轉錄因子BTB 與CNC 同源蛋白2 在血液惡性腫瘤中的研究進展△

王佳，張寒

1中國醫學科學院醫學生物學研究所，昆明 650118

2云南大學生命科學學院，昆明 650500

淋巴瘤是起源于淋巴造血系統的惡性腫瘤，而白血病是一類造血干細胞惡性克隆性疾病。腫瘤細胞由于分化障礙、增殖失控、凋亡受阻等機制在骨髓及造血組織中大量增殖，從而引發嚴重的臨床癥狀與并發癥。隨著多藥聯合化療與支持療法的應用，淋巴瘤與白血病的治愈率有明顯提升。盡管如此，二者的發病機制與復發機制至今仍不明確，且很多亞型缺乏特異性分子靶標。例如，兒童T 細胞急性淋巴細胞白血病（acute lymphoblastic leukemia，ALL）在臨床易復發，且目前缺乏較為理想的治療靶標。此外，大量研究相繼報道了抗淋巴瘤藥物如硼替佐米（bortezomib，BTZ）與依魯替尼的耐藥反應，但關于耐藥機制尚無定論。因此，迫切需要發現新的分子靶標，為闡明血液腫瘤發病機制及個性化治療提供新思路。

BTB 與CNC 同 源 蛋 白2（BTB domain and CNC homolog 2，BACH2）是B 淋巴細胞特異性轉錄因子，由

BACH2

基因編碼，在B 細胞定向發育過程中發揮關鍵作用，并參與多種先天性與適應性免疫反應。在淋巴祖細胞階段，BACH2 抑制髓系發育程序，推動祖細胞向B 細胞分化。在前體B（pre-B）細胞階段，BACH2 與B 細胞淋巴瘤/白血病-6（B cell lymphoma/leukemia-6，Bcl-6）競爭性調控基因的啟動子區，對B 細胞進行陰性選擇。在B 細胞成熟階段，BACH2 與Bcl-6 進一步協作阻止B 細胞向漿細胞分化，并調節抗體類別轉換重組與體細胞高頻突變。除了B 細胞，BACH2 還參與T細胞介導的免疫反應及T 細胞靜息狀態的維持。以往研究多關注BACH2 在人體免疫自穩調節及炎性反應中的作用，然而最近研究發現BACH2 在血液惡性腫瘤中發揮重要的生物學功能。據此，本文將重點圍繞BACH2 的結構與功能在血液惡性腫瘤中的研究情況進行綜述。

1 BACH2 蛋白結構與功能

BACH 蛋白家族是堿性亮氨酸拉鏈（basic region-leucine zipper，bZIP）轉錄因子蛋白家族成員之一，由BACH1 與BACH2 組成。其中，BACH1 廣泛存在于各種組織中，而BACH2主要在T/B細胞中特異性表達。除了BACH家族外，人類bZIP轉錄因子還包括很多其他成員，例如激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1）、核因子紅細胞2（nuclear factorerythroid 2，NF-E2）、NF-E2 相關因子2（NF-E2-related factor 2，NRF2）及MAF 蛋白等。在結構上，BACH2 主要由BTB 與bZIP 結構域組成（圖1A）。

1.1 BTB 結構域

BTB 結構域位于BACH2 蛋白的氨基（N）末端，核心結構包括5 個α-螺旋（A1～A5）與3 個β-折疊（B1～B3）。其中，A1/A2 與A4/A5 分別形成兩個α-螺旋發卡結構，而B1/B2/B3 形成一個β片層結構。在此基礎上，B1/B2/A1/A2/B3 區域通過A3 和一個可變連接區域連接A4/A5 區域（圖1B）。除了核心結構外，不同亞型的BTB 還包括N 末端與羧基（C）末端的延伸區域，該區域賦予蛋白某些特定功能。

圖1 BACH2結構示意圖

BTB 結構域主要參與蛋白的同源或異源二聚化與多聚化反應，并輔助參與抑制因子復合物的蛋白互作。例如，BACH2 通過與組蛋白去乙酰化酶3（histone deacetylase 3，HDAC3）相互作用抑制PR/SET 結構域1（PR/SET domain 1，PRDM1）基因的轉錄，從而阻止漿細胞的終末分化。

1.2 bZIP 結構域

bZIP 結構域主要由DNA 結合結構域與亮氨酸拉鏈（leucine zipper，ZIP）結構域組成。DNA 結合結構域也稱作堿性結構域（basic domain），可與DNA 序列上的TPA 反應元件（TPA response element，TRE）或cAMP 反應元件（cAMP response element，CRE）特異性結合。由于富含高度保守的堿性氨基酸，DNA 結合結構域可穩定蛋白質與DNA 之間的相互作用。

