DNMT3A R882突變在成人急性髓系白血病中的研究進展

王蕾，楊艷麗

（蚌埠醫學院第一附屬醫院血液科，安徽 蚌埠 233000）

DNMT3A R882突變在成人急性髓系白血病中的研究進展

王蕾，楊艷麗

（蚌埠醫學院第一附屬醫院血液科，安徽 蚌埠 233000）

DNA甲基化轉移酶3A(DNMT3A)是重要的DNA甲基化轉移酶之一，與血液系統惡性腫瘤的發生發展密切相關。近幾年研究發現DNMT3A R882在成人急性髓系白血病(AML)中高頻突變，并且成為研究熱點。DNMT3A R882突變通過改變DNMT3A結構，使DNMT3A酶活性下降、全基因組DNA低甲基化，促進成人AML發生發展。DNMT3A R882突變在成人AML患者完全緩解(CR)時的長期存在，是預后不良的主要生物分子學標志，同時也意味著常規的微小殘留病灶監測(MRD)不能作為R882突變的分子標志。現就近幾年對成人AML患者中DNMT3A R882突變的研究進展做一綜述。

急性髓系白血病；DNA甲基化轉移酶3A；突變

急性髓系白血病(acute myeloid leukemia，AML)是髓系造血前體細胞增殖失控的惡性克隆性疾病，發病率占我國成人白血病首位，預后兇險。細胞形態學、免疫學、細胞遺傳學和分子生物學是白血病中的MICM分型，是白血病分型及預后的重要依據。隨著時代的發展，基因測序、PCR等各種技術的完善，成人AML中基因突變及表觀遺傳學改變日益受到關注。

DNA甲基化修飾是重要的表觀遺傳學機制，參與基因表達調控等生物學過程。DNA甲基化與惡性腫瘤之間的關系在過去20年已被大量報道，最初研究的重點在于啟動子區域CpG島高甲基化導致腫瘤抑制基因表達沉默，而DNA甲基化轉移酶3A(DNA methyltransferase 3A，DNMT3A)在DNA甲基化修飾中起到重要作用。近幾年越來越多的研究發現在成人AML中DNMT3A R882高頻突變[1-9]，是患者分層治療與判斷預后的重要生物分子標志物。現總結近幾年DNMT3A突變在成人AML中的研究結果。

1 DNMT3A R882突變在成人AML中的發病機制

研究發現敲除DNMT3A的骨髓造血干細胞將逐漸失去分化能力，并大量自我增殖，說明DNMT3A對細胞分化、造血微環境至關重要，是生物體生長發育不可或缺的物質[10-12]。DNMT3A位于人類2號染色體短臂2區3帶(2p23)，是由23個外顯子編碼的長為130KDa的蛋白質，與DNMT1、DNMT2、DNMT3B、DNMT3L形成DNA甲基化轉移酶家族。DNMT3A與DNMT3B主要負責從頭甲基化，能夠在完全去甲基化的CpG位點引入甲基，調控基因的表達。DNMT3L是DNMT3類似蛋白，缺乏酶的催化活性域，但可以通過與DNMT3A、DNMT3B的結合正向調節DNA從頭甲基化活性[13]。

DNMT3A結構主要包括N端的PWWP(Pro-Trp -Trp-Pro)結構域、富含半胱氨酸的ADD(ATRX-DNMT3-DNMT3L)結構域和C末端高度保守的催化活性域。研究發現DNMT3A存在自抑制和主動形式兩種異構體，當缺乏組蛋白H3時，DNMT3A為自抑制形式，ADD結構域結合到催化結構域，阻礙DNMT3A與DNA的親和性；一旦DNMT3A招募到核小體，未修飾的組蛋白H3賴氨酸4(unmethylated histone H3 lysine 4，H3K4me0)與ADD結合，使DNMT3A從自抑制形式轉變為相對穩定的構象，使DNA發生甲基化，并實現了DNA甲基化與組蛋白修飾之間的相互轉換[14-15]。

