陈 苗，韩 冰

(中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 血液科, 北京 100730)



短篇综述

端粒和骨髓衰竭性疾病研究进展

陈 苗，韩 冰*

(中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 血液科, 北京 100730)

端粒缩短是遗传性或获得性骨髓衰竭的共同途径之一。基因突变导致端粒缩短，减少造血干细胞数量和增殖能力，导致骨髓低增生。环境因素打破代偿造血平衡，导致骨髓衰竭。

端粒；端粒酶；骨髓衰竭性疾病

人端粒是线性染色体末端高度重复的TTAGGG 6碱基序列和特定结合蛋白的复合体。端粒保护染色体末端不被DNA损伤修复机制识别为断裂的DNA，避免DNA降解、融合。端粒随着细胞每次分裂而缩短，短到一定程度，细胞就会停止分裂，进入衰老或凋亡。端粒受端粒酶的调控，端粒酶是一种核糖蛋白,包括两个核心部分,反转录酶催化亚单位 (telomerase reverse transcriptase, TERT)和RNA亚单位(telomerase RNA component, TERC)，以TERC自身的RNA模板在TERT催化下合成端粒，维持端粒的长度[1]。

端粒功能异常是很多退化性疾病的病因，表现为特发性肺纤维化、骨髓衰竭和肝硬化等，恶性肿瘤发生率明显增高。因此人们根据端粒的遗传和分子生物学特征提出“端粒病”或“端粒综合征”的概念，代表一组短端粒导致的独特疾病谱。增生活跃的骨髓容易受到端粒缩短的影响，造血干、祖细胞增殖能力丧失，同时在其他因素如环境、遗传、表观遗传学改变等影响下，导致骨髓衰竭。本文综述了目前对端粒和端粒酶缺陷与骨髓衰竭性疾病的发生和表现的认识进展。

1 端粒与遗传性骨髓衰竭综合征

先天性角化不良(dyskeratosis congenita, DC)是第一个被明确为端粒异常致病的人类疾病。表现为皮肤异常色素沉着、指甲角化不良和口腔白斑，约90%以上的患者发展为再生障碍性贫血,易出现肺部并发症或恶性肿瘤。DC患者普遍存在非常短的端粒，而且与患者病情严重程度相关[2]。X连锁DC患者存在DKC1基因(编码端粒酶相关蛋白dyskerin)突变，使人们考虑基因损害可能是端粒缩短的关键原因。之后，常染色体显性遗传DC患者中发现其他端粒酶相关蛋白质NOP10、NHP2基因突变，编码端粒结合蛋白TIN2的基因TINF2突变[3]，TRF1敲除的小鼠出现DC表现[4]，进一步支持端粒酶及端粒相关结构功能障碍端粒明显缩短是DC的发病原因。调节端粒酶的活性可能有一定治疗意义，端粒酶基因启动子区域含有受雌激素调控的序列，细胞在雄激素(在胞内转化为雌激素)或雌激素作用下端粒酶表达增多，患者对雄激素的治疗反应可能与此机制有关。

Fanconi贫血(FA)的致病基因产物参与DNA损伤修复，基因突变导致DNA损伤修复缺陷，染色体不稳定促使骨髓衰竭。FA白细胞端粒缩短很常见，而且端粒缩短与骨髓衰竭的严重程度、发展成再障的可能性、脏器畸形的发生直接相关，与MDS和肿瘤发生的年龄成负相关。但FA患者未发现TERC和TERT突变，端粒酶活性仍保存，提示FA患者端粒缩短可能通过其他机制，如代偿增生端粒核苷酸丢失增多，或是DNA修复缺陷直接导致端粒DNA损害。

Shwachman-Diamond综合征(SDS)主要表现为儿童胰腺发育不全和骨髓衰竭，大多数患者发现Shwachman-Bodian-Diamond综合征基因(SBDS)突变。SDS患者白细胞端粒明显缩短，即使是仅1～2系血细胞减少的轻症SDS，而且SBDS蛋白表达越低的患者端粒越短。但患者端粒酶活性正常，未发现SBDS蛋白和端粒酶成分(TERT或TERC)存在相互作用，端粒缩短可能不是通过端粒酶的机制。