ZIP 結構域是一個由60～80 個氨基酸組成的七肽重復序列，每個該結構域的第7 位上都是亮氨酸，且每個七肽重復序列跨越兩個α螺旋。其中，第1 個七肽重復序列通過一個短鉸鏈區與DNA 結合結構域相連，組成bZIP 單體。ZIP 結構域的保守性較差，并與其他bZIP 因子的ZIP 結構域形成二聚卷曲螺旋結構，該結構使得兩個bZIP 單體在DNA周邊組裝成同源或異源二聚體，并通過堿性區域分別與DNA 互補鏈上的回文序列相結合。

二聚反應對于bZIP 轉錄因子的調控功能具有十分重要的作用。一方面，二聚化使得bZIP 轉錄因子在DNA 周邊形成不同的同源或異源二聚體，發揮不同的調控作用，而與哪一個bZIP 單體發生二聚化主要取決于單體的濃度。另一方面，不同的異源二聚體具有不同的DNA 序列特異性，該特點使得bZIP 單體針對不同的DNA 序列組裝成不同的二聚體。一旦bZIP 單體的濃度與結構發生變化，二聚反應也隨之調整，并迅速組裝成完全不同的二聚體。bZIP 家族的二聚特性還可促進bZIP 單體與抑制或激活因子發生二聚反應。

1.3 BACH2 蛋白的特有結構

不同于其他淋巴轉錄因子，BACH2 的蛋白活性受到血紅素（heme）水平的嚴格調控。BACH2 包含5 個與血紅素結合的半胱氨酸-脯氨酸（cysteineproline，CP）基序，其中3 個CP 位于BACH2 的內在無序區（intrinsically disordered region，IDR）（圖1A）。在B 細胞中，BACH2 與血紅素結合可抑制BACH2 與DNA 的結合能力，并誘導BACH2 蛋白經蛋白酶體途徑發生降解。進一步研究表明，血紅素與位于IDR 的CP 基序結合時能誘導BACH2形成非常緊密的構象。這種細微的結構變化足以影響BACH2 的蛋白-蛋白和（或）結構域-結構域互作，從而抑制DNA 結合或蛋白質降解。盡管如此，CP 突變并不能阻止BACH2-血紅素互作，提示其他氨基酸殘基也可能參與其中。

此外，BACH2 的C 末端還包含一個保守結構，稱為細胞質定位信號（cytoplasmic localization signal，CLS）（圖1A）。CLS 可介導BACH2 從細胞核向細胞質的輸出，去除含有CLS 的BACH2 蛋白C末端可導致BACH2 在胞核內大量累積無法輸出，在氧化應激條件下，CLS 的活性被抑制，亦可導致BACH2 核輸出障礙。然而，其他蛋白均不包含此結構，提示CLS 是BACH 家族的特有結構。

1.4 BACH2 蛋白的生物學功能

BACH2 蛋白通常與小MAF 蛋白形成異源二聚體，并通過識別DNA 啟動子上的TRE 或CRE 發揮轉錄抑制作用。此外，BACH2 還與其他bZIP因子發生二聚反應，例如，BACH2 與bZIP 轉錄因子ATF 樣蛋白（bZIP transcription factor ATF-like，BATF）形成二聚復合物，并通過干擾BATF-干擾素調節因子4（interferon regulatory factor 4，IRF4）復合物的募集抑制

AP

-

1

的轉錄，從而控制輔助性T細胞2（helper T cell 2，Th2）的發育，并在Th2 型肺部炎癥中發揮關鍵作用。

由于BACH2 識別的TRE 也被其他bZIP 轉錄因子所識別，因此二者存在競爭關系，例如，在CD8T 細 胞 中，BACH2 通 過 占 據 多 個AP-1 的DNA 結合位點阻止T 細胞受體（T cell receptor，TCR）驅動的終末效應分化基因的表達。因此，BACH2 與AP-1 之間形成的抑制-激活關系對于BACH2 介導的TCR 驅動的轉錄抑制程序至關重要。再比如，BACH2 在調節性T 細胞（regulatory T，Treg）譜 系 定 向 后 與 靜 息Treg（resting Treg，rTreg）細胞分化基因的增強子結合，并通過與AP-1競爭性結合DNA 抑制TCR 驅動誘導的活化型Treg（activated Treg，aTreg）細胞的分化，從而促進rTreg 細胞靜息狀態的長期維持。這一功能是維持免疫穩態和持久腫瘤免疫抑制所必需的，可有效避免致死性炎癥反應。

