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本文分为两个部分进行探讨: 第一部分 APL新融合基因TBLR1-RARα的致白血病作用及其治疗策略的研究 目的:TBLR1-RARα是急性早幼粒细胞白血病(APL)的一种新融合基因,由本实验室从一例t(3;17)(q26;q21)的APL患者中首次发现,并在前期的研究中阐明了该融合基因的基本结构及功能特征。在此基础上,我们进一步从生物整体水平上研究TBLR1-RARα融合基因的表达在APL发生中的作用,并通过分析基因水平的表达差异探究可能的发病机制,寻找最佳的治疗策略。 方法:构建MSCV-TBLR1-RARa-Flag-IRES-GFP逆转录病毒载体,包装病毒后感染3T3细胞,通过PCR和Western实验鉴定TBLR1-RARα基因的表达情况。用免疫磁珠富集C57雄性小鼠骨髓lin-细胞,分别感染TBLR1-RARα病毒和空载体病毒后进行体外和体内实验。体外实验,通过流式细胞术检测细胞表面分化相关分子CD11b和GR-1的表达分析细胞的分化能力,培养于甲基纤维素中检测细胞集落形成能力。经尾静脉移植3-5×105 GFP阳性细胞至经致死剂量照射的C57雌小鼠,构建小鼠白血病模型,定期监测小鼠的状态及外周血GFP阳性细胞的比例。通过大体形态以及血象、病理学检查和流式细胞术等对发病小鼠的疾病特征进行检测分析,然后通过连续移植实验对发病小鼠细胞的连续传代能力进行鉴定。获取发病小鼠的白血病细胞进行体外的集落形成实验并通过分化实验检测白血病细胞对全反式维甲酸(ATRA)的敏感性。采用RNA-seq方法分析对照和发病小鼠细胞中的基因表达差异。通过单用或联合应用全反式维甲酸(ATRA)、三氧化二砷(As2O3)、阿糖胞苷(Ara-C)以及组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACi) NL-101等药物对TBLR1-RARα白血病小鼠(TR小鼠)进行治疗,探究有效的治疗方案。 结果:成功构建了TBLR1-RARα融合基因的逆转录病毒载体,蛋白表达检测显示感染后的细胞中高表达TBLR1-RARα蛋白。体外实验发现感染了TBLR1-RARα基因的Lin-细胞比感染空载体的Lin-细胞集落形成能力增强,同时TBLR1-RARα基因的表达明显阻碍了细胞的分化。成功建立了TBLR1-RARα的小鼠白血病模型,在观察期内,15只接种TBLR1-RARα病毒感染的骨髓细胞的小鼠中有3只发生APL样白血病;9只接种空载体病毒感染的骨髓细胞的对照组小鼠,未见白血病发生。发病小鼠体重明显下降,肝脾肿大;外周血、骨髓、脾脏及肝脏细胞中均检测到形态单一、核浆比明显增大的幼稚粒细胞,组织病理学检测发现小鼠骨髓,脾脏和肝脏有白血病细胞浸润,支持白血病的诊断;流式检测原代发病小鼠白血病细胞表型为C-Kit+CD34+Gr-1+Mac1+CD16+CD90.2+B220-CD3-CD4-CD8-,Scal-1及Ter119弱阳性。发病小鼠的白血病细胞可以连续传代,且随着传代数的增加发病潜伏期缩短为3-4周,同时在传代小鼠中C-Kit+Gr-1+逐渐演变成为白血病细胞的主要表型。发病小鼠脾脏细胞与正常小鼠脾脏细胞相比,第一代的集落形成能力明显增强,但第二、三代的集落形成能力减弱,分化实验表明应用ATRA处理后,白血病细胞表面与分化相关的分子表达水平升高。RNA-seq结果表明发病小鼠与对照小鼠骨髓细胞中差异表达基因涉及细胞发育、增殖、分化、凋亡、迁移黏附以及细胞代谢等功能,参与的信号通路主要有造血干细胞发育相关途径、肿瘤相关信号途径、MAPK信号途径及代谢相关信号途径等。