2 端粒与获得性再生障碍性贫血(aplastic anemia, AA)

获得性AA患者存在端粒酶复合体基因突变，但发生率较低(筛查TERC、TERT突变约3%～5%)[5]，编码端粒结合蛋白(TRF1,TRF2)基因也有变异。端粒酶基因突变导致端粒明显缩短，多能造血干细胞分化缺陷[6]。合并端粒酶基因突变的AA可能有血液病家族史，或严重肝病或肺纤维化的家族史，发病年龄小，可合并骨髓增生异常,对免疫抑制剂反应差，对雄激素可有一过性反应,端粒短者(可无已知突变)治疗复发率高，出现晚期恶性克隆性演变风险增加，总体存活率低,干细胞移植时，需考虑供者的端粒突变状况和长度。北京协和医院对于中国AA患者也证实部分患者端粒缩短，发现TERC突变，突变患者对免疫抑制治疗无效[7]。

这些基因突变是否足以导致AA呢？一方面，端粒酶基因突变导致的疾病表型多种多样，包括单独AA，单独肺纤维化或肝硬化，或多脏器受累，提示端粒酶基因突变不是唯一致病因素。另一方面，与AA患者有同样端粒酶突变的亲属也存在端粒酶活性下降，端粒缩短，但他们无症状。因此推测，存在端粒酶基因突变个体的骨髓在正常条件下能维持一定造血，但对其他损伤因素更易感，如病毒感染、药物或免疫攻击，更容易发生AA。短端粒的获得性AA患者数量远多于确认有突变的患者，因此其他基因异常或环境因素可能也加速了端粒损耗。TERC或TERT突变更可能作为遗传高危因素而不是遗传决定因素。

获得性AA治疗主要是造血干细胞移植和强化免疫抑制治疗，缩短的端粒长度与免疫抑制治疗的短期疗效没有关系，但与复发、恶性克隆演变(转化为MDS和白血病的风险增加4～5倍)及总生存有关[8- 9]。短端粒的AA患者行标准方案异基因造血干细胞移植，化疗相关肺毒性和肝毒性等并发症增加，预后很差。进行端粒酶相关基因DNA测序，端粒长度测量，对短端粒的患者采取减低预处理剂量(reduced intensity conditioning,RIC)的移植可以改善生存[10]。

3 端粒和骨髓增生异常综合征(myelodysplastic syndrome, MDS)

MDS主要特征为无效造血和易进展至白血病。在MDS患者中，白细胞端粒的长度较正常对照缩短，但不同研究组间存在一定差异(与MDS异质性有关)。端粒短的患者贫血更严重，骨髓原始细胞比例高。越晚期的亚型，端粒缩短的比例越高。染色体异常尤其预后不良复杂核型异常的患者端粒缩短更明显。IPSS评分越高端粒越短。但端粒长度能否作为MDS患者预后指标尚需更多病例长期生存数据说明。MDS患者存在TERT和TERC突变，在家族病例中也有致病基因确认，但总体而言突变很罕见，北京协和医院[11]对62例MDS患者检测没有发现TERT和TERC基因突变，11例MDS转化的急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)仅一例有TERT突变[12]。

端粒长度随年龄缩短，但端粒3′末端单链悬突长度不随年龄改变。悬突是端粒末端组成“t环”的重要结构，维持染色体末端结构、避免染色体相互融合。MDS患者悬突长度明显缩短，悬突长度与IPSS(international prognostic scoring system)或WPSS(WHO classification-based prognostic scoring system)评分负相关，高危患者悬突长度短于低危患者，悬突短的患者短期预后差于悬突正常的患者[11]。悬突长度可能是MDS患者独立预后因素。