此外，BACH2 在免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）基因類別轉換重組和體細胞高頻突變中也是必不可少的。BACH2 通過轉錄抑制

PRDM1

阻止B 細胞向漿細胞分化，從而贏得活化誘導胞嘧啶核苷脫氨酶（activation-induced cytidine deaminase，AID）蛋白表達的時間窗，以確保抗體類別轉換重組與體細胞高頻突變的有效完成。盡管如此，小鼠模型中

BACH2

缺失的自身反應性B 細胞可以逃脫生發中心（germinal center，GC）檢查點，并在濾泡外與

BACH2

缺失的Th 細胞協同作用產生IgG 類別轉換重組的致病性自身抗體，由此闡明了系統性紅斑狼瘡伴體液自身免疫的發生機制。

除了參與T/B 細胞分化與發育外，細胞質內的BACH2在氧化應激條件下迅速轉位至細胞核內抑制抗氧化因子的轉錄活性，從而促進細胞凋亡。此外，BACH2通過調節抗凋亡及細胞周期相關基因的表達促進B細胞受體誘導的B細胞增殖與存活。

2 BACH2 與淋巴瘤

根據病理學特點，淋巴瘤主要分為霍奇金淋巴瘤與非霍奇金淋巴瘤（non-Hodgkin lymphoma，NHL）。其中，約95%的NHL 為B 細胞來源，又稱B 細胞NHL（B-cell NHL，B-NHL），多起源于淋巴組織的GC。B-NHL 又進一步分為彌漫性大B 細胞淋巴瘤（diffuse large B cell lymphoma，DLBCL）、濾泡性淋巴瘤（follicular lymphoma，FL）、伯基特淋巴 瘤（Burkitt lymphoma，BL）及 套 細 胞 淋 巴 瘤（mantle cell lymphoma，MCL）等。

2.1 BACH2 與DLBCL

DLBCL是最常見的B-NHL，約占NHL的30%～40%。早年研究報道，BACH2表達下調提示DLBCL患者預后不良，且BACH2 表達水平是預測DLBCL患者生存率的有效指標。在EB 病毒陽性（epstein-barr virus，EBV）的DLBCL 病例中，BACH2表達下調有助于EBV 存活，并通過轉化生長因子-β激活激酶1（transforming growth factor-β-activated kinase 1，TAK1）磷酸化持續性激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通路，表明BACH2 很可能具有抑制DLBCL 發生發展的功能。

研究發現，TBL1X 受體1（TBL1X receptor 1，TBL1XR1）基因突變通過驅動BACH2 介導的調控產生異常的未成熟記憶B 細胞（memory B cell，MB）。在分子層面，

TBL1XR1

突變體迫使核受體輔助抑制因子2（nuclear receptor corepressor 2，NCOR2，又稱SMRT）/HDAC3 抑制復合物與Bcl-6發生解離，轉而異常結合BACH2，導致前MB 轉錄重編程及細胞命運的改變。抗原回收后，

TBL1XR1

突變型MB 無法正常分化為漿細胞，而是重新進入GC 反應并誘發結外免疫母細胞樣淋巴瘤表型。該表型與人活化B 細胞DLBCL 極為相似，該研究為淋巴再循環成瘤提供了有力證據，并從側面反映了BACH2-Bcl-6轉換在B細胞分化中的關鍵作用。

2.2 BACH2 與MCL

MCL 是一種罕見的侵襲性B-NHL，約占NHL的6%。MCL 具有體內多臟器侵犯、對常規化療不敏感、復發率高、中位生存期短、死亡率高等臨床特征，因此被劃為難治性淋巴瘤范疇。MCL具有典型的t（11；14）染色體易位，導致細胞周期蛋白D1（cyclin D1，CCND1）持續性高表達，從而促進MCL 進展。然而，約有2%的健康人存在t（11；14）染色體易位，且臨床上某些MCL 患者并無t（11；14）染色體易位與CCND1 過表達。在小鼠模型中，過表達CCND1 也不足以誘發腫瘤。這些數據提示MCL 的發生、發展還受到其他分子事件或異常信號轉導通路的影響。

