核糖体蛋白|我国科学家破解红细胞再障血液病发病机制糖皮质激素|DBA|细胞周期|患儿

先天性纯红细胞再生障碍性贫血（DBA）是一种罕见的遗传性的骨髓衰竭性疾病。中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）石莉红研究员、朱平研究员、竺凡主任、程涛教授从单细胞转录组水平解析了DBA患儿发病机制，阐明了糖皮质激素治疗有效的分子机理，同时发现I型干扰素在DBA临床治疗中可能存在巨大潜力。近日，该研究成果在线发表于国际期刊《细胞发现》。
六成DBA患儿携带核糖体蛋白基因突变
据介绍， DBA临床主要表现为1岁以内发病的中重度贫血，骨髓红系造血细胞明显减少甚至缺失。约60%的DBA患儿携带核糖体蛋白基因杂合突变。
自20世纪60年代以来，糖皮质激素一直是DBA临床治疗的一线药物，然而长期应用糖皮质激素对患儿身高体重、内分泌及免疫系统发育影响巨大，并且有20%左右的DBA患儿激素治疗无反应，只能依靠持续输血或者造血干细胞移植进行治疗，给家庭、社会等造成了沉重的负担。
“然而由于DBA患儿造血干细胞增殖分化而来的红系祖细胞（BFU-E）数量极少，传统研究方法难以利用如此微量的细胞来进行研究，因而无法解释为什么核糖体蛋白基因杂合突变的特异性导致DBA患儿单纯红系造血衰竭，但对其他造血谱系却没有影响等诸多问题。 ”石莉红介绍，同时，糖皮质激素治疗有效或者无效的分子生物学机制也没有得到很好的解释。
课题组收集了5例健康供者和11例包含初诊、糖皮质激素治疗有效（GCR）及治疗无效（GCNR）3种类型的DBA患儿骨髓样本作为研究材料，利用流式细胞术分选BFU-E 。使用单细胞转录组测序技术完成BFU-E的深度测序。
破解核糖体基因突变只累及红系造血之谜
【核糖体蛋白|我国科学家破解红细胞再障血液病发病机制】通过流式细胞术以及克隆形成实验研究证实，相比健康供者， DBA患儿BFU-E比例降低且增殖能力差，凋亡增加。同时，课题组发现初诊DBA患儿BFU-E更多进入S期（DNA复制期），细胞周期加快。当用糖皮质激素治疗后，激素治疗有效患儿细胞周期减慢， BFU-E凋亡减少，但激素治疗无效患儿变化不显著。
基于以上研究，课题组认为， DBA患儿在出生后红系造血需求增加的压力下BFU-E细胞周期加快，被迫进入S期， DNA复制压力增加，而由于核糖体蛋白基因杂合突变导致的核糖体蛋白单倍剂量不足，无法满足细胞周期加快的需求，进而导致P53蛋白依赖及非依赖的凋亡信号通路激活， BFU-E凋亡增加。而糖皮质激素可以通过减慢DBA患者BFU-E的细胞周期速度，以减少BFU-E凋亡，从而起到治疗作用。
接下来课题组进一步对比了糖皮质激素治疗有效和无效患者的表达谱发现，治疗有效的患者I型干扰素水平表达大幅提升，并且可通过靶基因MYC调控核糖体生物合成，减弱核仁应激。 “造血干细胞红系分化实验证实，小剂量I型干扰素可促进BFU-E增殖，同时I型干扰素和糖皮质激素可能存在协同效应。 ”石莉红介绍， RPS19（核糖体小亚基蛋白19的编码基因）突变患者原代造血干细胞培养同样证实，小剂量I型干扰素可使DBA患儿BFU-E凋亡减轻，红系造血增加。
“我们通过这一系列研究提出了DBA发病的新机制：一方面，核糖体基因杂合突变导致蛋白质合成供应不足；另一方面，为满足机体所需， DBA患者BFU-E被迫进入S期，需要进行大量DNA复制，这种‘供需’矛盾大幅提升复制压力，导致DNA损伤，细胞凋亡。 ”石莉红表示，此发现回答了核糖体基因杂合突变为何特异性导致DBA单纯红系造血衰竭的问题。采访人员陈曦通讯员万扬