另外DNMT3A與DNMT3L相互作用則形成DNMT3L-DNMT3A-DNMT3A-DNMT3L異源四聚體復合物，而DNMT3A R882位于DNMT3A內二聚體界面，二聚體界面含有DNA結合位點，在催化DNA甲基化反應中發揮重要作用[16-17]。Holz-Schietinger等[16]認為在成人AML中DNMT3A R882突變破壞了DNMT3A內二聚體界面，得到的DNMT3A四聚體仍然具有一定活性，但是DNMT3A與DNA迅速分離，使DNMT3A酶催化活性下降，降低了DNA甲基化模式。

Russler-Germain等[17]則通過提取核型正常的AML患者(normal karyotypeAML，NK-AML)的DNMT 3AWT/R882H細胞，發現野生型(wild type，WT)和R882H突變的DNMT3A多肽信號強度幾乎相等，但細胞DNMT3A酶活性至少下降80%，說明DNMT3A R882突變具有顯性抑制作用，能抑制野生型DNMT3A(wild type DNMT3A，WT-DNMT3A)酶活性，而非簡單的單倍劑量不足[18]。

Challen等[12]發現DNMT3A缺失的細胞在GpG不同位置發生不同的甲基化改變(包括高甲基化、低甲基化)，且大多數低甲基化與血液系統惡性疾病相關。隨后大量研究表明在成人AML中DNMT3AR882突變呈現全基因組低甲基化[17，19-20]，特別是HOX基因家族，呈現明顯低甲基化趨勢[19-20]。Qu等[19]則指出在NK-AML所有突變中，DNMT3A突變與DNA甲基化關系最密切，GpG島大部分高甲基化，而DNMT3A R882突變全基因組CpG位置低甲基化，且主要集中在非CpG島，包括GpG島岸(距離GpG島上游2kb)、GpG架(距離GpG島2-4kb)、GpG公海(距離GpG島＞4kb)。

DNMT3A R882突變在結構上破壞了四聚體狀態，使自身催化性能下降，并且在細胞內存在顯性負作用，抑制WT-DNMT3A酶活性，使DNMT3A R882突變的成人AML患者呈現全基因組低甲基化狀態。然而CpG島外其他CpG位置的DNA甲基化模式改變及DNA甲基化以外的其他表觀遺傳學修飾可能在驅動AML發病機制中起到一定作用，需進一步大規模研究。

2 DNMT3A R882在成人AML中的突變率

研究發現在各種惡性血液病中都存在DNMT3A突變，尤其是成人AML，其中60%是DNMT3A R882突變，而且幾乎都是雜合突變，最常見的是R882H，其次是 R882C，其他突變如R882S、R882P、R882G、R882W[1-9]。在成人AML中DNMT3A R882突變率為9.3%～19.7%[1-4，9]，在成人NK-AML中的突變率為18.1%～27%[3，5-8]，說明DNMT3A R882突變更常見于成人NK-AML中。Hou等[1]、Zare-Abdollahi等[3]和El Ghannam等[6]發現在成人AML中，DNMT3A R882突變患者與WT-DNMT3A患者相比較，DNMT3A R882突變患者的年齡較大、白細胞計數較高、突變主要發生在M4及M5中，且差異有統計學意義，另外在按照NPM1和FLT-ITD3突變進行白血病危險程度的分組中，中危組R882突變發生率較高，且常伴有NMP1、FLT3-ITD等突變，特別是NMP1突變與R882突變關系密切。Hou等[1]還發現DNMT3A R882突變的成人AML患者骨髓原始細胞數、血小板計數比WT-DNMT3A患者高，且差異有統計學意義。也有研究發現成人AML中DNMT3A R882突變患者的白細胞計數、年齡大小、危險程度分組、骨髓原始細胞數、血小板計數等與WT-DNMT3A患者比較差異無統計學意義[4-5，21]。

3 DNMT3A R882突變在成人AML中的治療

研究指出DNMT3A R882突變的成人AML患者使用大劑量蒽環類藥物治療后的總生存率(overall survival，OS)比使用標準劑量蒽環類藥物治療后顯著延長，且有統計學意義[9，22]。這說明加大蒽環類藥物劑量更有利于成人AML R882突變患者的治療，但會引起更多副反應，所以要有針對性地使用，避免WT-DNMT3A患者使用大劑量蒽環類藥物，反而縮短野生型患者生存期[9]。LaRochelle等[4]則認為使用完全緩解(complete remission，CR)率更高、副作用更少的伊達比星可使DNMT3A R882突變的成人AML患者比WT-DNMT3A患者OS及無病生存率(disease-free survival,DFS)顯著延長，且差異有統計學意義。

