综述：ID1在造血和血液系统疾病中的作用：经典分化调控因子的新潜能

《Cellular & Molecular Biology Letters》：ID1 in hematopoiesis and hematologic disorders: novel potentials of a classic differentiation regulator

本综述系统阐述了ID1（DNA结合抑制因子1）在生理性造血和血液系统疾病中的关键作用。作为缺乏DNA结合结构域的bHLH转录因子家族成员，ID1通过抑制bHLH因子的DNA结合能力，负向调控细胞分化。文章详细梳理了ID1在造血干细胞（HSC）、各谱系祖细胞及骨髓基质细胞中的表达模式，及其对髓系-淋系命运抉择的精密调控。同时，综述重点探讨了ID1在白血病等血液恶性肿瘤中的异常表达及其作为预后生物标志物和治疗靶点（如与USP1抑制剂、AKT抑制剂联用）的潜力，为靶向ID1的分化治疗策略提供了新视角。

　　

ID1在造血和血液系统疾病中的作用：经典分化调控因子的新潜能

引言

螺旋-环-螺旋（HLH）蛋白是人类基因组中第三大转录因子家族，其中碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）成员通过其保守的HLH二聚化结构域和碱性DNA结合区域调控基因转录。DNA结合抑制因子（ID）蛋白属于第V类HLH因子，其特点是缺乏DNA结合基序。ID1作为ID家族中特征最明确的成员，能够优先与I类bHLH蛋白（如TCF3/E2A）结合形成无活性的异源二聚体，从而以显性负性的方式拮抗bHLH转录因子的活性。鉴于造血是一个涉及造血干细胞和祖细胞（HSPC）分化为成熟谱系细胞的动态而复杂的过程，阐明ID1作为分化抑制因子在造血系统中的调控作用至关重要。

ID1在HSC及其直接后代中的表达

在多能干细胞（PSC），包括胚胎干细胞（ESC）和诱导多能干细胞（iPSC）中，ID1的表达呈现动态变化。在人类ESC（hESC）和iPSC（hiPSC）的体外造血诱导过程中，ID1的mRNA水平在造血特化阶段（第0-7天）迅速上升，在第7天造血前体出现时达到峰值，随后在造血定型阶段（第7-15天）下降。在成年哺乳动物的骨髓（BM）微环境中，造血由HSC的自我更新和分化为成熟血细胞谱系来维持。经典的造血层级图谱描述了HSC逐步分化为多能祖细胞（MPP）、共同淋巴样祖细胞（CLP）、共同髓样祖细胞（CMP）、粒细胞-巨噬细胞祖细胞（GMP）和巨核细胞-红系祖细胞（MEP）的过程。

对正常小鼠骨髓细胞（BMC）中纯化的造血细胞谱系的分析描绘了完整的Id1 mRNA表达模式：Id1转录本在HSC和CLP中非常低，在CMP中显著增加，在GMP中进一步增加，但随着CMP向MEP和红系细胞成熟而降低。Id1表达水平在中性粒细胞、淋巴细胞和红系细胞分化过程中降低或缺失，但在终末分化的巨噬细胞中仍保持高水平。利用Id1/GFP敲入小鼠模型（Id1^G/G）进行的单细胞水平追踪显示，Id1/GFP荧光在长期HSC（LT-HSC）中微量表达，但在短期HSC（ST-HSC）中更丰富，并且在GMP中表达，而在LMPP、CMP、CLP、MEP和CD19⁺ B系细胞中低于检测限。这种表达模式支持修订后的HSC谱系决定模型，即LMPP产生GMP和CLP而不经过CMP阶段。ID1在GMP中的上调可能通过关闭淋巴样选项来促进髓系定向。

多种造血生长因子（HGF）刺激可调节HSPC分化过程中的ID1表达动态。促进髓系细胞成熟的细胞因子，如白细胞介素3（IL-3），可在EML细胞、HSC和纯化的Lin^- c-Kit⁺ Sca-1^- BMC祖细胞中诱导Id1转录本增加，从而支持髓系分化。相反，在淋巴细胞分化过程中，IL-7/FLT3配体（FLT3L）不会显著增加EML、Lin^- BMC或CLP中的Id1转录本。巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）处理可升高Lin^- BMC祖细胞群体中的Id1 mRNA水平，而粒细胞集落刺激因子（G-CSF）不改变Id1表达，促红细胞生成素（EPO）和血小板生成素（TPO）则显著下调Id1表达。在细胞因子诱导的CD34⁺细胞向嗜酸性粒细胞或中性粒细胞分化过程中，ID1蛋白短暂增加并在延长培养后下降，表明ID1在早期粒细胞生成过程中上调，并在最终成熟过程中降低。

