ADH5/ALDH2与DNA聚合酶θ协同保护造血细胞抵御甲醛损伤的机制及白血病治疗新策略

本研究揭示了ADH5/ALDH2代谢酶与DNA聚合酶θ(Polθ)在造血干细胞(HSPCs)抵御甲醛毒性中的协同作用机制。研究人员通过基因敲除小鼠模型和药物抑制实验，证实Polθ通过微同源介导的末端连接(TMEJ)修复甲醛诱导的DNA-蛋白质交联(DPCs)相关双链断裂(DSBs)，与ADH5/ALDH2形成三级防御系统。该发现为HR缺陷型白血病及致癌激酶(OTKs)驱动的髓系恶性肿瘤提供了联合靶向治疗新思路。论文发表于《Leukemia》。

　　

在生命活动中，甲醛这个看似普通的分子却暗藏杀机。作为细胞代谢的副产物，甲醛会与DNA发生交联反应，形成致命的DNA-蛋白质交联(DPCs)和链间交联(ICLs)。对于造血系统而言，这种损伤尤为危险——既能导致骨髓衰竭，又可诱发白血病。更棘手的是，携带致癌激酶突变(如FLT3-ITD或JAK2^V617F)的白血病细胞还会"自产自销"大量甲醛，使基因组处于持续威胁中。尽管已知ADH5/ALDH2代谢酶和范可尼贫血(FA)通路分别构成甲醛防御的"第一道"和"第二道"防线，但面对突发性甲醛激增时，细胞如何化险为夷仍是未解之谜。

美国天普大学(Temple University)的研究团队在《Leukemia》发表的重要研究，揭开了这个生命防御系统的关键拼图。他们发现DNA聚合酶θ(Polθ)作为"第三道"应急防线，通过独特的微同源介导末端连接(TMEJ)机制修复甲醛引发的DNA双链断裂，与ADH5/ALDH2形成协同保护网络。这一发现不仅完善了细胞对抗甲醛毒性的理论框架，更为治疗同源重组(HR)缺陷型白血病提供了创新靶向策略。

研究人员运用多组基因编辑小鼠模型(包括Polq^-/-、Adh5^-/-、Aldh2^-/-及其双敲除品系)，结合甲醇刺激实验模拟甲醛应激。通过彗星实验、γH2AX检测评估DNA损伤，采用ARK法量化DPCs。利用患者来源的FLT3-ITD AML和JAK2^V617F MPN原代细胞，测试Polθ抑制剂(ART558/RP-6685)与ADH5抑制剂(N6022)或ALDH抑制剂(双硫仑)的联合治疗效果。通过TMEJ报告系统评估修复效率，并建立异种移植模型验证体内疗效。

Polθ与ADH5/ALDH2的协同防御机制
在生理状态下，三敲除小鼠未表现明显造血异常，表明基础防御足够应对常规甲醛负荷。但当用甲醇刺激提升甲醛水平后，双敲除小鼠的造血干细胞(HSPCs)出现显著DNA损伤和集落形成缺陷。特别值得注意的是，Adh5^-/-;Polq^-/-细胞对5-20μM甲醛的敏感性比单敲除细胞提高3倍，且伴随DPCs和γH2AX焦点堆积。这提示当"第一道"代谢防线被突破时，Polθ介导的TMEJ成为存活关键。

分子层面的救援行动
药物抑制实验完美复现了遗传学结果：用N6022阻断ADH5或用双硫仑抑制ALDH2后，仅Polq^-/- HSPCs出现显著DSBs和克隆形成障碍。反之，Polθ抑制剂ART558选择性地加剧了Adh5^-/-和Aldh2^-/-细胞的DNA断裂。这种双向合成致死效应，证实了代谢酶与修复因子在甲醛应激下的功能互补。

白血病治疗的突破性发现
在FLT3-ITD驱动的AML模型中，Adh5^-/-;Polq^-/-双敲除细胞的增殖能力较单敲除骤降80%。临床样本实验显示，Polθi+ALDHi组合使AML患者原代细胞存活率降低至对照组的20%。更令人振奋的是，在HR缺陷的Nalm6-RAD54^-/-白血病异种移植模型中，RP-6685(Polθi)与N6022联用将小鼠中位生存期从30天延长至47.8天，外周血白血病细胞减少10倍。这种协同效应在JAK2^V617F MPN中同样显著，为髓系恶性肿瘤提供了精准治疗新方案。

这项研究重塑了我们对细胞甲醛防御系统的认知：ADH5/ALDH2代谢酶构成第一级清除系统，FA通路处理ICLs作为第二级修复，而Polθ-TMEJ则作为第三级应急机制专攻DPCs衍生的DSBs。这种分级防御模型解释了为何Adh5^-/-;Fancd2^-/-小鼠会致死，而Adh5^-/-;Polq^-/-却能存活——只有在甲醛超负荷时才会暴露出Polθ的关键作用。从转化医学角度看，研究证实FDA批准的抗酒精依赖药物双硫仑(ALDH抑制剂)与实验性Polθ抑制剂联用，可选择性杀伤HR缺陷白血病细胞，为临床联合用药提供了直接依据。该发现不仅适用于血液肿瘤，对甲醛相关实体瘤(如鼻咽癌)的治疗也有重要启示。