地西他濱是DNA甲基轉移酶抑制劑，臨床大量使用于骨髓增生異常綜合征患者，近幾年也被逐漸運用于AML患者中。研究發現在NK-AML中使用地西他濱的DNMT3A R882突變患者CR率比WT-DNMT3A患者高，有統計學意義，且OS有延長傾向[8]，這與Metzeler等[23]發現的R882突變患者使用地西他濱CR率升高相一致。

DNMT3A R882突變一定程度上降低了該酶的活性，且大量研究表明R882突變全基因組呈現低甲基化狀態[17，19-20]，這與地西他濱的去甲基化作用機制相反，但一部分R882突變患者仍能從中受益，或許與地西他濱其他未被知曉的作用機制有關，需進一步研究地西他濱對DNMT3AR882突變及AML患者的影響。

Xu等[5]認為在DNMT3A R882突變的成人AML患者中，接受異基因造血干細胞移植(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation，allo-HSCT)患者比只接受化療藥物治療患者的OS及DFS明顯延長，且有統計學意義，說明allo-HSCT或許能逆轉R882突變的不良預后。而Ahn等[7]發現在接受allo-HSCT的成人NK-AML患者中，DNMT3A R882突變聯合FLT3-ITD突變患者比WT-DNMT3A患者或R882突變聯合其他突變患者的無事件生存率(event-free survival，EFS)及OS下降、復發率增高，且有統計學意義，說明DNMT3A R882突變聯合FLT3-ITD突變的成人AML患者即使是在接受allo-HSCT后也是預后較差、復發率很高的不良因素。

4 DNMT3A R882突變在成人AML中的預后

Ahn等[7]和Ibrahem等[21]指出雖然DNMT3A R882突變的成人AML患者的CR率與WT-DNMT患者相比差異無統計學意義，但R882突變患者緩解后復發率極高，是成人AML預后較差的分子生物學指標。有研究表明在成人AML中DNMT3A R882突變患者的OS及無復發生存率(relapse-free survival,RFS)低于WT-DNMT患者，且有統計學意義[1，3，5-8，21，24]，特別是在按照NPM1和FLT-ITD3突變進行白血病危險程度的分組中，高危組R882突變患者OS及DFS明顯低于WT-DNMT患者[6]。

Ploen等[2]通過流式細胞學技術在成人AML患者中純化提取的T細胞及B細胞發現即使在DNMT3A R882突變的AML患者CR時也存在R882突變，R882突變很可能存在于早期造血干細胞，這種細胞可在骨髓中分化成淋系和髓系祖細胞，并且克隆擴增抑制正常造血干細胞。在DNMT3A R882突變的患者中或在DNMT3A R882突變的成人AML患者取得CR后，一旦獲得其他突變如NMP1突變，患者很有可能發展為AML或者CR后復發，所以在成人AML的發病機制中DNMT3A R882突變應該是優先于NPM1突變、FLT3-ITD等突變[25-27]存在于早期造血干細胞。與NPM1、FLT3-ITD等突變在成人AML患者CR時的消失不同，大部分DNMT3A R882突變患者使用標準劑量化療藥物獲得CR時仍然能檢測出R882突變的存在，即使AML患者在CR時R882突變消失，復發時可再次檢測到R882突變[1-2，28-29]。R882突變的長期存在可能就是成人AML高復發率的主要原因，也意味著微小殘留病灶監測(monitoring of minimal residual disease,MRD)不能作為成人AML中DNMT3A R882突變的生物學標志物[28]。

5 總結

在成人AML中，DNMT3A R882高頻突變，該突變的發生可能早于其他突變長期存在于造血干細胞，一旦外界對機體內環境產生不適當的刺激，或致癌因子被激活、或抑癌基因沉默、或某個基因突變等，都有可能使R882突變激活驅動AML的發生發展。DNMT3A R882突變的長期存在可能是成人AML患者預后不良、高復發率的主要原因。然而DNMT3A R882突變如何導致AML的分子學機制在很大程度上還處于未知狀態，仍需進一步深入研究，特別是R882突變對基因組甲基化狀態改變的研究，并積極探索新的藥物治療及方案，聯合allo-HSCT，盡可能減少患者復發率，延長患者生存期，提高患者生存質量。

[1]Hou HA,Kuo YY,Liu CY,et al.DNMT3A mutations in acute myeloid leukemia:stability during disease evolution and clinical implications[J].Blood,2012,119(2):559-568.