-Sca-1⁺c-Kit⁺）祖细胞池的一个亚群。图中标注了造血细胞中ID1的表达及其受细胞因子处理后的变化。'>

ID1影响造血谱系发育和细胞命运决定

ID1负向调控ESC和iPSC的分化。Id1缺陷的ESC表现出自我更新能力受损和分化倾向增加，这与核心自我更新调控因子Nanog的下调和中内胚层分化标志物Brachyury的上调有关。在hESC或hiPSC来源的人胚体（hEB）造血定型阶段（第8-10天）敲低ID1表达，可显著增强从造血前体产生成熟造血细胞的输出，增加由CD34⁺CD45⁺造血祖细胞产生的集落形成单位（CFU）。

ID1过表达可促进HSC中髓系 versus 淋系、CMP中髓系 versus 红系、以及GMP中巨噬细胞 versus 粒细胞的命运抉择。在HSC和多潜能克隆干细胞系EML中过表达Id1，会损害体外和体内的红系和B细胞分化。虽然高水平的Id1不影响髓系发育的早期阶段，但它抑制粒细胞而非巨噬细胞的终末分化阶段。在鼠红白血病MEL细胞系中组成型表达功能性ID1蛋白，可抑制二甲基亚砜（DMSO）诱导的终末红系分化。在CD34⁺细胞中组成型表达Id1，在体内外抑制嗜酸性粒细胞增殖和发育，同时适度增强中性粒细胞分化。在LSK祖细胞中强制表达Id1，会产生大量的Mac-1⁺髓系细胞和极少的CD19⁺ B细胞。从机制上讲，增强E蛋白活性可以抵消ID1介导的E蛋白抑制，从而阻止髓系细胞命运并驱动B细胞分化。转录因子Gfi1、Tcf3和Id1之间的直接相互作用是决定祖细胞在髓系和淋系之间命运抉择的关键元件。

对Id1缺陷小鼠模型的研究进一步评估了ID1对造血系统的影响。Id1^-/- 小鼠的骨髓中总有核细胞数大幅减少。Id1^-/- BM显示CD34^lo LSK、LSK和CMP的百分比增加，但HSC的绝对数量和自我更新正常，表明Id1并非HSC自我更新或维持所必需。另一项研究报道，Id1^-/- 小鼠中BM的CMP亚群减少，MEP和CD11b⁺ 单核细胞亚群扩增，外周血中单核细胞和中性粒细胞比例增加。在稳态和造血应激条件下，Id1^-/- 小鼠有更多的Id1^-/- LSK细胞进入细胞周期，增殖增强，细胞数量增加。将常规Id1^-/- 混合背景小鼠（B6;129）与C57BL/6小鼠回交十代后发现，在纯遗传C57BL/6背景上，Id1缺失引起的造血损伤较混合背景轻。在模拟慢性炎症和衰老的应激造血（通过连续骨髓移植（BMT）实验）中，Id1的基因缺失增强了HSC自我更新并保护HSC免于耗竭。Id1缺失通过Id1-Tcf3-p16通路诱导HSC静息表型和分子特征。一系列BMT实验表明，Id1通过骨髓微环境中的内在和外在信号发挥作用。Id1缺陷的BM微环境无法支持正常的造血发育，且不能被野生型BM完全挽救。

ID1调控淋巴细胞发育

虽然Id1缺陷小鼠（Id1^G/G）在稳态B淋巴细胞生成中没有表现出显著异常，但接受Id1缺陷BM移植的受体显示出更强劲的B细胞植入，且髓系分化无变化。Id1缺陷促进了B系细胞的生成，并增强了LSK多能祖细胞在SCF、FLT3L和IL-7细胞因子培养条件下向B系分化的内在能力。在转基因小鼠中组成型表达Id1，会阻断从原B细胞到前B细胞的B细胞成熟过程，抑制免疫球蛋白基因座的V(D)J和VκJκ重组频率，并降低B细胞特异性基因的表达。因此，ID1缺陷促进B系细胞的生成和分化。

