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伴有Down综合征的儿童急性白血病

21-三体综合征又称Down综合征,简称DS或先天愚型,是一种常染色体异常疾病,发生率约为1/700个出生患儿。目前已有80个不同的DS临床表型被鉴定,包括先天性认知障碍、颅面骨发育异常、消化道畸形、先天性心脏畸形、内分泌功能异常、神经源性痴呆、先天性免疫缺陷等,造血系统的异常在DS患儿表现为大红细胞血症、血小板数量异常和白血病发病率增高。急性淋巴细胞白血病(ALL)的发病率较正常儿童组高约20倍,急性巨核细胞白血病(AMKL)的发生率较正常高500倍,此外,约4%~10%的DS婴儿发生暂时性骨髓增殖症(transient myeloproliferative disorder,TMD),其中的20%病例在4年内发生AMKL。上述DS患儿的血液学异常提示21-三体对造血细胞的恶性转化起着至关重要的作用,但DS并非经典的基因组不稳定综合征,实体肿瘤在该综合征中的低发生率恰好证明这一点,鼠的动物模型实验也同样证实了这一观点。21-三体与造血系统恶性肿瘤发生的确切机制已作为研究血液系统恶性肿瘤的良好模型而备受关注。近年,临床上对伴DS的儿童急性白血病研究也多有报道,在本节中将作介绍。

发病机制

伴有DS的急性白血病从时间(胎儿期和婴儿期)和位置(胎儿肝脏造血)上来讲是研究白血病多步骤发病机制的天然遗传模型。近年来相关研究进展令人瞩目。

DS相关白血病的协同致癌基因

21号染色体数目增多是急性白血病中最常见的染色体数目异常。t(12;21)(p13;q22)造成TEL-AML融合基因,是儿童B-ALL最常见(20%~30%)的染色体异位,出现在约15%的ALL初治患儿和绝大多数ALL复发患儿中。在DS-M7急性期患儿的骨髓中,21号染色体编码的肿瘤浸润与转移因子(tumour invasion and metastasis factor,TIAM1)的信使RNA水平明显增高(3倍),AML/PEBP2α融合基因定位于DS关键区,并与t(8;21)和t(3;21)两种AML常见的染色体畸变特异相关。那么,除21号染色体致白血病的机制外,其他引起DS相关白血病的遗传学事件是什么呢?近期研究证与DS-ALL 和DS-AMKL演化相关的协同突变分别为JAK2和JAK3。

一、DS-AMKL的

演化 GATA1基因突变与TMD和DS-AMKL发病的关系是最令人瞩目的发现。在这种疾病中GATA1基因突变包括外显子2区域内的短缺失、插入和点突变,以阻止蛋白的全长表达,也有更短的变异型突变称之为GATA1s。DS-AMKL发生的必要条件是21-三体,但在种系GATA1基因突变类似于TMD和DS-AMKL者并未进展为白血病,因此推测21-三体和GA-TA1基因突变是DS发生白血病的两个必要条件。尽管如此,仍有很多不明的机制需要探究,TP53FLT3也可能是参与发病的次级突变协同基因。最近,在TMD和DS-AMKL样本中鉴定出酪氨酸激酶基因的活性突变使人们对DSAMKL的发病机制得到了新的认识,从2例AMKL患者和CMK细胞系中发现JAK3突变,并在体外经细胞系证实具有诱发白血病活性的功能,但JAK3和其变异体如何影响造血和巨核细胞的发育仍需进一步研究证实。

二、DS-ALL的

演化 额外的X染色体是DSALL最常见的染色体异常,占DS-ALL染色体异常的25%~50%,常见于超二倍体ALL。其他附加染色体有21、X和6号染色体,少见的有10、14、17和18号染色体。从21-三体和附加X染色体似乎可以发现未知的协同事件基因位于21和X染色体。其他细胞遗传学异常t(8;14)、del(9p)比非DS-ALL更常见。除染色体异常外,PTPN11和NRAS突变也在少数DS-ALL中发现,这两种突变也在单纯的21-三体核型中发现。

最近,在20%的DS-ALL患者中发现有JAK2突变,这个DS-ALL相关突变在JH2假激酶区特异地影响精氨酸(Arg683)和周围残基,有趣的是这些突变不同于在骨髓增殖性疾病(myeloproliferative disorder,MPD)的所见,它位于与V617分离的暴露保守区,推测JAK2突变的位置可能影响细胞依赖背景下的不同的下游区信号肽事件,其他JAK2突变体还有R683G突变,这些突变在同一个病例缓解时的标本未能检测到,证实这个突变是一个获得性次级突变。多个研究小组发现儿童患者JAK2突变在小年龄组(4. 5岁)发生率高于大年龄组(8. 6岁)(P<0. 001)。这些发现的真实意义有待进一步证实。

