初诊多发性骨髓瘤患者红系生成阶段特异性受扰导致贫血——Stage?specific disruption of erythropoiesis leads to anemia in newly diagnosed multiple myeloma patients

《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Stage-specific disruption of erythropoiesis leads to anemia in newly diagnosed multiple myeloma patients

　　

背景：初诊多发性骨髓瘤（newly diagnosed multiple myeloma, NDMM）相关贫血影响超过60%的患者并与不良预后相关。既往研究多关注骨髓微环境对红系生成（erythropoiesis）的影响，而各成熟阶段红系细胞的固有缺陷及其分子机制尚不清楚。方法：收集300例NDMM患者及300例健康对照（healthy donor, HD）的临床资料，比较贫血NDMM（NDMM?A）患者与健康人骨髓早期及晚期红系生成的表型及转录组学特征，并行体外红系定向诱导培养以验证红系生成内在缺陷。结果：骨髓原代红系分析显示各阶段红系前体细胞（erythroblast）普遍减少，且NDMM患者红系祖细胞集落形成能力显著受损。转录组学揭示NDMM?A患者早期与晚期红系生成存在阶段特异性失调——红系祖细胞中细胞周期调节因子（如CDC20、AURKB）及关键红系转录因子（如GATA1、GFI1B）下调，免疫应答基因（OAS3、OAS2）上调；终末红系细胞则见氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）及p53通路相关基因上调。体外实验证实，NDMM患者CD34+细胞来源的红系细胞存在增殖不良、凋亡增加及脱核（enucleation）缺陷等固有缺陷。结论：上述发现表明NDMM中细胞固有缺陷与外部反应共同驱动阶段特异性红系生成失败，为治疗策略提供新思路。

本研究发表于《Frontiers in Cell and Developmental Biology》。初诊多发性骨髓瘤（newly diagnosed multiple myeloma, NDMM）患者中超过60%伴发贫血，其发生与不良预后密切相关。既往研究多聚焦于骨髓微环境（bone marrow microenvironment, BMME）对红系生成（erythropoiesis）的抑制，而对红系细胞自身在不同成熟阶段的表型改变及分子调控机制缺乏系统阐述。为此，研究人员纳入300例NDMM患者（其中贫血组138例，非贫血组162例）及300例健康供者（healthy donor, HD），通过流式细胞术（flow cytometry, FCM）分析骨髓红系祖细胞及终末红系细胞（terminal erythroblast）比例与表型，甲基纤维素集落形成实验检测红系祖细胞BFU?E（burst?forming unit?erythroid）与CFU?E（colony?forming unit?erythroid）的集落形成能力；分选原代早期红系祖细胞（GPA^?CD117⁺CD34^+/?CD71⁺）与终末红系细胞（GPA⁺CD71^hiHoechst33342⁺），进行RNA?seq转录组测序及GO/KEGG/GSEA富集分析；采用荧光染料检测活性氧（reactive oxygen species, ROS）水平及细胞周期/凋亡状态；分离骨髓CD34⁺造血干/祖细胞（hematopoietic stem/progenitor cell, HSPC），行四阶段体外红系定向诱导分化，评估增殖、凋亡及终末脱核率，以排除BMME影响验证红系细胞固有缺陷。

研究结果如下：

The bone marrow erythroid progenitors showed quantitative and functional defects in NDMM?A patients：研究人员通过流式细胞术分析发现，NDMM?A患者骨髓单核细胞中红系祖细胞比例（0.17% ± 0.01%）显著低于HD（0.67% ± 0.02%）及NDMM非贫血组（0.60% ± 0.02%）；BFU?E与CFU?E集落数目及单个集落内细胞数均明显减少，提示NDMM贫血患者骨髓红系祖细胞既存在数量减少，也存在增殖功能受损。

Transcriptome analyses revealed both a response to external stimulus and intrinsic dysregulation in erythroid progenitors from NDMM?A patients：对分选的早期红系祖细胞行RNA?seq，鉴定出1538个差异表达基因（differentially expressed gene, DEG）。上调DEG富集于正向免疫应答通路（OAS2、OAS3、IL1B、TNFSF13B），反映骨髓瘤微环境慢性炎症信号刺激；下调DEG富集于细胞周期相关通路（CDC20、AURKB），EdU掺入实验证实NDMM?A红系祖细胞S期比例降低（约18% vs HD约30%）。此外红系关键转录因子GATA1、GFI1B表达下调，髓系转录因子ELF1上调，表明早期红系生成受微环境外源信号与细胞内在调控失常的双重影响。

A global reduction occurred in each stage of terminal erythroblasts and reticulocytes in NDMM?A patients：流式分析显示NDMM?A患者骨髓总终末红系细胞（ProE、BasoE、PolyE、OrthoE各亚群）及网织红细胞（reticulocyte）比例均较HD及非贫血组显著下降，证明终末红系生成各阶段均受全局抑制。

Genes involved in the positive regulation of p53 signal and oxidative phosphorylation (OXPHOS) showed increased expression in terminal erythroblasts of NDMM?A patients：终末红系细胞RNA?seq发现638个DEG，上调基因富集于翻译调控及p53信号正向调节（RPL37、RPS15、RPS20、RPL26等核糖体蛋白基因），GSEA显示OXPHOS通路显著富集（COX6C、UQCRB、UQCRH高表达）；DCFH?DA染色确认NDMM?A终末红系细胞内ROS水平升高，提示线粒体OXPHOS过度活化及p53通路激活致ROS介导的细胞死亡，是终末红系细胞减少的重要机制。

Erythroid cells differentiated from BM CD34⁺cells of NDMM?A patients exhibited impaired proliferation and enucleation：在去除BMME影响的体外CD34⁺细胞红系诱导体系中，NDMM?A来源细胞扩增倍数明显低于HD，Annexin V⁺凋亡比例在各检测时间点均升高，而GPA⁺终末红系细胞比例两组无差异；培养第15天Hoechst33342染色显示NDMM?A来源正成红细胞（orthochromatic erythroblast, OrthoE）脱核率显著降低，形态学也见成熟缺陷，证实NDMM贫血患者红系细胞存在不依赖微环境的固有增殖、抗凋亡及脱核障碍。

讨论与结论总结：研究人员指出，NDMM相关贫血由骨髓恶性浆细胞浸润的外部微环境抑制与红系细胞自身阶段特异性内在缺陷共同导致。早期红系祖细胞受骨髓瘤源性Ⅰ型干扰素及炎症因子作用上调OAS家族及IL1B，且出现GATA1/GFI1B下调、细胞周期抑制；终末红系细胞则因线粒体OXPHOS亢进、p53通路激活及ROS累积而发生凋亡增加，加之CD34⁺来源红系细胞脱核缺陷，最终引起各阶段红系前体减少及贫血。此阶段特异性红系失调模式的阐明为MM贫血的机制理解与靶向干预提供了新依据。结论为：These findings demonstrate that both cell?intrinsic impairments and external responses drive stage?specific erythropoietic failure in NDMM, providing new insights for therapeutic strategies.（这些发现表明，细胞固有缺陷与外部反应共同驱动初诊多发性骨髓瘤中阶段特异性的红系生成失败，为治疗策略提供了新的见解。）