MDS患者端粒酶活性报道不一。大多数MDS端粒酶活性正常或轻中度升高，在进展期MDS及AML患者比低危MDS更加明显。端粒酶活性的差异，可能与骨髓或外周血细胞成分复杂及MDS各亚型的异质性有关。IPSS低危患者端粒酶活性明显低于中危- 1患者，端粒酶活性高的患者生存明显变差,端粒酶活性增高可能是进展期疾病的标志。有时，在一些所谓的IPSS低危的MDS患者中，也可以看到疾病迅速进展及不良预后,端粒缩短和端粒酶活性增高也是这些所谓“低危MDS”患者的不良预后特点[13]。

MDS转化为白血病的分子机制还不完全清楚，端粒短的MDS患者白血病转化风险明显增加。淋巴瘤患者自体移植后治疗相关MDS和AML患者的端粒长度较未出现者明显缩短[14]，AML患者(原发及MDS继发)悬突长度也明显缩短，短悬突患者核型异常发生率高，预后差[12]，提示端粒明显缩短导致染色体不稳定在白血病转化中发挥重要作用.

4 端粒和阵发性睡眠性血红蛋白尿(paroxysmal nocturnal hemoglobinuria，PNH)

研究PNH患者端粒的报道较少，主要是端粒长度检测，端粒酶基因突变仅有个案报道。研究发现PNH患者GPI-和GPI+造血干细胞的端粒较相应年龄对照均明显缩短[15]。这是PNH发生的机制之一还是造血干细胞代偿增生的结果目前还不清楚。进一步研究发现GPI-细胞的端粒较GPI+细胞明显缩短，可能由于GPI-较GPI+细胞增生活跃，分裂次数多，支持GPI+造血干细胞损伤导致GPI-细胞代偿增生的选择生长优势。GPI+细胞端粒明显缩短的患者，发生造血干细胞衰竭并发症风险增加。

5 问题和展望

端粒和端粒修复是具有线性DNA染色体的细胞的基本分子过程。端粒酶和“庇护所”蛋白基因的遗传缺陷导致端粒损耗加速，是几种以前认为无相关性的疾病的病因：AA,肺纤维化和肝硬化。端粒病尤其是病情较轻和慢性的患者，可能并不少见，只是大多数未被临床医生认识到。如果能广泛通过商业试剂盒检测白细胞端粒长度、端粒酶活性，TERT和TERC基因测序，相关缺陷的发现有预后、治疗和遗传咨询的意义，尤其当端粒长度明显减少时是一个可靠的诊断标志，是先天性角化不良很好的筛选办法。但端粒病的诊断可能仍然很困难。一些表现典型的家系可能不是已知的基因突变，部分端粒病的病因可能是非常规筛查的基因调节区域改变。罕见的“庇护所”蛋白基因突变可能产生严重的角化不良但端粒酶修复能力正常。对于DC之外的其他骨髓衰竭性疾病，端粒长度缩短只见于部分患者，且端粒长度在不同人群中变异很大，端粒长度测定对确立诊断意义有限。

细胞内端粒酶的表达受到高度调控，端粒酶基因表达调控机制是研究的焦点,如原癌基因MYC、性激素等激活端粒酶表达的途径机制。端粒酶复合体基因突变的检出率远低于端粒缩短的发生率，端粒酶的活性甚至保持正常，非端粒酶途径导致的端粒缩短的机制也是探索热点。有机体的环境对端粒损耗的作用，很多器官和疾病中慢性炎症进展到肿瘤过程中端粒损耗的作用都还了解很少。

典型的端粒介导器官衰竭是一个持续的过程，患者可能经历很多年的亚临床期才出现症状，一些患者在感染或药物等影响下出现急性脏器功能恶化。短端粒的患者对免疫抑制治疗反应差，恶性克隆转化风险大，生存预后较差。认识到端粒缺陷明确的致病性，可以优化治疗策略。端粒缩短和端粒酶基因突变的致病机制开启了转化型研究的新领域，可能调节端粒酶表达、维持或延长端粒的药物或激素，在端粒病的治疗中很有前景。

志谢：感谢诺华铁过载基金(2013)、中国抗癌协会一百时美施贵宝血液肿瘤科研发展专项基金提供学术支持。

[1] Lu W, Zhang Y, Liu D,etal. Telomeres-structure, function, and regulation[J]. Exp Cell Res, 2013, 319:133- 141.

