撰文 | 張輝 責編 | 周葉斌兒童急性淋巴細胞白血病（Acute Lymphoblastic Lukemia, ALL）的發病高峰年齡在2~5歲 是兒童中最常見的惡性腫瘤。孩子被診斷為ALL時…… Nature Genet｜中美專傢閤作研究解密：為什麼孩子會得白血病？ - 趣味新聞網

撰文 | 張輝 責編 | 周葉斌

兒童急性淋巴細胞白血病（Acute Lymphoblastic Lukemia, ALL）的發病高峰年齡在2~5歲，是兒童中最常見的惡性腫瘤。孩子被診斷為ALL時，傢長總是不免會問：“為什麼我的小孩會這麼不幸”，或是，“醫生，我的小孩怎麼就得瞭這個病”。

越來越多證據錶明： 相較於成人ALL，兒童ALL發病有顯著的遺傳易感性 。通過全基因組關聯研究（Genome-Wide Association Studies，GWAS），至今已發現15個與兒童ALL發病相關的遺傳變異位點，分彆位於GATA3、ARID5B、IKZF1、CEBPE、PIP4K2A-BMI1、CDKN2A/2B、LHPP、ELK3、BAK1、IGF2BP1、USP7、IKZF3、ERG、TP63和SP4，它們不同程度地增加瞭兒童ALL的發病風險。

然而，GWAS明確的這些位點隻是提示增加風險，這些變異到底是通過什麼機製增加發病風險、與什麼樣的白血病風險相關、是否可以預防呢？這些問題仍有待迴答。

2022年2月3日，美國聖裘德兒童醫院 楊俊 教授及其團隊國傢兒童醫學中心上海兒童醫學中心 張輝 醫生，和美國西北大學芬伯格醫學院 嶽峰 教授及其團隊復旦大學婦産科醫院 楊紅波 研究員、 欒宇 博士後，在 Nature Genetics 發錶題為“ Noncoding genetic variation in GATA3 increases acute lymphoblastic leukemia risk through local and global changes in chromatin conformation ”的文章。

該研究通過對ALL胚係樣本進行深度靶嚮測序發現：位於GATA3基因的rs3824662遺傳變異與兒童費城染色體樣急性淋巴細胞白血病（Ph-like ALL）發病風險高度相關。並用組學實驗發現rs3824662風險等位基因A通過在基因座形成增強子，募集上遊轉錄因子核因子I/C，順式激活GATA3轉錄，進而通過重塑染色質空間構象激活Ph-like特徵性基因轉錄，從而導緻B淋巴細胞具備Ph-like的錶型特徵。用白血病細胞轉化模型，以及斑馬魚模型，發現GATA3通過激活CRLF2-JAK2-STAT5信號轉導促進B淋巴細胞的Ph-like ALL白血病轉化過程。該研究為係統性研究兒童ALL遺傳易感性提供瞭模範式參考，豐富瞭預防ALL的認識，讓風險人群甄彆和早期預防更精準。

兒童費城染色體樣急性淋巴細胞白血病（Ph-like ALL）是一組與費城染色體陽性ALL具有相似錶達譜特徵的ALL亞型，預後不良。為瞭明確兒童Ph-like ALL發病的遺傳易感性，研究團隊在前期基礎上，對5008名B細胞ALL兒童（包括985名Ph-like ALL）的GATA3基因座進行瞭深度靶嚮測序並進行易感性分析，結果顯示： rs3824662的風險等位基因A的相關性最高，且相關性獨立於性彆、年齡、人種，提示該變異位點的功能普遍性。

GATA3是T淋巴細胞特異性轉錄因子。然而，rs3824662並不在GATA3外顯子區域，因此不影響GATA3蛋白功能。那麼問題就來瞭，在B-ALL中的GATA3 rs3824662到底怎麼影響兒童Ph-like ALL的發病？研究團隊通過整閤Roadmap Epigenomics Project數據和熒光素酶報告基因實驗發現，rs3824662風險等位基因A通過在B淋巴細胞中形成一增強子，該區域為染色質開放鬆弛特徵，更有意思的是：在正常B淋巴細胞株和B-ALL病人的正常B淋巴細胞，都發現該現象。

rs3824662與Ph-like ALL易感性相關，風險等位基因A賦予增強子活性和開放染色質狀態相關 。A）深度靶嚮測序揭示GATA3基因座與Ph-like ALL發病易感性。B）Roadmap Epigenomics Project分析顯示rs3824662位於B淋巴細胞的潛在增強子區域。C）在正常B淋巴細胞GM12878中驗證rs3824662風險等位基因獲得增強子活性。D-F）通過正常B淋巴細胞係和B-ALL病人的正常B淋巴細胞的錶觀遺傳研究顯示：rs3824662風險等位基因A所在區域為開放染色質狀態。

