慢性髓性白血病发病机制及药物研究进展

郑一敏，刘晶晶，胥秀英，郭牡丹，丁 锐，ANDREASE Melzer

(1.重庆理工大学 药学与生物工程学院， 重庆 400054；2.英国邓迪大学， 苏格兰邓迪DD14HN272)

慢性髓性白血病(chronic myelogenous leukemia，CML)是一种起源于多能造血干细胞的恶性克隆性疾病。目前全世界CML年发病率为(0.7～1.8)/10万[1-2]，在各类白血病发病率中占第3位。我国年发病率约(3.6～5.5)/100万[3]。CML临床根据疾病情况分为：慢性期(chronic phase，CP)、加速期(accelerated phase，AP)、急变期(blastic phase，BP或blast crisis，BC)3个阶段，通常患者在慢性期确诊[4-5]。

近年来，慢性髓性白血病呈上升趋势，严重威胁人类健康，药物治疗是主要治疗方式，文中对CML发病机制及治疗药物进行了综述。

1 CML发病机制

1.1 细胞水平

CML的特征是9号染色体(ch9)和22号染色体(ch22)的长臂之间发生相互异位，首次发现于美国费城患者。人源ch9的v-ABL癌基因与ch22上的BCR管家基因融合产生BCR-ABL1基因转录成BCR-ABL1 mRNA，进而翻译成BCR-ABL1蛋白[6]。

距离ch22大约5 kB的断点有助于融合基因的识别，因此被称为断点簇区(BCR)。BCR序列显示5个外显子(b1-b5)，b2和b3或b3和b4之间断点发生最频繁[7]。在ch9上ABL1基因的断点分布区域更宽，导致第2个ABL1外显子的上游融合，即b2a2或b3a2。b1-b5外显子被证明是一个更大的基因的12-16外显子，也被命名为BCR，b2a2和b3a2变成了e13a2和e14a2。ABL1编码一种非受体酪氨酸激酶，通过其SH1结构域磷酸化底物蛋白，并影响重要的细胞活性，如增殖、基质粘附丧失和抗凋亡[7]。通过融合基因的产生过程中丢失上游控制元件，Bcr-Abl1能够自我磷酸化并向大量下游蛋白发出不受控制的信号，激活其影响途径。

BCR-ABL1融合基因存在于慢性髓性白血病的所有病例中，并导致该疾病的如下2个关键事件：一是该基因为诊断和监测治疗反应提供了独特的生物标记物；二是融合酪氨酸激酶易受药物靶向性影响。TKIs阻断Abl1激酶结构域的ATP结合囊，抑制磷酸化，导致细胞死亡。

BCR-ABL在人CD34+细胞中的表达导致对生长因子的反应增加增殖，增加生长因子依赖性生存率，减少对纤维粘连蛋白的粘附，减少对基质衍生因子1α的趋化作用[7]。

1.2 信号通路水平

1.2.1JAK2/STAT信号通路

JAK(酪氨酸激酶)/STAT(信号转导子及转录激活子)通路(图1)是1条由细胞因子、生长因子、激素等信号传导的共同通路。白血病酪氨酸激酶过度表达或激活、Bcr-abl融合蛋白的表达及某些病毒感染，可能导致JAK/STAT持续激活和调节异常，而其中JAK2与CML密切相关[8]。在红细胞及髓性祖细胞生成过程中，JAK2/STAT信号通路有调控细胞增殖和凋亡的作用[9]。除此之外，STAT5可介导TKI药物耐药，影响患者治疗预后。