研究發現，在MCL 細胞中沉默

BACH2

可促進MCL 細胞增殖、加速細胞周期，并顯著增加腫瘤細胞的黏附與播散能力；在小鼠模型中，敲除

BACH2

不僅加快皮下成瘤，而且增加骨髓及脾臟浸潤；在MCL 患者中，

BACH2

表達量明顯低于正常對照組，且

BACH2

下調提示患者預后不良，表明BACH2 在MCL 也發揮類似抑癌因子的作用。然而，在MCL 患者及小鼠骨髓的低氧環境中，BACH2 低表達是由于缺氧誘導因子-1α（hypoxia-induced factor 1α，HIF-1α）的轉錄抑制與血紅素介導的蛋白降解所致。在常氧狀態下，BACH2 通過抑制脯氨酰羥化酶3（prolyl hydroxylase 3，PHD3）延緩HIF-1α降解，提示在不同生理條件下，BACH2 與HIF-1α之間存在微妙的調控關系。此外，敲除

BACH2

可增加腫瘤細胞對BTZ 和依魯替尼等藥物的耐藥反應，部分原因是由于BACH2 低表達促進了惡性B 細胞向漿細胞分化所致。此外，另一項研究發現在BTZ 敏感的MCL 細胞株中，BTZ 誘導產生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）使BACH2 迅速轉位至細胞核，并通過轉錄抑制血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HMOX1）、

MCL1

凋亡調節因子等抗氧化及抗凋亡基因誘導細胞發生凋亡。相反，在BTZ 耐藥株中，BACH2 則大量滯留在細胞質中無法發揮作用，表明BACH2 的亞細胞定位也是MCL 細胞產生耐藥反應的機制之一。（圖2）

圖2 BACH2在MCL中的功能

2.3 BACH2 與其他淋巴瘤

在BL 細胞系中，過表達BACH2 可明顯抑制腫瘤細胞增殖并增加化療藥物的毒性反應，提示BACH2 在BL 中也具有抗腫瘤特性。在小鼠模型中，NF-κB 亞單位REL 原癌基因（REL proto-oncogene，c-Rel）缺失可導致小鼠發生早期淋巴瘤；進一步微陣列基因表達分析發現，

c

-

Rel

缺失可導致

BACH2

顯著下調。然而，RELA 原癌基因（RELA proto-oncogene，RELA）突變小鼠中的

BACH2

表達也下調，且

BACH2

低表達的野生型小鼠表現出與

c

-

Rel

缺失小鼠一樣的淋巴瘤早期發病癥狀。隨后研究證實

BACH2

在人B 細胞中是c-Rel 的下游靶基因，提示c-Rel 通過轉錄調節

BACH2

在淋巴瘤中發揮抑癌功效。

3 BACH2 與白血病

白血病是兒童時期最常見的惡性腫瘤和主要死亡原因之一。中國兒童白血病的發病率為（4～6）/10 萬，其中90%以上病例為急性起病，以兒童ALL 最為常見，約占75%以上；慢性白血病起病較隱匿，病程進展緩慢，臨床上以慢性粒細胞白血病（chronic myeloid leukemia，CML）和慢性淋巴細胞白血病（chronic lymphocytic leukemia，CLL）最為常見。

3.1 BACH2 與ALL

在正常pre-B 細胞中，BACH2 通過與Bcl-6 競爭性調控下游基因參與B 細胞的陰性選擇。當pre-B 細胞中某些癌基因（例如

MYC

原癌基因）被激活時，BACH2 通過激活腫瘤蛋白p53（tumor protein p53，TP53）基因誘導細胞凋亡，從而抑制促癌事件的發生；一旦BACH2 表達或活性出現異常，Bcl-6的調控則占據上風，并通過轉錄抑制

TP53

破壞體內的抗癌壁壘，最終導致pre-B 細胞惡性轉化。此外，BACH2 的上游調控因子成對盒因子5（paired box 5，PAX5）在pre-B-ALL 細胞中經常發生遺傳缺失或功能失活，由此導致的BACH2 下調也是B-ALL 發生的重要因素之一（圖3A）。此外，IKAROS 家族鋅指蛋白1（IKAROS family zinc finger 1，IKZF1）基因缺失與B-ALL 患者中的BACH2-Bcl-6 軸平衡密切相關。

IKZF1

編碼的腫瘤抑制因子IKAROS 在淋巴細胞早期發育中發揮關鍵的調控作用。研究發現，IKAROS 在抑制

Bcl

-

6

啟動子的同時促進

BACH2

的轉錄，而酪蛋白激酶2 抑制劑（CX-4945）正是通過增強IKAROS 功能參與調控Bcl-6-BACH2 軸，誘導B-ALL 細胞發生凋亡。盡管如此，采用CX-4945 對B-ALL 小鼠模型進行單藥處理的效果十分有限，且藥物處理后的BACH2 與Bcl-6 表達均下調，提示CX-4945 在B-ALL 中的作用機制尚需進一步確認。然而，另一項研究發現組成AP-1 異二聚體的