T细胞特异性Id1转基因小鼠品系表现出胸腺细胞总数急剧减少，且大多数被严重阻滞在CD4和CD8双阴性（DN）的最早祖细胞阶段。在正常胸腺T细胞发育过程中，T细胞受体（TCR）信号导致NF-κB和bHLH转录因子（Tcf3和Tcf12）的平衡激活，以确保适当的分化和增殖。当Id1转基因小鼠与缺乏TCR信号的Rag1缺陷小鼠杂交时，Id1表达强烈增强了NF-κB信号，使得T细胞能够从DN阶段分化为双阳性（DP）阶段。一旦细胞达到DP阶段，Id1过表达通过有效抑制E蛋白激活的抗凋亡基因的表达，诱导分化中T细胞的大量凋亡。因此，Id1在成年转基因小鼠中以高频率促进T细胞淋巴瘤的发展。然而，由CD4启动子驱动的Id1转基因小鼠健康存活，胸腺和外周T细胞发育正常。异位Id1表达可促进外周初始CD4⁺ T细胞 robust 的抗CD3诱导的增殖和存活，并在缺乏CD28介导的TCR共刺激的情况下刺激NF-κB活化和IL-2产生。随着小鼠年龄增长，与野生型小鼠相比，Id1转基因表达在没有CD28共刺激信号的情况下，促进胸腺细胞向调节性T细胞（Treg）谱系分化，导致胸腺Treg细胞输出增加和外周Treg细胞数量增多。Treg细胞水平的增加导致Id1转基因小鼠免疫抑制功能增强和对自身免疫疾病的易感性降低。在野生型小鼠脾脏来源的初始CD4⁺ T细胞经亚群极化条件诱导的各种T辅助细胞亚群中，Id1在Th9细胞中特异性表达。在生理条件下，由IL-4和TGF-β在初始CD4⁺ T细胞中诱导的Id1表达可转录抑制Tcf3和Tcf4，从而增强IL-9产生和Th9分化。与Id1是Th9细胞分化的必需正调控因子的观点一致，来自CD4 T细胞特异性Id1缺陷和全身Id1敲除（KO）小鼠的Id1缺陷初始CD4⁺ T细胞无法分化为Th9细胞或产生IL-9。相反，Id1过表达增强IL-9表达和Th9细胞分化。不同缺失程度Id1模型来源的初始CD4⁺ T细胞证明，Id1表达对IL-9产生具有基因剂量效应。Id1缺陷的Th9细胞表达与I型免疫反应相关的基因增加，并可改善哮喘小鼠模型的气道炎症。

-/-小鼠，或Id1^+/+ C57BL/6野生型小鼠，作为供体分别提供BMC移植到经照射的初级受体体内。移植后数月，将CD45.2供体细胞和等量的CD45.1竞争细胞移植到次级受体体内。在Id1^-/-小鼠和初级/次级受体中监测造血细胞和造血重建情况。绿色箭头表示降低，红色箭头表示增加，（-）表示水平未变。'>

骨髓微环境基质细胞中ID1的表达和作用

除了在造血细胞中表达外，ID1还在其他基质细胞中广泛表达，通过细胞非自主性机制调控细胞增殖、分化以及骨髓微环境中的造血稳态。Id1的缺失不影响造血微环境中的骨骼或血管形成。然而，Id1^-/-小鼠体内外的多种细胞因子和趋化因子发生改变，这可能部分解释了Id1^-/-小鼠中观察到的造血缺陷表型。Id1^-/-基质细胞体外产生更高水平的G-CSF和GM-CSF，但SCF、M-CSF、骨桥蛋白、成纤维细胞生长因子-1、转化生长因子-α和基质细胞衍生因子-1α水平降低。Id1^-/-小鼠血清中IL-6、TNF-α、VEGF、GM-CSF、SCF和M-CSF的浓度也降低。另一方面，髓系前体细胞稳态紊乱会增加破骨细胞的数量、分化和骨吸收活性，最终导致低骨量和骨脆性增加的骨质疏松表型。Id1缺陷的破骨细胞中破骨细胞成熟所必需的关键基因（如编码破骨细胞分泌的蛋白水解酶基因Ctsk）表达增加，表明ID1是骨骼与BM造血细胞之间相互作用的主要调控因子。