体外分化实验证实TR小鼠白血病细胞对维甲酸敏感,但是体内应用1.5/2.5mg/kg的ATRA单独治疗或联合2.0mg/kg As2O3治疗均未能延长小鼠的生存期。一定剂量的Ara-C和HDAC抑制剂NL101可以显著延长小鼠的生存期。 结论:本研究首次成功构建了TBLR1-RARα白血病小鼠模型,描述了该疾病模型的基本特征,并通过RNA-seq发现了大量可能与疾病发生相关的基因。证实了TBLR1-RARα在白血病发生发展过程中具有重要作用,同时为研究白血病的发病机制以及探索更好的治疗策略提供了新的分子和模型基础。 第二部分 西达本胺对急性早幼粒白血病细胞生物学功能的影响及其机制研究 目的:西达本胺(Chidamide)是我国首个自主研发的亚型选择性组蛋白去乙酰化酶(HDAC)口服抑制剂,已被FDA批准为治疗复发难治性外周T细胞淋巴瘤(PTCL)的上市药品。相继有研究表明西达本胺对肺癌、乳腺癌、前列腺癌等一些实体肿瘤以及多发性骨髓瘤、急性髓系白血病细胞也有杀伤作用。本研究旨在系统地从体外及体内研究西达本胺抗急性早幼粒细胞白血病(APL)的作用及其分子机制,为此类白血病的治疗寻找更有效的治疗方案。 方法:采用MTT的方法检测西达本胺对急性早幼细粒细胞系NB4以及高表达APL新融和基因TBLR1-RARα的U937细胞(U937-TR)的增殖抑制作用,计算出相应的药物半数抑制浓度(IC50);应用流式细胞术检测西达本胺对细胞凋亡、细胞周期分布以及细胞分化的影响;瑞氏染色后观察不同药物处理后细胞形态学的变化;通过Western Blot检测药物处理后凋亡相关蛋白Caspase3、PARP以及细胞周期调控蛋白CDK2、CyclinE1的表达水平变化;流式及细胞形态学检测西达本胺对APL患者原代细胞及正常造血干细胞凋亡的影响;通过集落形成实验检测西达本胺对TR小鼠白血病细胞集落形成能力的影响,体内试验采用TBLR1-RARα白血病小鼠模型,应用西达本胺对其进行治疗,药物治疗实验把小鼠随机分为四组,对照组给予0.1%的羧甲基纤维素钠(CMC-Na),实验组分别给予5mg/kg,12.5mg/kg,25mg/kg西达本胺隔天灌胃治疗,监测小鼠体重及外周血GFP阳性率的变化,记录并比较各组小鼠的生存期有无差异。 结果:MTT结果表明西达本胺对NB4及U937-TR细胞的增殖有显著的抑制作用,48h的IC50分别为0.068μM和0.55μM,NB4细胞对药物敏感性更强。西达本胺通过Caspase依赖的途径诱导白血病细胞发生凋亡,细胞凋亡呈时间剂量依赖性。流式细胞术检测西达本胺可以导致白血病细胞发生G0/G1期周期阻滞,Western blot表明西达本胺是通过下调周期调控蛋白CDK2及CyclinE1来阻止细胞由G1期进入S期。分化实验显示西达本胺可以促进NB4及U937-TR细胞表面分化相关分子CD11b的表达。同时西达本胺可以显著促进APL原代细胞的凋亡,而对正常CD34+细胞的促凋亡作用相对较弱。小鼠集落形成实验表明西达本胺可以抑制TR小鼠白血病细胞的集落形成能力,体内治疗实验显示12.5mg/kg和25mg/kg治疗组小鼠的外周血GFP+白血病细胞明显低于对照组,与对照组相比,小鼠的生存期明显延长。给药过程中各实验组小鼠的体重没有明显降低,说明用于治疗的西达本胺的剂量毒性较低。 结论:通过体外体内实验证实,组蛋白去乙酰化酶抑制剂西达本胺可以通过诱导细胞凋亡,周期阻滞以及促进细胞分化等机制显著抑制急性早幼粒白血病细胞的增殖,为急性早幼粒细胞白血病的治疗提供了新的思路。