HOX基因在血液病中的研究进展*

雍彦礼 何鑫宇 赵 齐 尚溪瀛 常亚娟 郭 玮 李鹤然 孙 凤△

1 同源合基因的结构和分类

同源盒基因(Homeobox gene)是一组高度保守的脱氧核糖核酸(DNA)序列——由183个核苷酸组成，此序列能够编译一段较为保守的由61个氨基酸残基构成的螺旋-转角-螺旋基序。同源盒基因编码转录的蛋白质产物是能够与脱氧核糖核酸上的特定核苷酸序列结合的一种转录因子，通过与其他转录因子协同调节转录作用以促进造血细胞的增殖和分化。在人类中，同源盒基因分为I类同源盒基因(HOX基因)和Ⅱ类同源盒基因(Non-HOX基因)。HOX基因目前研究提示存在39个基因，它们聚集在4条不同的染色体上(7p15,17q21.2,12q13,和2q31)，这些集群被分别命名:HOXA、HOXB、HOXC和HOXD。每个集群由13个旁系同源物组构成，根据其序列相似性和在集群中的位置分配9～11个数字。Non-HOX基因又称非同源盒基因，它是不同的同源盒基因，具有较少的同源性，散落于细胞基因组中，如PAX、EMX、MSX、PMX1等。

2 同源盒基因与造血的关系

金淑清等[1]研究发现在同一染色体上的3'端的HOX基因会早于5'端的基因表达，位于3'端的HOX基因的表达主要影响细胞增殖和迁移，5'端的HOX基因则影响细胞的分化和凋亡。HOX基因能够调控造血干细胞和祖细胞的增殖与分化，当其在造血干细胞和祖细胞内表达异常时会导致其分化成熟障碍，造血能力减弱，严重则会发展为血液系统疾病。HOX基因在造血干细胞和祖细胞中以谱系特异性和分化期受限的方式表达，HOXA基因主要在髓系细胞中表达，HOXB基因多在红系细胞中表达，HOXC基因在淋巴细胞中普遍表达。HOXD基因与其他HOX基因簇相似，但在造血过程中并不表达。

HOXA集群基因主要调控髓系分化，Crooks等[2]研究发现 HOXA5能够平衡红系和粒/单核祖细胞的分化程度，当HOXA5在造血干细胞中过度表达时红系祖细胞占所有祖细胞的百分率减低，但总集落形成单位数量没有减低。Fuller等[3]研究发现当敲除人骨髓细胞的HOXA5会导致粒/单核细胞造血受到抑制，而红系祖细胞数量增多。这些研究表明HOXA5的表达能够促进粒/单核祖细胞分化，而抑制红系祖细胞，即调节红系和粒/单核祖细胞的分化。HOXA6是一种调节造血细胞生长和存活周期的重要基因，Dickson等[4]研究发现 HOXA6直接参与了造血祖细胞发育的基本过程，能促进造血细胞短期的增殖和长期的自我更新。HOXA7能够决定巨核系-红系祖细胞(MEP)分化方向，使之向巨核系分化。So等[5]研究发现HOXA7是MEP分化所必需的，敲除HOXA7的小鼠会表现MEP数量减少，网织红细胞增多和血小板计数减少。HOXA9具有调控造血干细胞的增殖，再繁殖以及调控髓系和淋巴系分化的能力，在被敲除HOXA9的小鼠中会观察到血液中淋巴细胞明显减少，共同淋巴祖细胞和淋巴前体细胞、普通髓系祖细胞和粒/单核细胞祖细胞计数、白细胞总数减少，并且当HOXA9的表达缺失时会削弱造血干细胞的增殖和再繁殖能力[5-7]。HOXA10的表达局限在早期髓系祖细胞，决定着粒/单系祖细胞的分化，Buske等[8]研究发现HOXA10在人脐带血和胎儿的肝脏CD34+细胞中的过度表达会导致原始细胞的大量产生，并伴随着红系分化的完全阻断和B细胞发育的严重减退。这些发现提示HOXA10的表达调控对于防止造血干细胞的异常发育和分化至关重要。Xu等[9]研究发现HOXA7、HOXA9和HOXA11的表达程度和AML的预后存在相关性，当HOXA7、HOXA9和HOXA11表达程度增加时，AML的预后往往会变差。

