力的部分。MENIN抑制剂（如MI-3454, Ziftomenib, Revumenib）是一类旨在破坏MLL1复合物组装的小分子药物，已用于白血病的临床试验。研究人员发现，用这些抑制剂处理正常人的CD34⁺ HSPCs，可以剂量依赖性地增加γ-珠蛋白的表达和F细胞比例，效果与基因敲低相似，同时还能促进红系分化，且对细胞生长影响甚微。最关键的是，当使用SCD患者来源的CD34⁺细胞进行实验时，MENIN抑制剂同样能显著提升其红系后代细胞中的γ-珠蛋白水平，展现了其应用于疾病治疗的巨大前景。

综上所述，本研究首次揭示组蛋白甲基转移酶MLL1复合物是胎儿血红蛋白表达的一个关键表观遗传抑制因子。它通过直接结合并激活BCL11A基因的转录，进而抑制γ-珠蛋白和ε-珠蛋白的表达。这一发现不仅深化了我们对血红蛋白转换调控网络的理解，更重要的是，它提出了一个极具创新性的治疗策略：重新利用已处于临床开发阶段的MENIN抑制剂来治疗SCD和β-地中海贫血。由于这些抑制剂的安全性已在白血病临床试验中得到一定验证，其向β-血红蛋白病治疗的转化路径可能相对缩短。尽管长期安全性（特别是对内分泌系统的潜在影响）仍需在动物模型中进行评估，但本研究无疑为数百万β-血红蛋白病患者带来了新的希望，指明了一条通过靶向表观遗传调控来重新激活“沉睡的”胎儿血红蛋白的可行之路。