B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia elicits an interferon-α/β response in bone marrow-derived mesenchymal stroma

KWS：BCP-ALL；interferon-α/β；bone marrow-derived mesenchymal stroma；co-culture

B細(xì)胞前體急性淋巴細(xì)胞白血?。?span style="font-family: 宋體, SimSun; font-size: 17px;">BCP-ALL）是最常見的兒童惡性腫瘤，其特征是骨髓中 B 前體細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化和克隆擴(kuò)增。研究表明，骨髓微環(huán)境促進(jìn)白血病生成并導(dǎo)致細(xì)胞耐藥性。骨髓來源的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSC）是骨髓微環(huán)境的主要組成部分。以往研究報(bào)道，當(dāng)與 MSC 的相互作用被破壞時(shí)，白血病細(xì)胞在體外對(duì)化療藥物重新敏感，例如，通過干擾隧道納米管的形成。白血病細(xì)胞使用隧道納米管作為與 MSC 通訊的有效機(jī)制。隧道納米管的破壞導(dǎo)致 MSC 分泌的細(xì)胞因子譜發(fā)生變化，并降低白血病細(xì)胞的生存優(yōu)勢(shì)。這些發(fā)現(xiàn)表明，MSC 在 BCP-ALL 的維持中起重要作用，盡管機(jī)制尚不清楚。

最近，為了闡明潛在的機(jī)制，荷蘭烏得勒支Princess Máxima兒科腫瘤學(xué)中心課題組研究了白血病細(xì)胞對(duì) MSC 基因表達(dá)譜的影響，并探討了差異表達(dá)基因是否影響 BCP-ALL 的存活和藥物反應(yīng)性。研究表明，干擾素（IFN）α/β 通路在 BCP-ALL 細(xì)胞與 MSC 細(xì)胞相互作用時(shí)被選擇性激活；然而對(duì)該通路的干擾不會(huì)影響其活性和耐藥性。這表明 IFNα/β 反應(yīng)可能在 BCP-ALL 的病理生物學(xué)中發(fā)揮不同的作用。研究成果發(fā)表在 Haematologica  雜志題為“B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia elicits an interferon-α/β response in bone marrow-derived mesenchymal stroma”。

首先，將暴露于原發(fā)性 BCP-ALL 患者樣本細(xì)胞與 MSC 建立共培養(yǎng)（圖1 A）。RNA 測(cè)序數(shù)據(jù)顯示，與 BCP-ALL 細(xì)胞共培養(yǎng)后，MSC 中 IFN 通路激活的基因富集。所有三種被測(cè)試的骨髓來源 MSC（MSC#1-3）在與 BCP-ALL 細(xì)胞共培養(yǎng)中具有相似水平的 IFN 相關(guān)基因表達(dá)增加，表明白血病誘導(dǎo)的表達(dá)變化與 MSC 的來源無關(guān)（圖1 B）。

與單獨(dú)培養(yǎng)的 MSC 相比，與 BCP-ALL 共培養(yǎng)時(shí)，包括 IFI6、MX1、IFI27 和 OAS3 在內(nèi)的 IFN 相關(guān)基因在 MSC 中上調(diào) 4.3 至 7.7 倍（圖1 B），其他 IFN 相關(guān)基因如 IFITM1、IFI44L、IFIT1 和 ISG15 也顯著上調(diào)。反之，BCP-ALL 細(xì)胞中未發(fā)現(xiàn) MSC 誘導(dǎo)的IFN 特征基因表達(dá)的變化。

在與最常見的融合基因 ETV6-RUNX1 陽性 BCP-ALL 細(xì)胞共培養(yǎng)后 MSC 中 IFN 相關(guān)基因的表達(dá)顯著高于與 B-other BCP-ALL 細(xì)胞共培養(yǎng)的 MSC 中的表達(dá)，如 IFI6、MX1和 OAS3。根據(jù)對(duì)患者ALL細(xì)胞的觀察，注意到暴露于ETV6-RUNX1 陽性細(xì)胞系REH細(xì)胞（人急性非B非T淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞）的MSC持續(xù)上調(diào) IFNα/β 基因。MSC 暴露于健康免疫細(xì)胞不會(huì)誘導(dǎo)典型的 IFN 特征，然而，卻觀察到 CXCL10 表達(dá)的誘導(dǎo)，這很可能是由于與單核細(xì)胞的相互作用。這些數(shù)據(jù)表明，IFN 特征是由 BCP-ALL 細(xì)胞選擇性誘導(dǎo)的，最深的是 ETV6-RUNX1 陽性 ALL 細(xì)胞，因?yàn)?MSC 與健康免疫細(xì)胞的共培養(yǎng)不會(huì)引起類似的 IFN 特征。