图1 JAK/STAT信号通路示意图

细胞因子与其受体结合后，会引起受体分子的二聚反应，使JAKs(与受体偶联)两部分相互靠近，并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。活化的JAKs随后磷酸化其他靶点，包括受体和主要底物STATs。STATs是潜伏在细胞质中直到被激活的转录因子。JAKs磷酸化的C末端附近有一个保守的酪氨酸残基，活化后的JAKs催化通过受体自身的酪氨酸磷酸化，形成相应的停靠位点(STATs)，在JAKs的调控下，SH2结构域与受体结合，使STATs实现自磷酸化活化的同时形成同 / 异二聚体进入细胞核。一旦进入细胞核，二聚体结合特定的调控序列激活或抑制靶基因的转录。因此JAK/STAT级联提供了一种将细胞外信号转化为转录反应的直接机制。有研究证实JAK/STAT通路还可以与受体酪氨酸激酶(RTK)/Ras/ MAPK(丝裂原活化蛋白激酶)相互作用[10]。

1.2.2RAS-MAPK通路

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号转导通路与肿瘤细胞的增殖、分化和信号转导相关，其中很多MAPK成员与血液系统肿瘤的关系密切[11]。

MAPK信号通路(图2)，主要途径为将信号从细胞表面传导到核内，在其细化的4种亚族中，细胞外调节蛋白激酶通路(extracellular regulated protein kinases，ERK)、c-Jun氨基末端激酶通路(c-Jun N-terminal kinase，JNK)和p38丝裂原活化蛋白激酶通路(p38MAPK)多次被证实与CML密切相关[12]，关键通过诱导K562细胞的凋亡进而参与CML的疾病进展[13]。ERK-MAPK通过CML细胞中异常表达，进而促进细胞增殖同时介导TKI药物耐药，在CML肿瘤血管新生方面，仍需大量研究证实其促进作用[14-15]。而JNK-MAPK和p38MAPK两条通路在CML发病过程中，通过增强CML细胞对药物敏感性以及调节CML细胞自噬和分化两方面进行调控，但仍需进一步研究证实[16]。MAPK信号通路、Wnt信号通路、JAK/STAT信号通路的异常激活发生在CML加速期和急变期，研究推断其通过调控CML-LSC的分化与凋亡，参与CML疾病进展[17]。

图2 MAPK信号通路示意图

1.2.3PI3K/AKT信号通路

磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K) /蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)信号通路(图3)是BCR-ABL下游的关键通路之一。通过激活下游核因子 mTOR和(NF)-κB等通路，灭活相关caspase凋亡基因，包括基因转录和翻译、细胞生长、增殖和存活、细胞代谢等，细胞周期进展，凋亡和自噬多种生物学过程。特别是，在CML疾病进展过程中，Bcr-Abl1产生转化活性，下调P27表达并且磷酸化PI3K/AKT通路的下游底物BAD及Foxo3a，磷酸化这些靶分子，进一步的导致细胞抗凋亡活性和细胞周期进程的改变，使CML癌细胞无限增殖不受控而降低生存率[18]。在CML病程中的各个时期，通过诱导细胞增殖和分化，阻止细胞凋亡并调控细胞恶性生物学相关特性[19]。

图3 PI3K/AKT信号通路示意图

PI3K/AKT信号通路的异常活化与CML的进展息息相关。也提示CML的发生发展并非某一信号通路的单独作用，复杂信号网中不同通路间的相互影响，共同调节CML细胞增殖及克隆形成能力，影响疾病进程[20]。

1.2.4Wnt/β-catenin信号通路

β-catenin是一种细胞骨架蛋白，是Wnt通路中关键的信号传递因子，参与调节细胞的生长、增殖和细胞间的黏附，与CML的发生密切相关[21]。Wnt/β-catenin信号通路(图4)的激活，可上调CML-LSCs的自我更新及分化为CML细胞的潜能，并参与CML的急变及伊马替尼的耐药[22]。该通路的异常激活，使细胞内的ABCB1(胞膜表面多药耐药转运蛋白)过度表达，使疾病因耐药而加速进展。同时，诱导急变及K562细胞耐药，与BCR-ABL酪氨酸激酶密切相关。因此，通过选择Wnt/β-catenin信号通路抑制剂联合TKI药物进行治疗，通过降低LSCs的增殖，改善骨髓微环境，下调β-catenin的异常表达来诱导细胞凋亡，可能是下一步研究的方向。