人ESC（hESC）分化可为血管生成发育提供丰富的内皮细胞来源。ID1在调节血管生成和血管化以及维持hESC来源的内皮细胞的扩增和定向上起着关键作用。因此，在Id1缺陷的造血前体（起源于生血内皮前体）中观察到的造血潜能增强，可能是内皮发育抑制的间接效应。在内皮细胞选择性Id1缺陷的小鼠中，BM血窦呈现进行性恶化，其特征是完整性丧失、显著扩张、渗漏、塌陷和促炎状态。从机制上讲，Id1基因缺失通过E蛋白激活细胞周期抑制剂（p21和p27），同时降低凋亡Bcl2家族基因的表达，导致血窦内皮细胞凋亡增加和增殖抑制。血窦完整性和新生血管形成的破坏导致造血功能逐渐下降，表现为HSC过早活化、增殖、分化、迁移和耗竭增加。因此，ID1是血窦内皮细胞稳态存活和再生所固有的，以维持适当的血管通透性和造血稳态。

ID1与血液系统疾病，特别是白血病

ID1是白血病的不良预后因素。ID1已被确定为白血病中潜在的原癌基因。与健康对照相比，在急性髓系白血病（AML）和骨髓增生异常综合征（MDS）患者的BMC中观察到ID1表达升高。ID1在约20%（50/285）的原发性AML患者中可检测到表达，与FAB亚型无关，但在伴有-5/7(q)和t(15;17)的患者中较高。高ID1表达还与年龄较大和FLT3/ITD⁺显著相关。多项研究首次分析了237例AML患者中ID1的表达及其可能的预后价值，揭示了高ID1表达与AML总患者以及M2、M5等特定亚型患者较短的总生存期（OS）和无病生存期（DFS）之间存在显著相关性。更重要的是，研究证明ID1是来自癌症基因组图谱公共数据库的173例AML患者的独立不良预后因素。高ID1表达是年轻非M3患者的独立风险因素，但在102例中国新发AML患者队列中，并非整个AML人群的独立风险因素。因此，具有高ID1表达的细胞遗传学正常（CN）年轻患者完全缓解（CR）率较低，OS和DFS较差，表明ID1阴性患者应归类为不良风险白血病。在另一项269例年轻CN-AML患者的大队列中，当不考虑CCAAT/增强子结合蛋白-α（CEBPA）的突变状态时，ID1作为独立的负面预后因素。然而，当在多变量分析中考虑CEBPA突变时，ID1失去了其预后影响。CEBPA是髓系祖细胞正常分化所必需的转录因子，ID1已被确定为CEBPA的关键直接靶基因。对263例AML患者队列的外显子组测序分析显示，ID1基因突变在AML中罕见，检出率仅为2.66%。ID1突变在细胞遗传学正常患者中更常见，有四个新的非同义突变（G40C, A124G, A230G, A349G），以及另一个在11q23缺失病例中观察到的新突变A290G。其中，算法预测四个突变（G40C, A124G, A230G, A290G）可能改变ID1蛋白功能。涉及哥伦比亚和西班牙裔新诊断成人B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）患者的研究表明，ID1高表达可能预测诱导治疗反应不佳和预后不良。总的来说，有理由推测异常高的ID1表达与不良临床结局相关，并且可能是其他遗传变异的替代后果，而不是白血病的原发性遗传事件。

ID1在AML中的治疗潜力

ID1在大多数AML细胞系中广泛表达，尤其是在髓系细胞系中。在AML细胞系MO7E中使用siRNA沉默ID1可抑制细胞生长，表明ID1是维持白血病细胞过度增殖所必需的。研究发现，去甲基化药物地西他滨（DAC）耐药的慢性髓系白血病细胞系（K562/DAC）中下调的miR-29b导致ID1异常上调和凋亡抵抗，表明ID1参与了低甲基化剂诱导癌基因上调和继发性耐药的机制。然而，一些研究显示出相互矛盾的结果，表明ID1表达在大多数AML细胞系和患者样本中几乎检测不到。组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古抑菌素A单独使用或与DAC联合使用可恢复ID1表达，并诱导更多细胞凋亡和死亡。全反式维甲酸可通过快速增加ID1表达和下调TCF3，导致G₀/G₁期细胞周期停滞，从而在急性早幼粒细胞白血病（APL）细胞系和原代患者细胞中达到治疗效果。