关于DS-ALL相关JAK2突变的功能研究发现,DS-ALL相关JKA2突变鼠造血祖细胞和具有JAK/ STAT活性及细胞因子依赖生长的Ba/F3细胞对JAK/STAT信号肽抑制剂敏感。虽然这些与ALL相关的突变在MPD患者中尚未找到,但已显现它能像V617F突变途径一样影响髓系造血,JAK2R683突变增加了初期骨髓细胞髓系克隆形成能力,这一现象证明JAK2突变是由定向的B淋巴祖细胞赋予的这些细胞增殖优势而在晚期获得的遗传事件。这些研究不仅提供了DS-ALL的第一个分子异常,也为这些白血病的治疗提供了新的JAK2抑制剂的研发设想。

21-三体对造血的影响

人类21号染色体(Hsa21)全长约33. 7Mb,包括已知的364个基因,31个反义转录本和5个不同的miRNAs(miR-99a,let-7c,miR-155,miR-125b-2,miR-802)。目前研究发现在21号染色体上的关键片段包括:DSCR(基因定位在21q22. 3),DSCR2(基因定位在21q22. 3),DSCR3(基因定位在21q22. 2),DSCR4(基因定位在21q22. 2),D21S55(基因定位在21q22. 2)。虽然与白血病发生的相关的基因尚不确定,但位于DSCR区的ERGETS2以及邻近DSCR区的RUNX1基因被认为是与DS相关白血病发生的候选基因。

TMD有胎儿肝脏和DS(或获得性21-三体)来源的双潜能祖细胞,21-三体可能在孕期直接影响造血细胞发育。研究显示,在胚胎早期(孕21周)可产生GATA1突变,为检测GATA1突变发生下的细胞性质,两个研究小组研究了21-三体人胎儿肝脏(FLs)的造血作用,结果发现21-三体没能改变CD34+CD38-细胞的比例,但能使巨核细胞红系祖细胞(MEPs)增高2~3倍,并且随时间的推移而增加(16周时增加35%,18周时增加65%)。此外,21-三体FL在甲基纤维素培养基内BFU-E(burst forming units-erythroid)、CFU-Mk(colony forming unitsmegakaryocyte)明显增加,并且三体CD34+祖细胞来源的CFU-GEMM(CFU-granulocyte,erythroid,macrophage,megakaryocyte)具有自我更新优势。液体培养条件下可以发现三体FL来源的祖细胞巨核细胞优先扩增,体内研究证实MEP也具有扩增优势。上述研究表明21-三体FLs来源的细胞具有红系、巨核系细胞自我促进增殖的作用。

这些研究足以证明21-三体是巨核细胞异常增生的重要因素,GATA1突变又是TMD发生巨核细胞恶性转化的“诱变剂”。尽管通过qRT-PCR (quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction)方法没有检测到三体FLs和整倍体FLs白血病癌基因一流候选基因ERGETS2RUNX1SON的表达差别,但进一步的功能实验对揭示GATA1基因如何在21-三体造血和白血病发生中发挥作用有着重要的意义。

特殊的染色体21基因在DS相关白血病中的作用

DS-ALL在儿童ALL所占的比例有限,DS-ALL和非DS-ALL或许存在人们尚未认识的差别。对BALL超二倍体亚群的微数列分析发现数个21号染色体编码基因,包括SOD1MX1HMG14SUMO3,STCH基因被认为是预测超二倍体B-ALL复发的基因。通过微数列技术对DS-AMKL和非DS-AMKL的Hsa21编码基因进行研究,发现76个鉴别二者的基因,其中包括编码红系标记的基因,但这些基因的功能尚不清楚。

已知Hsa21编码5个miRNA,在DS者脑和心脏组织中发现有过表达现象,其中有一组与正常和异常造血有关,如miRNA-99对CD34+细胞向巨核细胞分化起正调节作用,而miRNA-155和let-7c的作用与之相反。同时miRNA-155还参与髓系和B-淋巴细胞增殖异常。新近的研究还发现miRNA-125b-2在TMD和DS-AMKL过表达,推测Hsa21编码的miRNA可能在白血病转化中发挥作用。

尽管在过去的若干年对DS发生白血病的研究颇多,但21号染色体如何在DS发生白血病中发挥作用仍不清楚。下图是引自Malinge等发表在Blood杂志上关于DS-ALL发病机制的推测:

  1. 21-三体可能增加前白血病淋巴祖细胞的增殖与生存,在附加的特别遗传事件如JAK2突变或附加X染色体协同21-三体诱发白血病。这个模型与21-三体协同GATA1突变诱发DS髓系白血病发病相似。
  2. DS的独特微环境使21-三体在所有体细胞存在,儿童白血病的遗传事件风险增加,如儿童ALL的常见亚型TEL/AML1和超二倍体。这一模型可能对该领域的研究提供参考。

 DS-ALL发病机制的推测

DS-ALL发病机制的推测

流行病学及分型特征

暂时性骨髓增殖症

TMD是一种自限性的克隆增殖性疾病,仅在DS的新生儿中发病,发病通常在出生后3周,2~3个月时自行缓解。发病率约10%。TMD的患儿母亲年龄比患白血病的DS患儿母亲年轻(29岁:33岁)。TMD通常表现为一过性白细胞减少、不同程度的血小板减少及外周血出现大量巨核细胞,部分病例会出现致死性的婴儿水肿和渐进性肝纤维化。有报道,流式细胞仪分析显示其具有两种不同的CD34(+)、CD117(+)、CD56(+)未成熟细胞亚群,正常未成熟髓系祖细胞和表达CD41、CD42、CD61、CD36、CD13、CD1a、CD2的未成熟干细胞亚群,后者可能为M7白血病祖细胞。在TMD的祖细胞中,血小板来源生长因子(PDGF)和转移生长因子β1 (TGF-β1)基因高表达,可能与TMD脏器纤维化相关。

急性髓细胞白血病

DS-AML为DS相关急性白血病的主要类型,来自日本的一项36年对1514例DS尸检病例的统计发现,104例恶性疾病中造血系统恶性肿瘤占83. 7%(87例)、实体瘤占16. 3%(17例),87例血液系统恶性疾病中AML占35. 6%(31例)、ALL占11. 4%(10例)。DS-AML具有发病年龄小、既往多有骨髓异常增生综合征(MDS)病史,白细胞及血小板减少、红系异常增生、FAB分型多为M7和未分型AML、染色体易位少见以及对治疗高度敏感等特征。Forestier等报道在许多细胞遗传学特征上DS-AML和非DS-AML存在差别,如DS-AML患儿通常只有染色体数目改变,包括8、11、14、21-三体型,而在普通AML患儿中常见并且提示预后良好的t(8;21)、t(15;17)、inv(16)和t(9;11)等则很少见。

急性淋巴细胞白血病

DS-ALL和非DS-ALL在性别、白细胞计数、中枢神经系统白血病及染色体易位上差异无显著性。免疫分型示DS-ALL中早前B-ALL多见(P<0. 01),而T-ALL少见(P<0. 01)。DS-ALL在诊断时往往不伴有前纵隔肿物及中枢神经系统白血病发生。DSALL患儿的染色体异常中,提示不良预后的染色体,如t(9;22)、t(1;19)及t(4;11)少见。DS-ALL在诊断时提示预后不良的因素少见,但与非DS-ALL相比,其治疗效果稍差,但差异无显著性。对于DSALL患儿,治疗相关的药物毒性作用较明显,缓解期间感染相关死亡较多,大剂量的强化诱导化疗是有害的,故应用常规剂量化疗,并需要加强对抗药物毒性支持治疗。由于晚期骨髓复发,DS-ALL的无病生存率比非DS稍低[(58±8)%:(70±1)%,P = 0. 143]。但一旦经过治疗,则无明显差别(P = 0. 66)。DS、年龄≥6岁、治疗欠妥及感染等因素均可能使DS-ALL的无病生存率轻微降低(特征见表)。

DS和非DS儿童急性白血病的临床特征

DS和非DS儿童急性白血病的临床特征

治疗

DS白血病患儿对于药物的敏感性及其机制研究

DS-AML细胞对阿糖胞苷(Ara-C)(11. 5倍)、柔红霉素(DNR)(2. 2倍)、去甲氧柔红霉素(IDA)(7. 2倍)、甲氨蝶呤(MTX)(9. 2倍)、安吖啶(amsacrine)(16. 0倍)、依托泊苷(VP-16)(20. 1倍)、巯嘌呤(6-MP)(2. 7倍)、白消安(busulfan)(4. 6倍)、长春新碱(VCR)(23. 0倍)和泼尼松(>1. 1倍)的敏感性较非DS-AML明显提高(P<0. 01)。与DS-ALL及非DS-AML相比,DS-AML短期应用MTX后的耐药性明显增高(分别为113倍与21. 1倍),而长期应用后耐药性则无明显差异。DS-ALL细胞和非DS的B-ALL细胞对包括MTX在内的所有药物的敏感度均相似。无白血病的DS和非DS儿童的正常外周血单核细胞对药物均有较强的耐药性。