图4 Wnt/β-catenin信号通路示意图

1.2.5其他信号通路

除了上述4条经典信号通路之外，还有研究发现：与发育相关的Sonic hedgehog(Shh)通路在CML中蛋白表达水平升高并促进其干细胞增殖并与β-catenin存在共激活而产生K562耐药[23]；Notch/Hesl信号通路参与调控CML-LSC的增殖，加速疾病的进展[24];抑制RhoA/ROCK信号通路可以抑制慢性髓细胞样白血病细胞系生长和病灶转移，Bcr-Abl促进RhoA活性，诱导Ras恶性转化[25]。

所有报道中的信号通路调控，都汇聚成一个独特的终点：白血病克隆的增殖和失控。确定每种信号转导途径对白血病过程的相对贡献是一个重要的研究领域，由BCR-ABL激活的信号通路越来越多，研究也越加广泛而复杂，但似乎BCR-ABL的所有转化功能都依赖于它的酪氨酸激酶活性。深入研究更多信号通路为CML的治疗带来了新的方向。

2 临床药物

2.1 酪氨酸激酶抑制剂(TKI)(图5)

伊马替尼(Imatinib，Glivec®，Novartis or generic)是苯胺嘧啶类Bcr-Abl TKI。1996年Druker等[7]首次报道了TKI(STI571)对慢性粒细胞白血病的体外数据。

图5 TKIs抑制剂结构式

2001年美国FDA批准伊马替尼用于治疗干扰素α治疗失败后CP和BP期CML患者，是第1个被批准用于治疗CML的TKI[26-27]。2002年伊马替尼被批准作为CML初治患者的一线治疗药物，通过阻断磷酸腺苷(ATP) 与Bcr-Abl酪氨酸激酶催化中心结合位点，竞争性抑制Bcr-Abl自身和底物磷酸化。在信号转导途径上，通过抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡，进而达到治疗CML的目的。随着临床使用经验的增加，高比例的BP患者约15%～25%发生耐药。原发性及继发性耐药是临床治疗失败的主要原因，但对于进程为更晚期疾病的患者，建议改用第2代TKI。心脏射血分数低和肾小球滤过率低的患者应仔细观察相关器官毒性反应[28-29]。导致耐受性差的最常见原因是早期液体潴留、胃肠道症状、肌肉痉挛、关节疼痛、皮疹和疲劳[30-31]。近一半服用伊马替尼患者中断治疗。此外，作为CML患者长期用药，经济状况也决定患者预后。

达沙替尼(Dasatinib，Sprycel®，Bristol-Myers Squibb)，口服双Src-Abl1激酶抑制剂，可以结合有活性abl激酶构象，无p环上方结合位点，更有效抑制abl激酶不易发生耐药[32]。对(表1)所示位点有效。其抑制作用比伊马替尼大300倍以上。与伊马替尼都有T315直接接触点，可产生T315突变耐药。其适应症为伊马替尼耐药或不耐受的CML，研究证实同等疗效，达沙替尼毒性相当[33-34]。但达沙替尼有显示肺毒性，有胸腔积液病例报道。呼吸衰竭和既往或合并的肺或心包疾病以及肺动脉高压是达沙替尼作为一线治疗的绝对禁忌症。建议服用达沙替尼之前对患者进行潜在心肺功能评估。除此之外，关注患者血小板凝集情况，预防出血事件。

