三氧化二砷治疗相关分化综合症发生机制及早期诊断的系统生物学研究

在国际上我院率先采用三氧化二砷(ATO) 治疗急性早幼粒细胞白血病(APL)并获得了巨大的成功。但目前仍有一个棘手的问题：诱导治疗期间约1/5患者会出现致命的分化综合症(DS)，并且DS的发生发展还常预示着更高的复发风险。由于缺乏特异的临床表现和有效的治疗药物，DS的诊治相当困难。.针对上述两个问题，本项目首先拟利用代谢组学技术建立ATO治疗相关DS的早期诊断模型。其次，在前期工作中我们首先利用APL细胞系NB4进行了ATO诱导前后一些细胞因子、趋化因子、趋化因子受体、黏附分子表达变化情况的体外研究，在此基础上，本项目拟以APL患者为研究对象，利用生物信息学技术，采用转录组学、功能相关蛋白的流式细胞术检测、代谢组学等方法在RNA、蛋白质、蛋白代谢产物三个水平构建各生物活性分子之间的互作网络，在分子水平阐明DS的发生机制，寻找新的治疗靶点，为达到提高ATO治疗疗效和安全性的目的奠定理论基础。

分化综合征（DS）是急性早幼粒细胞白血病(APL)分化治疗药物诱导治疗过程中出现的一种严重的甚至是威胁生命的并发症，目前已成为APL诱导治疗的第三大死因，其发生机制目前仍不清楚。. 尽管各种生物信息学分析方法如雨后春笋般层出不穷，对于任何一套生物学数据而言，不同的研究方法往往会给出差别很大的结果，目前并没有一个普遍接受的研究方法或模式。. 本课题原计划利用系统生物学研究方法对亚砷酸（ATO）治疗相关DS的发生机制进行研究，并利用代谢组学技术建立ATO治疗相关DS的早期诊断模型。关于DS发病机制探讨部分，除了按原计划进行了全基因组表达谱芯片检测，又增加了microRNA（miRNA）表达芯片检测；关于建立早期诊断模型部分，由于符合标准病例数远远不能满足建立诊断模型的需要，最终未能按原定计划进行。. 本课题首先采用生物芯片技术获得了经ATO诱导治疗合并DS与未合并DS的APL患者外周血APL细胞的差异表达基因谱和差异表达miRNA 谱，为深入的系统生物学研究提供了基础的数据平台。. 之后，探寻了一种全新的miRNA和基因表达谱整合分析方法。首先，上述差异表达数据与基于miRNA靶基因预测软件得到的差异表达miRNA-预测靶基因数据和基于文献挖掘获得的差异表达转录因子-靶miRNA数据整合，构建了DS相关基因调控网络。之后，基于生物网络拓扑结构的模块性和层次性特性，对得到的基因调控网络进行了模块划分和识别。最后，利用KEGG database对每个模块进行生物学功能注释，并对功能活跃的模块的功能和相关基因进行深入分析。. 基于上述研究结果，首次提出外周血APL细胞增殖、分化和凋亡程度可能是DS发生的关键，而APL细胞的组织浸润能力可能仅仅是DS发生的前提。. 经Western Blot分析验证了转录因子E2F1和MYC在合并DS组患者外周血APL细胞表达比未合并DS组显著增高，据此推测E2F1和MYC可能在DS发生过程中发挥着重要的作用。. 本课题研究成果的科学意义在于尝试了一种全新的miRNA和基因表达谱整合分析方法，该方法可以为类似的生物学数据分析提供一个可以参考的研究模式，另一方面，取得的系统生物学研究结果，能帮助我们从一个更全局、系统的角度理解治疗相关DS的发生发展机制，并能为进一步的分子生物学研究提示方向。