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細胞前體急性淋巴細胞白血病（BCP-ALL）是最常見的兒童惡性腫瘤，其特征是骨髓中 B 前體細胞的惡性轉化和克隆擴增。研究表明，骨髓微環境促進白血病生成并導致細胞耐藥性。骨髓來源的間充質基質細胞（MSC）是骨髓微環境的主要組成部分。以往研究報道，當與 MSC 的相互作用被破壞時，白血病細胞在體外對化療藥物重新敏感，例如，通過干擾隧道納米管的形成。白血病細胞使用隧道納米管作為與 MSC 通訊的有效機制。隧道納米管的破壞導致 MSC 分泌的細胞因子譜發生變化，并降低白血病細胞的生存優勢。這些發現表明，MSC 在 BCP-ALL 的維持中起重要作用，盡管機制尚不清楚。

最近，為了闡明潛在的機制，荷蘭烏得勒支Princess Máxima兒科腫瘤學中心課題組研究了白血病細胞對 MSC 基因表達譜的影響，并探討了差異表達基因是否影響 BCP-ALL 的存活和藥物反應性。研究表明，干擾素（IFN）α/β 通路在 BCP-ALL 細胞與 MSC 細胞相互作用時被選擇性激活；然而對該通路的干擾不會影響其活性和耐藥性。這表明 IFNα/β 反應可能在 BCP-ALL 的病理生物學中發揮不同的作用。研究成果發表在 Haematologica  雜志題為“B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia elicits an interferon-α/β response in bone marrow-derived mesenchymal stroma”。

首先，將暴露于原發性 BCP-ALL 患者樣本細胞與 MSC 建立共培養（圖1 A）。RNA 測序數據顯示，與 BCP-ALL 細胞共培養后，MSC 中 IFN 通路激活的基因富集。所有三種被測試的骨髓來源 MSC（MSC#1-3）在與 BCP-ALL 細胞共培養中具有相似水平的 IFN 相關基因表達增加，表明白血病誘導的表達變化與 MSC 的來源無關（圖1 B）。

與單獨培養的 MSC 相比，與 BCP-ALL 共培養時，包括 IFI6、MX1、IFI27 和 OAS3 在內的 IFN 相關基因在 MSC 中上調 4.3 至 7.7 倍（圖1 B），其他 IFN 相關基因如 IFITM1、IFI44L、IFIT1 和 ISG15 也顯著上調。反之，BCP-ALL 細胞中未發現 MSC 誘導的IFN 特征基因表達的變化。

在與最常見的融合基因 ETV6-RUNX1 陽性 BCP-ALL 細胞共培養后 MSC 中 IFN 相關基因的表達顯著高于與 B-other BCP-ALL 細胞共培養的 MSC 中的表達，如 IFI6、MX1和 OAS3。根據對患者ALL細胞的觀察，注意到暴露于ETV6-RUNX1 陽性細胞系REH細胞（人急性非B非T淋巴細胞白血病細胞）的MSC持續上調 IFNα/β 基因。MSC 暴露于健康免疫細胞不會誘導典型的 IFN 特征，然而，卻觀察到 CXCL10 表達的誘導，這很可能是由于與單核細胞的相互作用。這些數據表明，IFN 特征是由 BCP-ALL 細胞選擇性誘導的，最深的是 ETV6-RUNX1 陽性 ALL 細胞，因為 MSC 與健康免疫細胞的共培養不會引起類似的 IFN 特征。

在與最常見的融合基因 ETV6-RUNX1 陽性 BCP-ALL 細胞共培養后 MSC 中 IFN 相關基因的表達顯著高于與 B-other BCP-ALL 細胞共培養的 MSC 中的表達，如 IFI6、MX1和 OAS3。根據對患者ALL細胞的觀察，注意到暴露于ETV6-RUNX1 陽性細胞系REH細胞（人急性非B非T淋巴細胞白血病細胞）的MSC持續上調 IFNα/β 基因。MSC 暴露于健康免疫細胞不會誘導典型的 IFN 特征，然而，卻觀察到 CXCL10 表達的誘導，這很可能是由于與單核細胞的相互作用。這些數據表明，IFN 特征是由 BCP-ALL 細胞選擇性誘導的，最深的是 ETV6-RUNX1 陽性 ALL 細胞，因為 MSC 與健康免疫細胞的共培養不會引起類似的 IFN 特征。

圖1    B 細胞前體急性淋巴細胞白血病細胞在間充質基質細胞中誘導干擾素相關基因特征。（A）實驗裝置示意圖。（B）15例患者單獨培養后和與BCP-ALL細胞共培養后的骨髓間充質干細胞配對樣本中IFI6 mRNA表達水平。

之前的研究表明，白血病細胞的活力取決于通過隧道納米管介導的與 MSC 的密切直接接觸，這可以從共培養上室中預先標記的 ALL 細胞轉移到下室中的 MSC 看出（圖2 A、B）。盡管阻止隧道納米管的形成顯著降低了 CXCL10、IFI44L和 IFITM1的表達水平，但并非所有測試基因都受到影響（如IFI6、IFITM1、MX1、IFI27）（圖2 C）。這表明隧道納米管-依賴性信號僅部分導致 MSC 中 BCP-ALL 誘導的基因表達變化。