在與最常見的融合基因 ETV6-RUNX1 陽性 BCP-ALL 細(xì)胞共培養(yǎng)后 MSC 中 IFN 相關(guān)基因的表達(dá)顯著高于與 B-other BCP-ALL 細(xì)胞共培養(yǎng)的 MSC 中的表達(dá)，如 IFI6、MX1和 OAS3。根據(jù)對(duì)患者ALL細(xì)胞的觀察，注意到暴露于ETV6-RUNX1 陽性細(xì)胞系REH細(xì)胞（人急性非B非T淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞）的MSC持續(xù)上調(diào) IFNα/β 基因。MSC 暴露于健康免疫細(xì)胞不會(huì)誘導(dǎo)典型的 IFN 特征，然而，卻觀察到 CXCL10 表達(dá)的誘導(dǎo)，這很可能是由于與單核細(xì)胞的相互作用。這些數(shù)據(jù)表明，IFN 特征是由 BCP-ALL 細(xì)胞選擇性誘導(dǎo)的，最深的是 ETV6-RUNX1 陽性 ALL 細(xì)胞，因?yàn)?MSC 與健康免疫細(xì)胞的共培養(yǎng)不會(huì)引起類似的 IFN 特征。

圖1    B 細(xì)胞前體急性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞在間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞中誘導(dǎo)干擾素相關(guān)基因特征。（A）實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。（B）15例患者單獨(dú)培養(yǎng)后和與BCP-ALL細(xì)胞共培養(yǎng)后的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞配對(duì)樣本中IFI6 mRNA表達(dá)水平。

之前的研究表明，白血病細(xì)胞的活力取決于通過隧道納米管介導(dǎo)的與 MSC 的密切直接接觸，這可以從共培養(yǎng)上室中預(yù)先標(biāo)記的 ALL 細(xì)胞轉(zhuǎn)移到下室中的 MSC 看出（圖2 A、B）。盡管阻止隧道納米管的形成顯著降低了 CXCL10、IFI44L和 IFITM1的表達(dá)水平，但并非所有測(cè)試基因都受到影響（如IFI6、IFITM1、MX1、IFI27）（圖2 C）。這表明隧道納米管-依賴性信號(hào)僅部分導(dǎo)致 MSC 中 BCP-ALL 誘導(dǎo)的基因表達(dá)變化。

圖2     直接的細(xì)胞間接觸有助于誘導(dǎo)間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞中干擾素相關(guān)基因的表達(dá)。（A） REH 細(xì)胞與間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSC）進(jìn)行共培養(yǎng)和共培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置示意圖。（B） 與 REH 白血病細(xì)胞直接共培養(yǎng) 40 小時(shí)后 DiI 陽性 MSC 的百分比。（C）與REH細(xì)胞直接或transwell共培養(yǎng)40小時(shí)后，間充質(zhì)干細(xì)胞中干擾素相關(guān)基因的表達(dá)水平。

進(jìn)一步地，為了檢測(cè) MSC 中 IFN 相關(guān)基因的上調(diào)是否對(duì)原代 BCP-ALL 細(xì)胞的活力有因果影響，敲低了IFI6、MX1、IFI27、IFI44L 和 ISG15 基因。與對(duì)照相比，敲低幾個(gè) IFN 相關(guān)基因后 MSC 的活力基本不受影響，但 shIFI27 處理的 MSC 除外。在3天的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，暴露于ETV6-RUNX1陽性細(xì)胞后，MSC中觀察到的強(qiáng) IFN 基因特征的沉默并未顯著降低原代ETV6-RUNX1 BCP-ALL細(xì)胞的活力。此外，在共培養(yǎng)40或120小時(shí)后，在MSC 中沉默 IFN 信號(hào)通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子STAT 1也不會(huì)導(dǎo)致 ALL 活力改變。因此，通過沉默單個(gè)IFN相關(guān)基因干擾IFN信號(hào)不會(huì)影響白血病細(xì)胞的生存活性。

值得注意的是，與 BCP-ALL 細(xì)胞和 MSC 的單培養(yǎng)中檢測(cè)到的水平相比，共培養(yǎng)環(huán)境中分泌的 IFNα（和 IFNb）水平減少，這種影響與 ETV6-RUNX1 狀態(tài)無關(guān)。這是值得注意的，因?yàn)?span style="font-family: 宋體, SimSun; font-size: 17px;">ETV6-RUNX1 陽性細(xì)胞明顯誘導(dǎo)了 MSC 中 IFN 相關(guān)基因的表達(dá)。與 BCP-ALL 共培養(yǎng)后，MSC 中 IFNα/β 結(jié)合 IFNAR1 而非IFNGR2 的表達(dá)水平降低，這與 ETV6-RUNX1 狀態(tài)也無關(guān)。IFNy 受體基因 IFNGR1 和 IFNGR2 的表達(dá)水平是可變的，與 ETV6-RUNX1 狀態(tài)無關(guān)。