[2]Ploen GG,Nederby L,Guldberg P,et al.Persistence of DNMT3A mutations at long-term remission in adult patients with AML[J].British Journal of Haematology,2014,167(4):478-486.

[3]Zare-Abdollahi D,Safari S,Movafagh A,et al.A mutational and expressional analysis of DNMT3A in acute myeloid leukemia cytogenetic subgroups[J].Hematology,2015,20(7):397-404.

[4]LaRochelle O,Bertoli S,Vergez F,et al.Do AML patients with DNMT3A exon 23 mutations benefit from idarubicin as compared to daunorubicin?A single center experience[J].Oncotarget,2011,2 (11):850-861.

[5]Xu Y,Sun Y,Shen H,et al.Allogeneic hematopoietic stem cell transplantation could improve survival of cytogenetically normal adult acute myeloid leukemia patients with DNMT3A mutations[J].American Journal of Hematology,2015,90(11):992-997.

[6]El Ghannam D,Taalab MM,Ghazy HF,et al.DNMT3A R882 mutations in patients with cytogenetically normal acute myeloid leukemia and myelodysplastic syndrome[J].Blood Cells,Molecules&Diseases,2014,53(1-2):61-66.

[7]Ahn JS,Kim HJ,Kim YK,et al.DNMT3A R882 Mutation with FLT3-ITD Positivity Is an Extremely Poor Prognostic Factor in Patients with Normal-Karyotype Acute Myeloid Leukemia after Allogeneic Hematopoietic Cell Transplantation[J].Biology of Blood and Marrow Transplantation,2016,22(1):61-70.

[8]Marcucci G,Metzeler KH,Schwind S,et al.Age-related prognostic impact of different types of DNMT3Amutations in adults with primary cytogenetically normal acute myeloid leukemia[J].Journal of Clinical Oncology,2012,30(7):742-750.

[9]Sehgal AR,Gimotty PA,Zhao J,et al.DNMT3A Mutational Status Affects the Results of Dose-Escalated Induction Therapy in Acute Myelogenous Leukemia[J].Clinical Cancer Research,2015,21(7): 1614-1620.

[10]Celik H,Mallaney C,Kothari A,et al.Enforced differentiation of Dnmt3a-null bone marrow leads to failure with c-Kit mutations driving leukemic transformation[J].Blood,2015,125(4):619-628.

[11]Mayle A,Yang L,Rodriguez B,et al.Dnmt3a loss predisposes murine hematopoietic stem cells to malignant transformation[J].Blood, 2015,125(4):629-638.

[12]Challen GA,Sun D,Jeong M,et al.Dnmt3a is essential for hematopoietic stem cell differentiation[J].Nature Genetics,2012,44(1): 23-31.

[13]Yang L,Rau R,Goodell MA.DNMT3A in haematological malignancies[J].Nature Reviews Cancer,2015,15(3):152-165.

[14]Guo X,Wang L,Li J,et al.Structural insight into autoinhibition and histone H3-induced activation of DNMT3A[J].Nature,2015,517 (7536):640-644.

[15]Zhang Y,Jurkowska R,Soeroes S,et al.Chromatin methylation activity of Dnmt3a and Dnmt3a/3L is guided by interaction of the ADD domain with the histone H3 tail[J].Nucleic Acids Research,2010,38 (13):4246-4253.

[16]Holz-Schietinger C,Matje DM,Reich NO.Mutations in DNA methyltransferase(DNMT3A)observed in acute myeloid leukemia patients disrupt processive methylation[J].The Journal of Biological Chemistry,2012,287(37):30941-30951.