圖2     直接的細胞間接觸有助于誘導間充質基質細胞中干擾素相關基因的表達。（A） REH 細胞與間充質基質細胞（MSC）進行共培養和共培養的實驗設置示意圖。（B） 與 REH 白血病細胞直接共培養 40 小時后 DiI 陽性 MSC 的百分比。（C）與REH細胞直接或transwell共培養40小時后，間充質干細胞中干擾素相關基因的表達水平。

進一步地，為了檢測 MSC 中 IFN 相關基因的上調是否對原代 BCP-ALL 細胞的活力有因果影響，敲低了IFI6、MX1、IFI27、IFI44L 和 ISG15 基因。與對照相比，敲低幾個 IFN 相關基因后 MSC 的活力基本不受影響，但 shIFI27 處理的 MSC 除外。在3天的培養實驗中，暴露于ETV6-RUNX1陽性細胞后，MSC中觀察到的強 IFN 基因特征的沉默并未顯著降低原代ETV6-RUNX1 BCP-ALL細胞的活力。此外，在共培養40或120小時后，在MSC 中沉默 IFN 信號通路的關鍵調節因子STAT 1也不會導致 ALL 活力改變。因此，通過沉默單個IFN相關基因干擾IFN信號不會影響白血病細胞的生存活性。

值得注意的是，與 BCP-ALL 細胞和 MSC 的單培養中檢測到的水平相比，共培養環境中分泌的 IFNα（和 IFNb）水平減少，這種影響與 ETV6-RUNX1 狀態無關。這是值得注意的，因為ETV6-RUNX1 陽性細胞明顯誘導了 MSC 中 IFN 相關基因的表達。與 BCP-ALL 共培養后，MSC 中 IFNα/β 結合 IFNAR1 而非IFNGR2 的表達水平降低，這與 ETV6-RUNX1 狀態也無關。IFNy 受體基因 IFNGR1 和 IFNGR2 的表達水平是可變的，與 ETV6-RUNX1 狀態無關。

MSC 中的基因調控對 IFNα/β 敏感，因為將重組 IFNa 和 IFNb 添加到 MSC 的單培養中明顯誘導了 MSC 中IFN 指數基因 IFI6 的表達。相應地，通過同時添加 IFNα/β 信號抑制劑來阻止 ETV6-RUNX1 介導的 IFI6 表達誘導，在孵育40小時后分別導致56倍和27倍的減少，在孵育120小時后分別導致35倍和12倍的減少（圖3 A）。ETV6-RUNX1 BCP-ALL 誘導的 MSC 中 IFN 相關基因的表達在暴露于 IFNa/b 抑制劑而非 IFNy 抑制劑時也降低（圖3 B）。然而，在孵育 40 小時或 120 小時后，添加這些抑制劑并不影響 BCP-ALL 細胞與 MSC 共培養的活力，而 MSC 在延長孵育 120 小時時顯然為 ETV6-RUNX1 BCP-ALL 細胞提供了生存優勢（圖3 C），而這種優勢對 IFNa/b 抑制不敏感（圖3 C）。這說明，BCP-ALL 細胞在 MSC中觸發 IFNα/β 但不觸發 IFNy 反應。

此外，IFNa/b 抑制劑不調節 MSC 誘導的 ETV6-RUNX1 BCP-ALL 細胞對常用藥物 L-門冬酰胺酶、柔紅霉素和潑尼松龍的耐藥性。這表明，BCP-ALL 細胞對三種化療藥物的耐藥水平不受 MSC 中 IFN 信號阻斷的影響。

圖3     間充質基質細胞中干擾素介導的反應不會影響原發性 ETV6-RUNX1 B 細胞前體急性淋巴細胞白血病的活力。（A）暴露于重組人干擾素（IFN）α、IFNβ及其抑制劑（i-IFNa/p） 40小時和120小時后，間充質基質細胞（MSC#2）中IFI6 的 mRNA 表達水平。（B）IFN 相關基因表達水平，在暴露于原代 ETV6-RUNX1 陽性 BCP-ALL 細胞 40 小時，有和沒有 IFNa/p或 IFNy抑制劑。（C）ETV6-RUNX1 BCP-ALL細胞在與i-IFNa/p 單培養、與不含i-IFNa/p的MSC共培養、或與i-IFNa/p的MSC共培養40小時和120小時后細胞活力變化倍數。

總之，該研究表明，IFNα/β 而不是 IFNy 有助于 MSC 中 BCP-ALL 觸發的 IFN 特征。MSC 中 IFN 相關基因的誘導不會影響暴露于 MSC 時觀察到的 BCP-ALL 細胞的活力和耐藥水平。研究數據支持進一步研究 BCP-ALL 誘導的 IFNα/β 反應的作用，尤其是在 ETV6-RUNX1 陽性 ALL 的情況下。這可能會增加我們對白血病細胞如何操縱免疫微環境的理解，這些知識在基于細胞的免疫療法的新興領域非常重要。

參考文獻：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.

圖片來源：所有圖片均來源于參考文獻

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