HOXB集群基因是红系发育分化的主要调控分子之一。HOXB2在各系细胞中都有表达，对造血调控有重要作用。HOXB3可通过调控B和T淋巴细胞的分化造成髓系前体细胞增殖的延迟，研究提示在敲除HOXB3的小鼠骨髓中观察到B淋巴细胞发育明显受损[10，11]。Abramovich等[12]认为HOXB4在小鼠和人骨髓细胞中的增强表达促进了体内造血干细胞(HSC)的自我更新，并且不破坏HSC的特异性分化。可溶性重组的HOXB4可以实现HSC的体外扩增，并且经过HOXB4体外扩增的HSC具有保持其正常分化和长期再分化的潜能，在接受HOXB4诱导的HSCs移植的大量小鼠中未检测到血液学的异常。Fischbach等[13]发现在小鼠中HOXB6的过度表达可导致造血干细胞和髓系祖细胞增殖，但是抑制了红细胞和淋巴细胞的生成，同时HOXB6的上调常在急性髓系白血病中观察到。Kappen[14]发现HOXB6基因的敲除会导致小鼠骨髓和胎肝细胞早期的红系祖细胞增多。这些研究表示HOXB6能够促进原始细胞的增殖，但会抑制其分化。施翰等[15]研究发现 HOXB6 基因在脐血淋巴系祖细胞中(体外)均有表达，与淋巴系造血呈现一定的相关性。冉伶[16]在人类脐血造血干祖细胞向红系祖细胞的分化过程中用三氧化二砷(AS2O3)进行干扰，发现 HOXB6调控红系祖细胞的产生、增殖与存活，HOXB6基因在红系中随着时间延长有逐渐增强的表达，提示HOXB6基因是红系的主要基因之一，不仅对HSC的自我更新和维持至关重要，而且对调节淋巴系和髓系分化之间的平衡也是至关重要的。

HOXC基因是淋巴系统造血的主要调控基因，如HOXC4、HOXC5、HOXC6在B和T淋巴细胞均表达，且随淋巴细胞的分化表达程度会提高，同时HOXC4也是早期调控造血的早期因子。尽管HOXC4存在于淋巴细胞系，但在非常早期的骨髓造血细胞中也有HOXC4的信息[17]。冯静乔等[18]研究发现HOXC4、HOXC6基因在脐血淋巴系祖细胞中规律表达，HOXC4在人类造血干细胞向淋巴系祖细胞的正常增殖分化过程中表达较HOXC6强烈。

3 同源盒基因与白血病和骨髓增生异常综合征发病的研究

研究提示HOX基因对于造血调控和造血细胞的发育有重要作用，是造血干/祖细胞增殖分化的主要调控基因。HOX 基因在早期造血细胞分化和后期造血细胞的定向过程中发挥着特定的功能和作用，并通过调节其下游的靶基因来参与造血细胞的增殖和分化，造血细胞内HOX基因的异常表达可导致多种血液系统疾病的发生[19-21]。