MSC 中的基因調(diào)控對(duì) IFNα/β 敏感，因?yàn)閷⒅亟M IFNa 和 IFNb 添加到 MSC 的單培養(yǎng)中明顯誘導(dǎo)了 MSC 中IFN 指數(shù)基因 IFI6 的表達(dá)。相應(yīng)地，通過同時(shí)添加 IFNα/β 信號(hào)抑制劑來阻止 ETV6-RUNX1 介導(dǎo)的 IFI6 表達(dá)誘導(dǎo)，在孵育40小時(shí)后分別導(dǎo)致56倍和27倍的減少，在孵育120小時(shí)后分別導(dǎo)致35倍和12倍的減少（圖3 A）。ETV6-RUNX1 BCP-ALL 誘導(dǎo)的 MSC 中 IFN 相關(guān)基因的表達(dá)在暴露于 IFNa/b 抑制劑而非 IFNy 抑制劑時(shí)也降低（圖3 B）。然而，在孵育 40 小時(shí)或 120 小時(shí)后，添加這些抑制劑并不影響 BCP-ALL 細(xì)胞與 MSC 共培養(yǎng)的活力，而 MSC 在延長(zhǎng)孵育 120 小時(shí)時(shí)顯然為 ETV6-RUNX1 BCP-ALL 細(xì)胞提供了生存優(yōu)勢(shì)（圖3 C），而這種優(yōu)勢(shì)對(duì) IFNa/b 抑制不敏感（圖3 C）。這說明，BCP-ALL 細(xì)胞在 MSC中觸發(fā) IFNα/β 但不觸發(fā) IFNy 反應(yīng)。

此外，IFNa/b 抑制劑不調(diào)節(jié) MSC 誘導(dǎo)的 ETV6-RUNX1 BCP-ALL 細(xì)胞對(duì)常用藥物 L-門冬酰胺酶、柔紅霉素和潑尼松龍的耐藥性。這表明，BCP-ALL 細(xì)胞對(duì)三種化療藥物的耐藥水平不受 MSC 中 IFN 信號(hào)阻斷的影響。

圖3     間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞中干擾素介導(dǎo)的反應(yīng)不會(huì)影響原發(fā)性 ETV6-RUNX1 B 細(xì)胞前體急性淋巴細(xì)胞白血病的活力。（A）暴露于重組人干擾素（IFN）α、IFNβ及其抑制劑（i-IFNa/p） 40小時(shí)和120小時(shí)后，間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSC#2）中IFI6 的 mRNA 表達(dá)水平。（B）IFN 相關(guān)基因表達(dá)水平，在暴露于原代 ETV6-RUNX1 陽性 BCP-ALL 細(xì)胞 40 小時(shí)，有和沒有 IFNa/p或 IFNy抑制劑。（C）ETV6-RUNX1 BCP-ALL細(xì)胞在與i-IFNa/p 單培養(yǎng)、與不含i-IFNa/p的MSC共培養(yǎng)、或與i-IFNa/p的MSC共培養(yǎng)40小時(shí)和120小時(shí)后細(xì)胞活力變化倍數(shù)。

總之，該研究表明，IFNα/β 而不是 IFNy 有助于 MSC 中 BCP-ALL 觸發(fā)的 IFN 特征。MSC 中 IFN 相關(guān)基因的誘導(dǎo)不會(huì)影響暴露于 MSC 時(shí)觀察到的 BCP-ALL 細(xì)胞的活力和耐藥水平。研究數(shù)據(jù)支持進(jìn)一步研究 BCP-ALL 誘導(dǎo)的 IFNα/β 反應(yīng)的作用，尤其是在 ETV6-RUNX1 陽性 ALL 的情況下。這可能會(huì)增加我們對(duì)白血病細(xì)胞如何操縱免疫微環(huán)境的理解，這些知識(shí)在基于細(xì)胞的免疫療法的新興領(lǐng)域非常重要。

參考文獻(xiàn)：Smeets MWE, Steeghs EMP, Orsel J, Stalpers F, Vermeeren MMP, Veltman CHJ, Slenders L, Nierkens S, Van de Ven C, Den Boer ML. B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia elicits an interferon-α/β response in bone marrow-derived mesenchymal stroma. Haematologica. 2024 Jul 1;109(7):2073-2084. doi: 10.3324/haematol.2023.283494. PMID: 38426282; PMCID: PMC11215384.

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