染色体数量异常部分解释DS患儿对化疗的敏感性。21号染色体上至少具有5种与核酸合成有关的基因:氨基咪唑合酶、甘氨酰胺核苷酸合酶、胱硫醚p合酶(CBS)、过氧化物歧化酶(SOD)和还原性叶酸盐载体。目前对于DS细胞对Ara-C敏感性增强的机制研究较多。Taub等发现,DS细胞内Ara-CTP水平增高同时伴随内源性脱氧三磷酸胞苷(dCTP)水平轻度减低,影响Ara-C整合进入DNA,从而使双链DNA解链的相对数目增多。这对于DS及非DS细胞在细胞周期分布上无明显差异。他们应用反转录PCR方法测定的CBS(12. 0倍)和SOD (3. 8倍)基因转录水平均明显增高(P<0. 0001)。CBS基因定位于21q22. 3,其基因转录水平与Ara-C高敏感(P<0. 003)及Ara-C代谢为Ara-CTP增多(P=0. 0003)有关。CBS基因转录增多可以增强CBS活性,并通过调节还原性叶酸盐、dCTP、S-甲基化腺苷水平和(或)脱氧胞苷激酶(dCK)基因的甲基化来调节Ara-C代谢。SOD与Ara-C和DNR敏感度无明显相关。dCK在CBS过表达细胞中起转录后的调节作用,其转录水平在DS细胞中也增高。常规HD-MTX应用后,DS-ALL和非DS-ALL的MTX群体药代动力学无差异,但DS-ALL患儿MTX清除略低、血液系统耐受性差、黏膜毒性和皮疹严重。推测定位于21染色体的还原性叶酸盐载体的基因数量增加白血病淋巴系祖细胞中甲氨蝶呤多糖苷的数量,该假设可能是DS-ALL中MTX毒性增强的机制之一。

治疗方案选择与预后

一、DS-AML的治疗

早期对于DS-AML患儿的治疗采用大剂量化疗,近期治疗相关毒性发生率高,诱导化疗往往提高死亡率,长期无病生存率低。多个临床实验证实采用常规剂量化疗,DS-AML的预后明显好于非DS(4年无病生存率分别为52%~89%)(下表)。造血干细胞移植不能提高疗效,研究数据表明,与非DS相比,移植相关的死亡率和移植中所表现出的药物毒性均明显增高,且移植后短期内出现气道黏膜炎症等可逆的气道损伤,并易出现包括肺炎、肺出血在内的致死性肺部疾病。目前采用非常简单的治疗方案即能获得很好的疗效,AML-MRC15对DS-AML采用4个疗程治疗。第一疗程:ADE 10+3+5[具体剂量Ara-C 200mg/(m2• d)×10d,柔红霉素50mg/(m2•d)×3d,依托泊苷100mg/(m2•d)×5d];第二疗程:ADE 8+3+5(Ara-C剂量为8天,余同第一疗程);第三疗程:Ara-C(3g/ m2,q12h×6次);第四疗程:Ara-C(3g/m2,q12h×6次)[1岁以下减量25%,HD-Ara-C 100mg/(kg•次)]。髓外白血病预防同非DS-AML。

国际多个儿童肿瘤协作组报道的DS-AML疗效

国际多个儿童肿瘤协作组报道的DS-AML疗效

二、DS-ALL的

治疗 DS-ALL的临床特征与非DS-ALL差别如前所述(表81-7),治疗与非DS-ALL相同。新近COG协作组为了更精确地了解儿童BALL的生物学特征,入组2811例儿童B-ALL进入COG9900实验,其中DS-ALL占3%。在该临床试验中检测了ALL常见的融合基因ETV6-RUNX1(TELAML1)、TCF3-PBX1(E2A-PBX1)、BCR-ABL、MLL易位和4号、10号染色体三体在两组患者中的差别并比较了两组的疗效。发现4号、10号染色体和ETV6-RUNX1在DS-ALL的阳性率明显低于非DSALL(P<0. 001),但两组5年EFS率和OS率分别为DS-ALL:69. 9%±8. 6%比78. 1%±1. 2%(P= 0. 078)和85. 8%±6. 5%比90. 0%±0. 9%(P=0. 033)。

(竺晓凡)

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