FOS

原癌基因是BACH2 的下游靶點。BACH2 通過負向調控FOS 參與骨髓微環境改變及白血病細胞對阿糖胞苷的耐藥反應（圖3B），為研究BACH2 在B-ALL 發生、發展過程中的功能提供了新的依據。

3.2 BACH2 與CML

CML 的分子特征主要表現為9 號與22 號染色體發生易位，形成費城染色體（Philadelphia chromosome，Ph），該易位使得9 號染色體上的ABL 原癌基因1（ABL proto-oncogene 1，ABL1）與22 號染色體上的

BCR

基因形成

BCR

-

ABL1

融合基因，并編碼具有酪氨酸激酶活性的BCR-ABL1 蛋白。因此，酪氨酸激酶抑制劑（tyrosine kinase inhibitor，TKI）是治療CML 的主要藥物。2001 年，人們首次發現BACH2 表達水平在PhCML 患者中較健康人明顯降低；在小鼠模型中，采用TKI 抑制BCR-ABL1 活性可上調

BACH2

表達，提示BACH2 很可能受到BCR-ABL1 激酶的轉錄調控。隨后研究發現，PhCML 細胞中的BCR-ABL1 蛋白在氧化應激條件下通過磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）通路介導BACH2 磷酸化，使其滯留在細胞質內無法發生核轉位，由此解除了BACH2 對下游靶基因

HMOX1

的轉錄抑制，最終導致CML 惡性轉化與存活。此外，BCR-ABL1 蛋白亦可通過PAX5 間接抑制

BACH2

轉錄（圖3B），從而促進PhCML 的發生發展。

圖3 BACH2在ALL中的功能

3.3 BACH2 與CLL

BACH2 在CLL 中的研究鮮有報道，目前僅有一項研究顯示BACH2 在CLL 初診患者的CD4T細胞、CD8T 細胞及CD19B 細胞中較健康人明顯降低。值得注意的是，在健康人群的T/B 細胞中，BACH2 的表達水平隨著年齡增大逐漸下調，并呈現出明顯的抗凋亡能力，提示BACH2 很可能與免疫衰老密切相關。

4 小結與展望

隨著人們對BACH2 生理功能的深入探究，BACH2 在淋巴細胞分化及調節中的神秘面紗被慢慢揭開。在B 細胞中，BACH2 通過抑制漿細胞分化促進抗體類別轉換重組、體細胞高頻突變及MB分化。此外，BACH2 通過調控T 細胞發育及分化維持機體免疫穩態與腫瘤免疫抑制。BACH2 與AP-1 之間的競爭性調控還參與多種關鍵基因的表達。正因如此，BACH2 功能異常極易誘發血液系統惡性疾病。BACH2 在淋巴瘤或白血病中發揮類似抗腫瘤因子的作用，并參與藥物的耐藥反應與疾病復發，提示BACH2 很可能成為新的診斷與治療靶點。盡管如此，針對BACH2研發靶向藥物仍存在很大挑戰。首先，研制抑癌基因激活劑并使其恢復野生型功能存在一定的技術難點，所以目前僅有兩種針對

TP53

抗癌基因研發的激活劑獲批進入臨床試驗。其次，在淋巴細胞分化過程中，BACH2 調控的下游網絡龐大且復雜。研究發現，BACH2 除了發揮轉錄調控功能外，還可通過影響染色質重要區域的開放程度參與表觀遺傳學調控。因此，BACH2 并不是一個十分理想的藥物靶點。在未來的研究中，迫切需要關注BACH2 的下游網絡并尋找可能的效應因子作為治療靶標。

然而，另有研究發現BACH 家族中的另一個成員BACH1 在實體瘤中發揮促癌功效。BACH1 通過增加糖酵解促進肺癌的轉移，且BACH1 高表達與肺癌患者的預后不良密切相關。此外，BACH1 在三陰性乳腺癌患者的腫瘤組織中明顯高表達并參與調節線粒體代謝。BACH1 還參與調控干細胞的自我更新。這些研究表明，BACH1在實體瘤中發揮著與BACH2 截然相反的功能。那么在血液腫瘤中，BACH1 與BACH2 之間是否存在相互作用；在氧化應激條件下，BACH1 與BACH2發揮同樣的抗氧化調節作用，那么二者在細胞中是如何進行角色分工的；最后，淋巴瘤及白血病患者中的BACH2 表達明顯下調，那么BACH2 的功能喪失可否被BACH1 代償調節；二者在血液腫瘤中又具有怎樣不為人知的非經典功能。上述問題不僅指明了未來的研究方向，也為血液惡性腫瘤的個體化和靶向治療提出了新視角與新思路。