B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia elicits an interferon-α/β response in bone marrow-derived mesenchymal stroma
KWS：BCP-ALL；interferon-α/β；bone marrow-derived mesenchymal stroma；co-culture
B细胞前体急性淋巴细胞白血病（BCP-ALL）是最常见的儿童恶性肿瘤，其特征是骨髓中 B 前体细胞的恶性转化和克隆扩增。研究表明，骨髓微环境促进白血病生成并导致细胞耐药性。骨髓来源的间充质基质细胞（MSC）是骨髓微环境的主要组成部分。以往研究报道，当与 MSC 的相互作用被破坏时，白血病细胞在体外对化疗药物重新敏感，例如，通过干扰隧道纳米管的形成。白血病细胞使用隧道纳米管作为与 MSC 通讯的有效机制。隧道纳米管的破坏导致 MSC 分泌的细胞因子谱发生变化，并降低白血病细胞的生存优势。这些发现表明，MSC 在 BCP-ALL 的维持中起重要作用，尽管机制尚不清楚。
最近，为了阐明潜在的机制，荷兰乌得勒支Princess Máxima儿科肿瘤学中心课题组研究了白血病细胞对 MSC 基因表达谱的影响，并探讨了差异表达基因是否影响 BCP-ALL 的存活和药物反应性。研究表明，干扰素（IFN）α/β 通路在 BCP-ALL 细胞与 MSC 细胞相互作用时被选择性激活；然而对该通路的干扰不会影响其活性和耐药性。这表明 IFNα/β 反应可能在 BCP-ALL 的病理生物学中发挥不同的作用。研究成果发表在 Haematologica 杂志题为“B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia elicits an interferon-α/β response in bone marrow-derived mesenchymal stroma”。
首先，将暴露于原发性 BCP-ALL 患者样本细胞与 MSC 建立共培养（图1 A）。RNA 测序数据显示，与 BCP-ALL 细胞共培养后，MSC 中 IFN 通路激活的基因富集。所有三种被测试的骨髓来源 MSC（MSC#1-3）在与 BCP-ALL 细胞共培养中具有相似水平的 IFN 相关基因表达增加，表明白血病诱导的表达变化与 MSC 的来源无关（图1 B）。
与单独培养的 MSC 相比，与 BCP-ALL 共培养时，包括 IFI6、MX1、IFI27 和 OAS3 在内的 IFN 相关基因在 MSC 中上调 4.3 至 7.7 倍（图1 B），其他 IFN 相关基因如 IFITM1、IFI44L、IFIT1 和 ISG15 也显著上调。反之，BCP-ALL 细胞中未发现 MSC 诱导的IFN 特征基因表达的变化。
在与最常见的融合基因 ETV6-RUNX1 阳性 BCP-ALL 细胞共培养后 MSC 中 IFN 相关基因的表达显著高于与 B-other BCP-ALL 细胞共培养的 MSC 中的表达，如 IFI6、MX1和 OAS3。根据对患者ALL细胞的观察，注意到暴露于ETV6-RUNX1 阳性细胞系REH细胞（人急性非B非T淋巴细胞白血病细胞）的MSC持续上调 IFNα/β 基因。MSC 暴露于健康免疫细胞不会诱导典型的 IFN 特征，然而，却观察到 CXCL10 表达的诱导，这很可能是由于与单核细胞的相互作用。这些数据表明，IFN 特征是由 BCP-ALL 细胞选择性诱导的，最深的是 ETV6-RUNX1 阳性 ALL 细胞，因为 MSC 与健康免疫细胞的共培养不会引起类似的 IFN 特征。
在与最常见的融合基因 ETV6-RUNX1 阳性 BCP-ALL 细胞共培养后 MSC 中 IFN 相关基因的表达显著高于与 B-other BCP-ALL 细胞共培养的 MSC 中的表达，如 IFI6、MX1和 OAS3。根据对患者ALL细胞的观察，注意到暴露于ETV6-RUNX1 阳性细胞系REH细胞（人急性非B非T淋巴细胞白血病细胞）的MSC持续上调 IFNα/β 基因。MSC 暴露于健康免疫细胞不会诱导典型的 IFN 特征，然而，却观察到 CXCL10 表达的诱导，这很可能是由于与单核细胞的相互作用。这些数据表明，IFN 特征是由 BCP-ALL 细胞选择性诱导的，最深的是 ETV6-RUNX1 阳性 ALL 细胞，因为 MSC 与健康免疫细胞的共培养不会引起类似的 IFN 特征。
图1 B 细胞前体急性淋巴细胞白血病细胞在间充质基质细胞中诱导干扰素相关基因特征。（A）实验装置示意图。（B）15例患者单独培养后和与BCP-ALL细胞共培养后的骨髓间充质干细胞配对样本中IFI6 mRNA表达水平。
之前的研究表明，白血病细胞的活力取决于通过隧道纳米管介导的与 MSC 的密切直接接触，这可以从共培养上室中预先标记的 ALL 细胞转移到下室中的 MSC 看出（图2 A、B）。尽管阻止隧道纳米管的形成显著降低了 CXCL10、IFI44L和 IFITM1的表达水平，但并非所有测试基因都受到影响（如IFI6、IFITM1、MX1、IFI27）（图2 C）。这表明隧道纳米管-依赖性信号仅部分导致 MSC 中 BCP-ALL 诱导的基因表达变化。