尼洛替尼(Nilotinib，Tasigna®，Novartis)是通过对伊马替尼耐药Bcr-Abl1突变体结构进行优化，通过对abl激酶、kit激酶、ARG激酶和PDGFR激酶的抑制作用，进一步结合无活性abl激酶构象。对T315I突变没有活性。对(表1)所示位点有效。高脂饮食显著增加其口服生物利用度。既往有冠心病、脑血管意外或外周动脉闭塞性疾病的患者是尼洛替尼作为一线治疗的绝对禁忌症[35-37]。Q-D间期延长为尼洛替尼的黑框警告，使用期间必须关注。调整剂量可以减少相关不良反应，但仍需纠正及检测电解质水平。另有胰腺炎病史的患者可能有更高的血清脂肪酶水平升高的风险，每天需要服药2次，患者依从性问题也需要考虑。

博舒替尼(Bosutinib，Bosulif®，Pfizer)是一种口服双Src-Abl1激酶抑制剂，对(表1)所示位点有效。伊马替尼耐药人群和伊马替尼不耐受人群的2年总生存率分别为88%、98%。典型的不良反应为短暂性腹泻及转氨酶升高，主要发生在治疗的前几个月。治疗后，患者血清脂肪酶升高，有时伴有胰腺炎的临床表现。因此，在有胰腺炎病史的患者中，首选其他TKI。用药不受餐饮影响，仅限二线治疗用药。

表1 Bcr-Abl1耐药突变后TKI药物选择

雷多替尼(Radotinib，Supect®，Dae Wong pharmaceuticals)是第4个二代TKI，是细胞信号转导抑制剂，Bcr-Abl融合蛋白和血小板源性生长因子(PDGF)受体的酪氨酸激酶抑制剂，已于2012年在韩国获批一线治疗药物，FDA和EMA还未获批。雷多替尼在结构上与伊马替尼非常相似，对BCR-ABL1突变体表现出几乎相同的活性。有研究表明[38-39]，每天服用300 mg拉多替尼的分子应答率明显高于伊马替尼。到目前为止，主要报道不良反应为转氨酶水平的频繁升高，没有相关的合并症或绝对禁忌症报告。

帕纳替尼(Ponatinib)是唯一针对T315I突变有效的第三代TKI药物，一期研究显示63%的患者获得了完全的细胞遗传学缓解[40]。目前已被批准用于Bcr-Abl1T315I突变患者和对2种及以上位点耐药的CML患者[41]。有研究证实服用帕纳替尼的患者有动脉血栓等心血管毒性事件的发生率增加[42]，有可能与剂量有关。该药物不推荐作为一线首选，作为耐药病人的挽救治疗，心血管高风险人群推荐低剂量初始治疗并实时监测。

2.2 烷化剂

白消安(Busulfan，BU)，又称马利兰(图6(a))，1953年首次运用于CML治疗，不具有细胞周期特异性[43]，曾在20世纪50年代作为CML首选药物，目前在造血干细胞移植前应用广泛[44]，有明显的药物停药后继作用，治疗窗窄，易发生骨髓抑制，高突变性导致BP期进展为BC期[7]。临床上曾出现严重不良反应如肝静脉闭塞症(hepatic veno-occlusive disease，HVOD)[45]。服用白消安可发生不育、肺纤维化及肝静脉栓塞综合征、皮肤色素沉着等。因其诸多不良反应，临床针对CML已停用该药物。

2.3 核苷酸还原酶抑制剂

羟基脲(Hydroxyurea，HU)，又称羟基脲素(图6(b))，是一种核苷酸还原酶抑制剂(ribonucleotide reductase inhibitors，RRI)，是唯一一种受到高度调控的酶系统[46]，具有抑制RNA还原酶活性，干扰DNA合成的作用，从而抑制骨髓增殖。具有细胞周期特异性并进行双重抑制。抗代谢性高，安全性较好。临床常见不良反应，如骨髓抑制、生殖毒性、胃肠道反应、皮肤色素沉着、肝毒性等与其他化疗药物相当。有研究显示：患者服用羟基脲诱发房颤与药物相关。是TKI药物问世前CML一线治疗药物，适用于白消安耐药的患者治疗，对初期治疗效果优于加速期，急变期无效。

