先天性純紅細胞再生障礙性貧血（DBA）是一種罕見的遺傳性的骨髓衰竭性疾病。中國醫學科學院血液病醫院（中國醫學科學院血液學研究所）石莉紅研究員、朱平研究員、竺凡主任、程濤教授從單細胞轉錄組水平解析了DBA患兒發病機制，闡明了糖皮質激素治療有效的分子機理，同時發現I型干擾素在DBA臨床治療中可能存在巨大潛力。近日，該研究成果在線發表于國際期刊《細胞發現》。
六成DBA患兒攜帶核糖體蛋白基因突變
據介紹，DBA臨床主要表現為1歲以內發病的中重度貧血，骨髓紅系造血細胞明顯減少甚至缺失。約60%的DBA患兒攜帶核糖體蛋白基因雜合突變。
自20世紀60年代以來，糖皮質激素一直是DBA臨床治療的一線藥物，然而長期應用糖皮質激素對患兒身高體重、內分泌及免疫系統發育影響巨大，并且有20%左右的DBA患兒激素治療無反應，只能依靠持續輸血或者造血干細胞移植進行治療，給家庭、社會等造成了沉重的負擔。
“然而由于DBA患兒造血干細胞增殖分化而來的紅系祖細胞（BFU-E）數量極少，傳統研究方法難以利用如此微量的細胞來進行研究，因而無法解釋為什么核糖體蛋白基因雜合突變的特異性導致DBA患兒單純紅系造血衰竭，但對其他造血譜系卻沒有影響等諸多問題。”石莉紅介紹，同時，糖皮質激素治療有效或者無效的分子生物學機制也沒有得到很好的解釋。
課題組收集了5例健康供者和11例包含初診、糖皮質激素治療有效（GCR）及治療無效（GCNR）3種類型的DBA患兒骨髓樣本作為研究材料，利用流式細胞術分選BFU-E。使用單細胞轉錄組測序技術完成BFU-E的深度測序。
破解核糖體基因突變只累及紅系造血之謎
通過流式細胞術以及克隆形成實驗研究證實，相比健康供者，DBA患兒BFU-E比例降低且增殖能力差，凋亡增加。同時，課題組發現初診DBA患兒BFU-E更多進入S期（DNA復制期），細胞周期加快。當用糖皮質激素治療后，激素治療有效患兒細胞周期減慢，BFU-E凋亡減少，但激素治療無效患兒變化不顯著。
基于以上研究，課題組認為，DBA患兒在出生后紅系造血需求增加的壓力下BFU-E細胞周期加快，被迫進入S期，DNA復制壓力增加，而由于核糖體蛋白基因雜合突變導致的核糖體蛋白單倍劑量不足，無法滿足細胞周期加快的需求，進而導致P53蛋白依賴及非依賴的凋亡信號通路激活，BFU-E凋亡增加。而糖皮質激素可以通過減慢DBA患者BFU-E的細胞周期速度，以減少BFU-E凋亡，從而起到治療作用。
接下來課題組進一步對比了糖皮質激素治療有效和無效患者的表達譜發現，治療有效的患者I型干擾素水平表達大幅提升，并且可通過靶基因MYC調控核糖體生物合成，減弱核仁應激。“造血干細胞紅系分化實驗證實，小劑量I型干擾素可促進BFU-E增殖，同時I型干擾素和糖皮質激素可能存在協同效應。”石莉紅介紹，RPS19（核糖體小亞基蛋白19的編碼基因）突變患者原代造血干細胞培養同樣證實，小劑量I型干擾素可使DBA患兒BFU-E凋亡減輕，紅系造血增加。
“我們通過這一系列研究提出了DBA發病的新機制：一方面，核糖體基因雜合突變導致蛋白質合成供應不足；另一方面，為滿足機體所需，DBA患者BFU-E被迫進入S期，需要進行大量DNA復制，這種‘供需’矛盾大幅提升復制壓力，導致DNA損傷，細胞凋亡。”石莉紅表示，此發現回答了核糖體基因雜合突變為何特異性導致DBA單純紅系造血衰竭的問題。陳 曦
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