异常激活的致癌酪氨酸激酶及其下游重叠的信号通路在造血系统恶性肿瘤的发病机制中起着重要作用。通过比较基因表达策略，ID1被确定为各种致癌酪氨酸激酶的共同下游靶点。表达FLT3-ITD的AML细胞系MOLM14和表达BCR::ABL1的慢性髓系白血病细胞系K562，在敲低ID1后表现出生长抑制、p27^Kip1表达增加和凋亡增强。从机制上讲，FLT3-ITD酪氨酸激酶对ID1的转录调控可能依赖于PI3K/Akt或JAK-STAT信号级联。ID1是BCR::ABL1介导的白血病发生所必需的，其表达受BCR::ABL1-STAT5通路调控，以增强基质金属蛋白酶9介导的白血病细胞侵袭性。此外，BCR::ABL1转化细胞中组成型激活的PI3K/PKB可磷酸化并灭活FOXO3a，从而解除其对ID1的直接转录抑制，以维持白血病表型。转录共激活因子p300乙酰化由t(8;21)易位产生的AML-ETO致癌融合蛋白。这种乙酰化使p300能够与AML-ETO共同占据ID1启动子，从而诱导t(8;21)白血病。Id1缺失可以消除并减缓白血病起始，显著延长AML-ETO的exon9a亚型（AE9a）小鼠的生存时间。相反，Id1过表达促进白血病干细胞（LSC）的自我更新并加速白血病发生。大麻二酚（CBD），一种ID1抑制剂，可剂量依赖性地下调ID1 mRNA和蛋白水平。CBD可抑制下游AKT1/mTOR信号，导致细胞周期停滞和凋亡，从而阻断AE9a驱动的白血病发生并延长生存期。CBD还能使AML细胞对AKT抑制剂敏感，并与AKT抑制剂联用时显示出协同抗白血病效应，而正常造血细胞不受影响。

ID1通常被泛素化并通过蛋白酶体快速降解。最深入研究的去泛素化酶USP1，可通过去除ID1上的多聚泛素链来去泛素化并稳定ID1蛋白。当在MSC中异位表达时，USP1稳定ID1蛋白，阻断正常的成骨分化程序，并诱导增殖以促进肿瘤发生。USP1短发夹RNA（shRNA）可快速降解ID1，诱导p21介导的细胞周期停滞，并在骨肉瘤中启动成骨分化程序，为肿瘤分化治疗提供了靶点。类似地，USP1在各种癌症中异常过表达，与肿瘤发展和进展密切相关，并且在B-ALL患者的BMC中普遍上调。靶向USP1的siRNA和药理抑制剂（SJB3-019A）均可抑制ID1/AKT轴，抑制B-ALL细胞生长，并促进凋亡。此外，其他已知的USP1抑制剂，如匹莫齐特、SJB2-043和C527，可促进ID1降解并抑制白血病细胞系和原代AML患者来源白血病细胞的生长。利用来自Id1小鼠的过表达MLL-AF9融合蛋白的胎肝（FL）细胞和BMC进行连续再植实验，以模拟婴儿和产后MLL-AF9驱动的白血病。有趣的是，Id1缺失延迟了胎儿MLL-AF9驱动白血病的发生，并增加了HSPC中MLL-AF9驱动白血病发生标志物HoxA9和Meis1的表达，但加速了产后白血病的发生，并伴有HoxA9和Meis1的下调。p21缺失可以挽救Id1缺失在两种模型中的效应，再次表明p21是Id1的一个明确靶点。这一发现首次证明了一个基因对胎儿和产后MLL-AF9介导的白血病发生的差异影响；然而，其分子发病机制在很大程度上尚不清楚，需要进一步阐明。

最近的一项研究揭示了ID1如何以非细胞自主的方式调控白血病进展，因为ID1在BM微环境的多种细胞中广泛表达，如上所述。在AML BM微环境中，LSC分泌的骨形态发生蛋白6（BMP6）诱导BMC（尤其是MSC）中高水平的ID1。ID1直接与E3泛素连接酶RING指蛋白4（RNF4）相互作用，随后减少SP1的泛素化，导致MSC中血管生成素样7（ANGPTL7）的释放，从而加速AML进展。在MSC中敲除ID1可在体外诱导细胞周期停滞，抑制共培养的AML细胞增殖，并在体内延长AML-ETO和MLL-AF9驱动的AML小鼠的寿命。

ID1在其他血液系统疾病中的作用

T细胞特异性Id1表达和Tcf3缺失均导致转基因小鼠以高频率形成T细胞淋巴瘤，而Id1基因 disruption 可部分挽救Tcf3缺失小鼠的存活。作为有效的致癌