2.4 阿糖胞苷

阿糖胞苷(Cytosine)(图6(c))是一种嘧啶类抗代谢药物，其在体内转化为有活性的阿糖胞苷二磷酸和三磷酸，从而抑制蛋白质合成和DNA复制。细胞周期性药物，可选择性抑制CFU-GM，且小剂量给药疗效仍然突出，并可降低此疾病骨髓Ph染色体阳性细胞指标[47-48]。有研究证实，在CML治疗中，阿糖胞苷和伊马替尼联合使用，在提升血液学及骨髓细胞遗传学缓解率有积极作用，可以有效避免出现原发耐药情况(包括病情复发、死亡情况)。同时，在不增加药物副反应前提下，有效改善患者预后，在CML治疗中应用价值较高[49]。目前临床热点在与TKI药物进行联合降低耐药发生。

2.5 干扰素α

干扰素(Interferon)属于糖蛋白，具有调节免疫功能、抗肿瘤、抗病毒等多种生物学作用，并对肿瘤细胞分化产生诱导作用，抑制癌基因，促进杀灭肿瘤细胞和Ph染色体阳性细胞转阴[50]，在大约10%～15%的患者中达到完全细胞遗传学缓解[51]。在前TKI时代，作为治疗CML首选药物，随着PEG-IFNα的出现，干扰素成为新的热点治疗药物[52]。干扰素α-2b(图6(d))能通过对CML恶性克隆细胞间黏附分子的调节，实现细胞的抑制，达到治疗CML的目的。研究表明联合运用羟基脲、小剂量重组干扰素α-2b和阿糖胞苷，能有效抑制细胞增殖[50，53-54]。一般作为TKI耐药，不耐受allo-HSCT患者二、三线选择[55]。研究证实，达沙替尼联合PegIFN-α治疗CML的研究方案，病人耐受性良好，分子效应率显著增加[56-57]。目前有研究利用TKI药物和干扰素联合治疗进行干预，效果较单用TKI药物效果佳。通过其免疫调节功能，长效Peg IFN临床运用成熟，联合集落刺激因子可增强疗效。

图6 CML传统治疗药物结构式

2.6 中药单体

2.6.1砷剂

砒霜和雄黄是我国传统中药，主要成分为三氧化二砷和三硫化二砷，是中国首创的化疗类中药单体。2000年FDA批准三氧化二砷作为急性早幼粒细胞白血病(APL)的一线治疗药物，在CML患者中也有相应应用。通过对细胞周期阻滞而抑制肿瘤细胞增殖，调控凋亡基因的表达，进而诱导细胞的凋亡。目前，针对雄黄治疗主要集中在改善水溶性以及提高生物利用度方面的应用，运用纳米技术及微生物浸出工艺进行改造是研究的热点。有研究证实，针对伊马替尼耐药的病人微生物雄黄转化液也具有较强的增殖抑制作用和融合蛋白降解效应[58]。砷剂的使用浓度与细胞凋亡正相关，不良反应限制了其临床应用。

2.6.2高三尖杉酯碱

高三尖杉酯碱(Omacetaxine)是我国特有的三尖杉属植物(Cephalotaxus)中提取的一种有效抗癌生物碱[59](图7(a))，能抑制真核细胞蛋白质的合成，使多聚核糖体解聚，干扰蛋白核糖体功能。具有细胞周期特异性，对细胞内DNA的合成亦有抑制作用。对G1、G2期细胞杀伤作用最强，而对S期细胞作用较小。

FDA于2012年批准其作为慢性髓性细胞白血病，用于伊马替尼耐药的病人[60]，2020年欧洲慢性粒细胞白血病推荐意见高三尖杉酯碱用于BCR-ABL1 T315I基因突变的患者[61]。其主要不良反应是骨髓抑制、心脏毒性及胃肠道反应，整体不良反应较轻与剂量成正相关。低剂量缓慢长期给药可减缓其不良反应[62]。有研究证实，伊马替尼联合高三尖杉酯碱可发挥协同作用，与单用伊马替尼相比提高了主要细胞遗传学反应率[63-64]。