图2 直接的细胞间接触有助于诱导间充质基质细胞中干扰素相关基因的表达。（A） REH 细胞与间充质基质细胞（MSC）进行共培养和共培养的实验设置示意图。（B） 与 REH 白血病细胞直接共培养 40 小时后 DiI 阳性 MSC 的百分比。（C）与REH细胞直接或transwell共培养40小时后，间充质干细胞中干扰素相关基因的表达水平。
进一步地，为了检测 MSC 中 IFN 相关基因的上调是否对原代 BCP-ALL 细胞的活力有因果影响，敲低了IFI6、MX1、IFI27、IFI44L 和 ISG15 基因。与对照相比，敲低几个 IFN 相关基因后 MSC 的活力基本不受影响，但 shIFI27 处理的 MSC 除外。在3天的培养实验中，暴露于ETV6-RUNX1阳性细胞后，MSC中观察到的强 IFN 基因特征的沉默并未显著降低原代ETV6-RUNX1 BCP-ALL细胞的活力。此外，在共培养40或120小时后，在MSC 中沉默 IFN 信号通路的关键调节因子STAT 1也不会导致 ALL 活力改变。因此，通过沉默单个IFN相关基因干扰IFN信号不会影响白血病细胞的生存活性。
值得注意的是，与 BCP-ALL 细胞和 MSC 的单培养中检测到的水平相比，共培养环境中分泌的 IFNα（和 IFNb）水平减少，这种影响与 ETV6-RUNX1 状态无关。这是值得注意的，因为ETV6-RUNX1 阳性细胞明显诱导了 MSC 中 IFN 相关基因的表达。与 BCP-ALL 共培养后，MSC 中 IFNα/β 结合 IFNAR1 而非IFNGR2 的表达水平降低，这与 ETV6-RUNX1 状态也无关。IFNy 受体基因 IFNGR1 和 IFNGR2 的表达水平是可变的，与 ETV6-RUNX1 状态无关。
MSC 中的基因调控对 IFNα/β 敏感，因为将重组 IFNa 和 IFNb 添加到 MSC 的单培养中明显诱导了 MSC 中IFN 指数基因 IFI6 的表达。相应地，通过同时添加 IFNα/β 信号抑制剂来阻止 ETV6-RUNX1 介导的 IFI6 表达诱导，在孵育40小时后分别导致56倍和27倍的减少，在孵育120小时后分别导致35倍和12倍的减少（图3 A）。ETV6-RUNX1 BCP-ALL 诱导的 MSC 中 IFN 相关基因的表达在暴露于 IFNa/b 抑制剂而非 IFNy 抑制剂时也降低（图3 B）。然而，在孵育 40 小时或 120 小时后，添加这些抑制剂并不影响 BCP-ALL 细胞与 MSC 共培养的活力，而 MSC 在延长孵育 120 小时时显然为 ETV6-RUNX1 BCP-ALL 细胞提供了生存优势（图3 C），而这种优势对 IFNa/b 抑制不敏感（图3 C）。这说明，BCP-ALL 细胞在 MSC中触发 IFNα/β 但不触发 IFNy 反应。
此外，IFNa/b 抑制剂不调节 MSC 诱导的 ETV6-RUNX1 BCP-ALL 细胞对常用药物 L-门冬酰胺酶、柔红霉素和泼尼松龙的耐药性。这表明，BCP-ALL 细胞对三种化疗药物的耐药水平不受 MSC 中 IFN 信号阻断的影响。
图3 间充质基质细胞中干扰素介导的反应不会影响原发性 ETV6-RUNX1 B 细胞前体急性淋巴细胞白血病的活力。（A）暴露于重组人干扰素（IFN）α、IFNβ及其抑制剂（i-IFNa/p） 40小时和120小时后，间充质基质细胞（MSC#2）中IFI6 的 mRNA 表达水平。（B）IFN 相关基因表达水平，在暴露于原代 ETV6-RUNX1 阳性 BCP-ALL 细胞 40 小时，有和没有 IFNa/p或 IFNy抑制剂。（C）ETV6-RUNX1 BCP-ALL细胞在与i-IFNa/p 单培养、与不含i-IFNa/p的MSC共培养、或与i-IFNa/p的MSC共培养40小时和120小时后细胞活力变化倍数。
总之，该研究表明，IFNα/β 而不是 IFNy 有助于 MSC 中 BCP-ALL 触发的 IFN 特征。MSC 中 IFN 相关基因的诱导不会影响暴露于 MSC 时观察到的 BCP-ALL 细胞的活力和耐药水平。研究数据支持进一步研究 BCP-ALL 诱导的 IFNα/β 反应的作用，尤其是在 ETV6-RUNX1 阳性 ALL 的情况下。这可能会增加我们对白血病细胞如何操纵免疫微环境的理解，这些知识在基于细胞的免疫疗法的新兴领域非常重要。
参考文献：Smeets MWE, Steeghs EMP, Orsel J, Stalpers F, Vermeeren MMP, Veltman CHJ, Slenders L, Nierkens S, Van de Ven C, Den Boer ML. B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia elicits an interferon-α/β response in bone marrow-derived mesenchymal stroma. Haematologica. 2024 Jul 1;109(7):2073-2084. doi: 10.3324/haematol.2023.283494. PMID: 38426282; PMCID: PMC11215384.
图片来源：所有图片均来源于参考文献
小编旨在分享、学习、交流生物科学等领域的研究进展。如有侵权或引文不当请联系小编修正。如有任何的想法以及建议，欢迎联系小编。感谢各位的浏览以及关注！关注“Naturethink"公众号，了解更多相关内容。
