Prdm14 引发 B 细胞白血病的机制新发现：开启白血病研究新方向

研究人员为探究 Prdm14 致癌机制，开展小鼠模型研究，发现其可引发 B-LL，为白血病研究提供新方向。

　　在生命科学的微观世界里，癌症的发生机制一直是科学家们不断探索的重要课题。白血病作为一种血液系统恶性肿瘤，严重威胁着人类的健康。其中，转录因子 PR 结构域包含 14（Prdm14）被认为是一种强大的致癌基因，它与多种癌症的发生相关，然而其驱动肿瘤发生的分子机制却一直迷雾重重。在以往的研究中，虽然知道 Prdm14 在正常细胞中对维持多能性起着重要作用，比如在胚胎干细胞（ESCs）中，它能通过促进全基因组 DNA 低甲基化和直接抑制促进细胞分化的基因来维持原始多能性 ；在原始生殖细胞（PGC）的建立中，它也不可或缺。但对于它在癌症发生过程中的具体作用，尤其是如何引发白血病，科学家们还知之甚少。

为了揭开这层神秘的面纱，来自加拿大多伦多儿童医院（The Hospital for Sick Children）和多伦多大学（University of Toronto）等机构的研究人员开展了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们理解白血病的发生机制带来了新的曙光。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是高参数单细胞飞行时间质谱（CyTOF）和单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，这两种技术能够从单细胞层面深入分析细胞的特征和基因表达情况；二是采用了小鼠模型，通过构建 Mx1-cre 诱导的 Prdm14 表达小鼠模型（R26PR;Mx1-cre 小鼠）以及将 FLAG 标记的 Prdm14（FLPR）表达限制在 CD19⁺ B 细胞的小鼠模型（R26FLPR;CD19-cre 小鼠），为研究提供了良好的实验基础；三是进行了细胞分选和体内移植实验，以此来观察细胞的功能和致瘤能力。