2.6.3靛玉红

靛玉红是我国传统中药“当归龙荟丸”中青黛的主要药效成分，为双吲哚类化合物(图7(b)),也是大青叶、蛇床子和板蓝根等中药的主要药效成分[65]。研究证实其能显著抑制细胞周期蛋白依赖性激酶，低剂量长疗程，可产生持久的骨髓抑制活性，且不良反应轻微[66]。

2.6.4姜黄素

姜黄素是中药材姜黄提取的酚性化合物(图7(c))，通过下调P210表达抑制癌细胞增殖，诱导肿瘤细胞凋亡以及自噬，促进癌细胞死亡[67-68]。姜黄素衍生物C817化合物可抑制野生型BCR-ABL蛋白以及突变体蛋白的活性[69]。姜黄素衍生物C1209是Hsp90抑制剂，体外研究显示对K562和耐伊马替尼的白血病细胞K562/G01具有明显的增殖抑制作用[70]。

图7 CML中药单体结构式

3 临床研究中药物

3.1 MEK抑制剂

研究证实，在CML细胞增殖和凋亡方面，MEK 抑制剂起重要作用[71]。目前开展的临床项目当中，化合物MEK162联用尼洛替尼，用于治疗晚期CML患者的NCT02225574研究及另一研究(NCT00131989)，评价索拉非尼用于治CML的疗效得到积极的结果。虽然索拉非尼并非直接 MEK抑制剂，但可以显著抑制 MEK 的上游调节信号(RAF)。MEK抑制剂联合其他通道药物在治疗CML方面，可以增加疗效的同时降低短时间MEK抑制剂的严重耐药。

3.2 Aurora激酶抑制剂

研究证实，Aurora激酶(丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶)抑制剂不但可以调节细胞有丝分裂，而且影响染色体稳定性[72]。Aurora激酶抑制剂Danusertib(PHA-739358)对T315I BCR-ABL阳性细胞的凋亡有促进作用。目前进行的临床二期研究中，对Danusertib是否对接受伊马替尼治疗后复发的CML患者有效方面进行验证。

3.3 新型ABL激酶抑制剂

针对TKI类药物耐药及不良反应等问题，新型ABL激酶抑制剂也是研究热点。目前开展研究的药物包括Rebastinib(DCC-2036)、GNF-5 和Bafetinib(NS-187，INNO-406)。相应的数据待公示，期待对CML治疗带来新的希望。

4 结论

1) 随着CML一线药物TKIs在临床的广泛使用，多重耐药、副作用和并发症相继出现，TKIs治疗陷入了僵局。第3代TKI药物帕纳替尼的出现，为Bcr-Abl1T315I突变患者和对2种及以上位点耐药的CML患者带来了治愈的新希望。但因为心血管毒性事件的发生，目前指南并不推荐作为一线首选。除了现有治疗方法的应用以外，更具靶向性的小分子药物亟待研究和开发。

2) 从细胞水平方面探究，CML的治疗效果不但与年龄密切相关，患者的细胞遗传学及分子特征也需要密切关注，进而达到快速识别早期的病症并延缓疾病进展的目的。

3) 新的治疗模式(如免疫疗法等)在临床的推广，特异性强，对正常细胞损伤小，整体生存期延长等优势逐渐体现。目前，最具前景的嵌合抗原受体T细胞免疫疗法(CAR-T)和程序死亡受体(PD-1)单抗药物的循证医学佐证，通过免疫系统激活从而改变患者免疫相关指标。但也存在不良反应以及患者不耐受等诸多问题。

4) 未来的重大挑战在于是否可通过免疫疗法联合小分子靶向药物结合CML干细胞移植从而使患者获得完全治愈；基于信号通路筛选候选药物也是今后努力的方向。