[17]Russler-Germain DA,Spencer DH,Young MA,et al.The R882H DNMT3A mutationassociatedwith AML dominantlyinhibits wild-type DNMT3A by blocking its ability to form active tetramers [J].Cancer Cell,2014,25(4):442-454.

[18]Kim SJ,Zhao H,Hardikar S,et al.A DNMT3A mutation common in AML exhibits dominant-negative effects in murine ES cells[J]. Blood,2013,122(25):4086-4089.

[19]Qu Y,Lennartsson A,Gaidzik VI,et al.Differential methylation in CN-AML preferentially targets non-CGI regions and is dictated by DNMT3A mutational status and associated with predominant hypomethylation of HOX genes[J].Epigenetics,2014,9(8):1108-1119.

[20]Jost E,Lin Q,Weidner CI,et al.Epimutations mimic genomic mutations of DNMT3A in acute myeloid leukemia[J].Leukemia,2014,28 (6):1227-1234.

[21]Ibrahem L,Mahfouz R,Elhelw L,et al.Prognostic significance of DNMT3A mutations in patients with acute myeloid leukemia[J]. Blood Cells,Molecules&Diseases,2015,54(1):84-89.

[22]Luskin MR,Lee JW,Fernandez HF,et al.Benefit of high-dose daunorubicin in AML induction extends across cytogenetic and molecular groups[J].Blood,2016,127(12):1551-1558.

[23]Metzeler KH,Walker A,Geyer S,et al.DNMT3A mutations and response to the hypomethylating agent decitabine in acute myeloid leukemia[J].Leukemia,2012,26(5):1106-1107.

[24]Shivarov V,Gueorguieva R,Stoimenov A,et al.DNMT3A mutation is a poor prognosis biomarker in AML:results of a meta-analysis of 4500AML patients[J].Leukemia Research,2013,37(11):1445-1450.

[25]Shlush LI,Zandi S,Mitchell A,et al.Identification of pre-leukaemic haematopoietic stem cells in acute leukaemia[J].Nature,2014,506 (7488):328-333.

[26]Corces-Zimmerman MR,Hong WJ,Weissman IL,et al.Preleukemic mutations in human acute myeloid leukemia affect epigenetic regulators and persist in remission[J].Proce Natl Acad Sci USA,2014,111 (7):2548-2553.

[27]Kronke J,Bullinger L,Teleanu V,et al.Clonal evolution in relapsed NPM1-mutated acute myeloid leukemia[J].Blood,2013,122(1): 100-108.

[28]Jeziskova I,Musilova M,Culen M,et al.Distribution of mutations in DNMT3A gene and the suitability of mutations in R882 codon for MRD monitoring in patients with AML[J].International Journal of Hematology,2015,102(5):553-557.

[29]Im AP,Sehgal AR,Carroll MP,et al.DNMT3A and IDH mutations in acute myeloid leukemia and other myeloid malignancies:associations with prognosis and potential treatment strategies[J].Leukemia, 2014,28(9):1774-1783.

Advances of DNMT3A R882 mutation in acute myeloid leukemia

WANG Lei,YANG Yan-li.Department of Hematology,the First Affiliated Hospital of Bengbu Medical College,Bengbu 233000,Anhui,CHINA

DNA methyltransferase 3A(DNMT3A),one of important DNA methyltransferases,is closely related to the occurrence and development of hematologic malignancies.In recent years,studies have founded that there are more frequently DNMT3A R882 mutations in adult acute myeloid leukemia(AML),which becomes a hot topic.DNMT3A R882 mutation decreases the DNMT3A enzyme activity,makes genome-wide showing DNA hypomethylation and promotes the occurrence and development of adult AML by altering the structure of DNMT3A.The long-term presence of DNMT3A R882 mutations in complete remission(CR)of adult AML is a biological marker of poor prognosis, and it also indicates that routine monitoring of minimal residual disease(MRD)can not be used as a molecular marker of R882 mutation.Now this paper reviews the advances in study on DNMT3AR882 mutations of adultAML patients.

Acute myeloid leukemia;DNAmethyltransferase 3A;Mutation

R733.71

A

1003—6350（2017）05—0787—04

2016-05-25)

楊艷麗。E-mail：yangyanli0702@126.com

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.05.034