GATA3 rs3824662風險等位基因A的增強子活性，到底在上遊通過什麼轉錄因子産生轉錄激活功能，又是激活瞭哪些基因的轉錄，以及這種轉錄激活産生怎樣的與Ph-likeALL相關的特徵呢？為瞭迴答這個問題，研究團隊進行瞭係列實驗。通過Capture-Seq和TADqPCR發現：rs3824662通過與GATA3啓動子區域相互作用，順式激活GATA3轉錄，而對同一個拓撲相關結構域中的其他基因卻並不産生影響。進而通過DNA結閤預測和ChIP-qPCR、過錶達和乾擾等實驗，證明轉錄因子NFIC結閤rs3824662風險等位基因A而非等位基因C，激活GATA3轉錄。GATA3的錶達增加，進一步結閤在B淋巴細胞的Ph-likeALL相關基因的調控區域，尤其是轉錄起始位點，從而讓B淋巴細胞易感於Ph-likeALL錶型。

rs3824662風險等位基因A通過順式激活GATA3轉錄，促進Ph-like ALL特徵性基因錶達 。A）rs3824662風險等位基因僅對同一拓撲相關結構域中的GATA3轉錄産生影響。B）染色質構象捕獲顯示rs3824662與GATA3啓動子相互作用。C）熒光素酶報告基因實驗顯示：rs3824662風險等位基因A的增強子活性隨著NFIC的共錶達而增加。D）NFIC乾擾或敲除都使得GATA3錶達顯著降低。E-H）B淋巴細胞中，GATA3過錶達結閤在Ph-like ALL特徵性基因，尤其是在其轉錄起始位點結閤。

GATA3 rs3824662風險等位基因A隻與GATA3的錶達量相關，卻不影響GATA3的蛋白質功能。為什麼GATA3 rs3824882風險等位基因A在B淋巴細胞中能産生如此劇烈的反應呢，這裏麵藏著什麼秘密？研究團隊利用CRISPR/Cas9基因編輯的B淋巴細胞和B-ALL細胞的HiC和ChiPseq數據進行構象分析發現：rs3824662等位基因從C變A，B淋巴細胞的染色質空間構象發生轉換，尤其是在Ph-like ALL相關基因上。

GATA3重構B淋巴細胞染色質空間構象 。A-B）對CRISPR/Cas9基因編輯後的GM12878(A/A)細胞比GM12878(WT)細胞進行HiC，發現rs3824662風險等位基因A能重構B淋巴細胞染色質構象。C-D）染色質構象重塑在Ph-like ALL特徵性基因上尤為突齣，如PON2。

是怎麼樣的構象改變，産生Ph-like ALL的特徵呢？

GATA3增加增強子-啓動子相互作用，促進Ph-like ALL特徵性基因的轉錄和相互作用 。A-C）在CRISPR/Cas9基因編輯的B淋巴細胞中，HiC數據顯示rs3824662風險等位基因A能更顯著影響基因調控結構域之間的相互作用，尤其是增強子和啓動子之間的作用。D-E）除瞭對Ph-like ALL特徵性基因錶達産生影響外，研究還發現rs3824662風險等位基因A的攜帶，在融閤基因的夥伴基因附近高度富集，並在兩個伴侶基因間形成一個染色質環，促進融閤基因的發生。

遺傳易感的分子機製研究希望讓潛在ALL患兒從根源上受益。為瞭更深入的迴答這個問題，研究團隊基於上述的結果，通過多西環素控製的GATA3誘導型錶達細胞株研究發現：GATA3誘導過程中，CRLF2錶達上調，同時活化瞭JAK2-STAT5。白血病轉化模型進一步證實GATA3通過激活CRLF2-JAK2-STAT5信號轉導通路，促進淋巴細胞的白血病轉化。該現象在GATA3的斑馬魚實驗上，也得到瞭驗證。

GATA3通過活化CRLF2-JAK-STAT信號轉導通路，促進B淋巴細胞白血病轉化 。A-B）GATA3直接調控CRLF2轉錄。C-D）GATA3通過激活JAK2-STAT5信號轉導通路促進B淋巴細胞白血病轉化。E-G）GATA3過錶達的細胞更具備造血增殖優勢。H）GATA3 rs3824662風險等位基因易感B-ALL的模式圖。

綜上， 該研究從臨床問題齣發鎖定易感性位點，通過基礎研究明確其易感性機製發現T淋巴細胞特異性轉錄因子GATA3在B淋巴細胞中異常高錶達，通過重塑B淋巴細胞染色質空間構象，富集結閤在Ph-like特徵性基因啓動子/增強子區域，啓動其轉錄，進而通過活化JAK2-STAT5信號通路導緻B淋巴細胞發生白血病轉化 。

更有意思的是，該研究團隊圍繞該遺傳變異的研究同時發現： GATA3 rs3824662遺傳變異與兒童B-ALL早期治療反應不良高度相關 ，機製研究顯示GATA3通過激活JAK2-STAT3-自噬信號轉導，使得ALL細胞對門鼕酰胺酶耐藥，從而導緻早期治療反應不良 （J Natl Cancer Inst, 2021；Clin Transl Med, 2022）。

該係列圍繞GATA3 rs3824662遺傳變異的研究，真正從臨床齣發，轉嚮科學研究，又迴歸臨床指導臨床精準分層與預測，改善臨床ALL診療，為係統性研究兒童ALL遺傳易感性提供瞭模範式參考。盡管如此，病人傢長的問題，我們現在仍不能很好地迴答，隻有通過一項項精緻細緻的研究，纔能更接近真相，從而更好地服務臨床，更好地改善兒童ALL的防治工作。

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責編

製作

排版 | 車潔 校對 | uu