黄媚贤[22]研究提示HOXA集群基因的遗传学改变及其与Non-HOX基因和其他融合基因共存，而使HOXA基因与DNA结合并开始发挥调控作用，从而导致白血病。HOXA10基因可以调控造血细胞的发育，具有髓系特异性，黄颖[23]研究提示HOXA10基因转录表达失衡可以导致髓系白血病的发生，与HOXA9、Pbx1、Meisl等共同影响白血病的进程。王艳艳等[24]对HOXB3、HOXB4、HOXB6、MEIS1基因与AML患者CR率作了相关性分析,统计学分析表明，HOXB3、HOXB6、MEIS1基因的表达与标准方案(DA、MA、AT)化疗后的CR率显著相关，HOXB4基因与CR率无明显相关关系。分析发现HOXB3、HOXB6、MEIS1基因表达阳性的患者化疗后CR率明显低于基因表达阴性者，提示以上同源盒基因在AML发病中起一定的作用，HOXB3、HOXB6、MEI1基因的表达可作为评价AML病情预后的指标之一。谢忻琰[25]研究提示在骨髓增生异常综合征中可见HOX基因的异常表达及融合基因的形成，HOX基因异常甲基化和异常嵌合的NUP98-HOX参与了骨髓增生异常综合征病情的发生和发展。

4 同源合基因与慢性再生障碍性贫血发病研究的预测

慢性再生障碍性贫血(Chronic aplastic anemia，CAA)是由多种病理机制导致的骨髓造血功能衰竭性疾病之一，其特点为全血细胞减少，以贫血、出血和感染及其相应伴随症状为主要临床表现。CAA具有发病缓慢、病程迁延、缠绵难愈等特点，且部分CAA患者可因失治误治，或因感染等情况发生而导致病情加重，进展成为重型再障，危及患者生命，是血液系统的难治性疾病之一。CAA的发病机制之一的“种子学说”指出CAA的患者存在造血干/祖细胞的缺陷，此缺陷可能先于疾病而存在，但是一直没有被触发，在某些条件下如：理化因素、生物影响或其他外部干预的刺激，通过此缺陷引起疾病的发生与进展，但部分患者能够通过机体的自我修复而代偿，相对而言病情较轻。CD34细胞是造血干细胞的表面标志物，而CD34+细胞则表明早期造血干/祖细胞的存在，可作为检测原始细胞的标志[26]，HOX基因与造血调控和造血干/祖细胞的分化密切相关。

中医药治疗CAA具有独特优势，根据CAA的临床特点将其归属于中医学“虚劳”范畴，但虚劳涵盖的范围很广泛，因此为了区分CAA和其他虚劳疾病，2008年国家中医药管理局重点专科血液病协作组专家们统一将其命名为“慢性髓劳病”，指出“肾虚髓枯”是本病病机关键之所在，肾阴虚、肾阳虚和肾阴阳两虚的分型为治疗慢性髓劳病提供了简明有效的分型标准[27，28]，且以补肾生血为主的治疗方法及其获得的临床疗效已得到血液界专家的认可，为中医药治疗慢性髓劳病的理论和临床研究奠定了基础，具有重要的指导作用。课题组以中医学“肾藏精、精化血”理论为指导，认为该理论与骨髓造血功能密切相关。其中“肾藏精”之“精”与造血干/祖细胞相近；“肾藏精”之“藏”与骨髓造血微环境 “龛”中基质细胞黏附作用有关；“精化血”之“化”与骨髓造血免疫调控作用有关。课题组结合临床实践研制出补肾生血方药补髓生血颗粒治疗慢性髓劳病，临床总有效率达80%左右，疗效确切，通过相关研究提示补髓生血颗粒能够刺激骨髓造血干/祖细胞的增殖和分化[29-31]。

综上所述，CAA为骨髓造血功能衰竭性疾病，发病机制的“种子学说”指出此病的发生与造血干/祖细胞缺陷相关，CD34+细胞是造血干/祖细胞的标志，HOX基因与造血调控和造血干/祖细胞的分化密切相关。基于中医学“肾藏精—生髓—化血”的理论，指出“肾虚髓枯”是CAA的主要病机，应用补肾生血中药治疗，补肾生血中药具有促进造血干/祖细胞增殖和分化的作用，那么CAA的发病是否与HOX基因的异常表达有关，补肾生血中药是否具有通过调控HOX基因表达以促进造血干/祖细胞增殖和分化的作用机制，这将是课题组近期内重要的研究内容，以此进一步阐述CAA的“种子学说”发病机制和丰富中医学的“肾藏精”理论。