[2] Alter BP, Rosenberg PS, Giri N,etal. Telomere length is associated with disease severity and declines with age in dyskeratosis congenita[J]. Haematologica,2012,97:353- 359.

[3] Sasa GS, Ribes-Zamora A, Nelson ND,etal. Three novel truncating TINF2 mutations causing severe dyskeratosis congenita in early childhood[J]. Clin Genet,2012,81:470- 478.

[4] Beier F, Foronda M, Martinez P,etal. Conditional TRF1 knockout in the hematopoietic compartment leads to bone marrow failure and recapitulates clinical features of dyskeratosis congenita[J]. Blood,2012,120:2990- 3000.

[5] Du HY, Pumbo E, Ivanovich J,etal. TERC and TERT gene mutations in patients with bone marrow failure and the significance of telomere length measurements[J]. Blood,2009,113:309- 316.

[6] Winkler T, Hong SG, Decker JE,etal. Defective telomere elongation and hematopoiesis from telomerase-mutant aplastic anemia iPSCs[J]. J Clin Invest,2013,123:1952- 1963.

[7] Han B, Liu B, Cui W,etal. Telomerase gene mutation screening in Chinese patients with aplastic anemia[J]. Leuk Res,2010,34:258- 260.

[8] Scheinberg P, Cooper JN, Sloand EM,etal. Association of telomere length of peripheral blood leukocytes predicts hematopoietic relapse, malignant transformation,and survival in severe aplastic anemia[J]. JAMA,2010,304:1358- 1364.

[9] Calado RT, Cooper JN, Padilla-Nash HM,etal. Short telomeres result in chromosomal instability in hematopoietic cells and precede malignant evolution in human aplastic anemia[J]. Leukemia,2012,26:700- 707.

[10] Dietz AC, Orchard PJ, Baker KS，etal. Disease-specific hematopoietic cell transplantation: nonmyeloablative conditioning regimen for dyskeratosis congenita[J]. Bone Marrow Transplant, 2011,46:98- 104.

[11] Yan S, Han B, Li H,etal. Telomerase gene screening and telomere overhang detection in Chinese patients with myelodysplastic syndrome[J]. Leuk Res. 2013,37:1359- 62.

[12] Yan S, Han B, Wu Y,etal. Telomerase gene mutation screening and telomere overhang detection in Chinese patients with acute myeloid leukemia[J].Leuk Lymphoma, 2013,54:1437- 1441.

[13] Mittelman M, Oster HS, Hoffman M,etal. The lower risk MDS patient at risk of rapid progression[J]. Leuk Res,2010,34:1551- 1555.

[14] Chakraborty S, Sun CL, Francisco L,etal. Accelerated telomere shortening precedes development of therapy-related myelodysplasia or acute myelogenous leukemia after autologous transplantation for lymphoma[J]. J Clin Oncol,2009,27:791- 798.

[15] Baerlocher GM, Sloand EM, Young NS,etal. Telomere length in paroxysmal nocturnal hemoglobinuria correlates with clone size[J]. Exp Hematol,2007,35:1777- 1781.

Advance in studies on telomere and bone marrow failure diseases

CHEN Miao, HAN Bing*

(Dept. of Hematology, PUMC Hospital, CAMS & PUMC, Beijing 100730, China)

Telomere shortening is one of the common ways to hereditary or acquired bone marrow failure. Telomere shortening caused by gene mutations reduces the number and proliferation of hematopoietic stem cells, and leads to bone marrow hypoplasia. Environmental factors break compensatory hematopoietic balance and lead to bone marrow failure.

telomere; telomerase; bone marrow failure diseases

2014- 05- 16

2014- 12- 01

1001-6325(2015)04-0545-04

R551.3

A

*通信作者(corresponding author)：hanbing_li@sina.com