下面让我们一起来看看具体的研究结果：

• 深度表型分析确定白血病前期骨髓中异常祖 B 细胞群的扩张：研究人员利用 CyTOF 技术对 R26PR;Mx1-cre 小鼠在注射多聚肌苷酸 - 多聚胞苷酸（pIpC）诱导 Prdm14 表达 10 天后的骨髓细胞进行深度分析。结果发现，在这个白血病前期时间点，一些未成熟和成熟 B 细胞簇的数量在基因型之间存在差异。其中，代表前 B 细胞的 MC-7 簇在 R26PR;Mx1-cre 小鼠中显著增多，而其他一些 B 细胞簇如早期前 B 细胞和晚期前 B 细胞簇则明显减少。这表明 Prdm14 的诱导部分阻断了 B 细胞在 pro-B 细胞阶段的发育。此外，研究人员还通过流式细胞术验证了 Prdm14 表达可使 CD19⁺ CD127⁺ Sca-1⁺ B220^?细胞增多，且这些细胞大多表达 EGFP（代表 Prdm14 表达），说明 Prdm14 以细胞自主的方式扩张了这一细胞亚群。同时，在这个阶段，虽然在胸腺中发现了未成熟的 CD24⁺ CD4^? CD8⁺ TCRβ^lo/- GFP⁺ T 细胞前体增多，但在骨髓中并未检测到具有 Prdm14 诱导的 T 细胞白血病免疫表型的细胞，这表明 Prdm14 诱导的 T 细胞白血病发生起始于胸腺。由此，CyTOF 技术成功识别出了隐藏在 Prdm14 表达的 R26PR;Mx1-cre 小鼠骨髓中的异常 B 细胞。
• 表达 Prdm14 的白血病前期 B 细胞在移植到同基因小鼠中可引发白血病 / 淋巴瘤：研究人员推测这些扩张的 B 细胞可能是恶性前体细胞。为了验证这一假设，他们进行了过继转移实验。将从 R26PR;Mx1-cre 小鼠（CD45.2）中分选的 GFP⁺ CD19⁺ Sca-1⁺ CD127⁺骨髓细胞注射到 B6.Rag2.CD45.1 宿主小鼠的右股骨中，同时设置了未分选细胞注射组和阳性对照组。结果发现，接受 GFP⁺ CD19⁺ Sca-1⁺ CD127⁺骨髓细胞的宿主小鼠在骨髓中成功植入了 CD45.2⁺细胞，且这些细胞大量扩增，在注射部位（右股骨）相对于注射细胞数量有 20 - 70 倍的扩增，远高于其他对照组。并且，这些细胞在增殖和扩增过程中保留了其分选的免疫表型，表达很少或不表达 B220，这与正常的 CD19⁺ B 细胞不同。此外，研究人员还进行了体内细胞转移实验，将 GFP⁺ CD19⁺ Sca-1⁺ CD127⁺骨髓细胞静脉注射到 Rag2^-/-宿主小鼠中。结果发现，大多数宿主小鼠在移植后 225 天内因疾病死亡，中位生存期为 156 天。死亡小鼠出现脾脏肿大、白细胞和淋巴细胞显著增加、红细胞和血红蛋白显著减少等症状，且在骨髓、脾脏、肝脏、肾脏和脑膜等部位均发现有淋巴母细胞浸润，表明这些表达 Prdm14 的祖 B 细胞在转移到宿主小鼠后引发了侵袭性白血病 / 淋巴瘤。研究人员还利用 R26FLPR;CD19-cre 小鼠模型进一步验证了这一结果，发现老年 R26FLPR;CD19-cre 小鼠会死于具有祖 B 细胞免疫表型的浸润性白血病 / 淋巴瘤，且在 6 个月大时，其骨髓中积累了大量 CD19⁺ CD127⁺ Sca-1⁺ CD24⁺ IgM^? B220^?细胞。
• 白血病前期祖 B 细胞表达原癌基因但不表达 DNA 损伤反应基因：为了探究 Prdm14 表达对早期造血发育的影响以及识别白血病前期 B 细胞中失调的基因和通路，研究人员对 R26PR;Mx1-cre 小鼠在注射 pIpC 8 天后的三种白血病前期细胞群体进行了 scRNA-seq 分析，这三种群体分别是总 GFP^?细胞、总 GFP⁺细胞和分选的 CD19⁺ CD127⁺ Sca-1⁺ B 细胞，同时以对照小鼠的相应细胞群体作为对照。通过无监督聚类分析，共得到 24 个细胞簇。结果发现，大多数白血病前期 B 细胞落入簇 0 和簇 1，这些细胞表达许多早期 B 细胞基因，同时还表达大量 AP-1 转录因子（如 Fos、Fosb、Jun、Junb 和 Jund）以及已知的 Prdm14 靶基因 Myb 和 Cbfa2t3。这些基因的表达反映出一种致癌基因特征，表明这些细胞可能是异常 / 先天样 B 细胞。进一步比较这些细胞与人类 B-1 和 B-2 细胞白血病的基因特征，发现白血病前期 B 细胞表达 9/20 的 B-1 细胞特征基因，而不表达 B-2 细胞特征基因，这表明它们更类似于 B-1 细胞。此外，基因本体（GO）富集分析显示，与对照 B 细胞相比，白血病前期 B 细胞中下调的基因在细胞对 DNA 损伤的反应这一生物学过程中显著富集，这表明已知原癌基因的失调和 DNA 损伤反应基因的表达缺失可能促进了白血病的发展。通过伪时间分析，研究人员还确定了一些关键转录因子，如 Jun、Junb 和 Klf4，它们在异常 / 先天样 B-1 细胞的谱系进展中发挥重要作用，进一步支持了这些细胞是 B 系白血病早期起始细胞的观点。
• Prdm14 结合在白血病前期细胞中失调基因附近的 DNA：Prdm14 在多能细胞中通过结合 DNA 来调节基因表达，在白血病前期 B 细胞中可能也有类似作用。研究人员利用 FLAG - PRDM14 蛋白，通过切割靶点并使用核酸酶释放（CUT&RUN）技术，在从 R26FLPR;Mx1-cre 小鼠中分选的 CD8β^? CD19⁺ CD127⁺ Sca-1⁺细胞（白血病前期 B 细胞）中绘制 DNA 结合位点。同时，还确定了 H3K4me1 和 H3K4me3 位点，以分别确定潜在的增强子和启动子位置。结果发现，PRDM14 的结合峰与 H3K4me1 结合的增强子和 H3K4me3 结合的启动子有一定比例的重叠，且 PRDM14 结合在异常 / 先天样 B-1 细胞簇和前 B 细胞簇的标记基因附近，这些基因的富集程度显著高于其他细胞类型的标记基因。例如，在 Jund 基因转录起始位点（TSS）上游观察到一个明显的 PRDM14 结合峰，且该峰与 H3K4me1 重叠。这表明 Prdm14 在白血病前期细胞中的过表达会导致异位 DNA 结合相互作用，直接或间接地导致驱动肿瘤发生的基因表达失调。

综合以上研究结果，研究人员首次证明了 Prdm14 可以引发 B 细胞白血病（B-LL），并揭示了其可能的致癌机制。Prdm14 在造血祖细胞中的异常表达会导致异常祖 B 细胞的扩张，这些细胞具有类似 B-1 细胞的特征，表达原癌基因但不表达 DNA 损伤反应基因。同时，Prdm14 通过结合在失调基因附近的 DNA，直接或间接地调节基因表达，从而促进白血病的发生。这一研究成果为白血病的研究提供了新的方向，有助于进一步深入理解白血病的发病机制，为开发新的治疗策略提供了重要的理论基础。未来，研究人员还可以进一步探究 Prdm14 在其他癌症中的作用机制，以及如何针对 Prdm14 相关通路开发更有效的治疗方法，为攻克癌症这一难题带来更多的希望。