研究背景

这项研究由 Lin Yang、Zhaoru Zhang、Penglei Jiang 等主导，隶属于浙江大学医学院第一附属医院骨髓移植中心和浙江大学梁祝实验室等机构。本研究发表于Nature Cell Biology，DOI 为 https://doi.org/10.1038/s41556-024-01420-z。研究的时间跨度从 2023 年 2 月投稿至 2024 年 4 月终审接受。

研究的核心问题是急性髓系白血病（Acute Myeloid Leukemia, AML）这一致命性疾病的致病机制与潜在治疗方法。AML 是成人中最常见的急性白血病，其来源于造血干细胞和髓系祖细胞的恶性转化，五年生存率不超过 30.5%。现有研究表明，RNA 结合蛋白（RNA-binding proteins, RBPs）在 AML 中发挥重要作用，而相分离（Phase Separation, PS）是 AML 发病的重要细胞机制之一。本研究聚焦于一种特定的核仁蛋白——Fibrillarin（FBL），探讨其在 AML 发病机制中的作用及其治疗潜力，尤其是 FBL 的相分离特性对 AML 的影响。

研究目标

本研究旨在： 1. 探明通过相分离驱动的 FBL 凝聚体是否在 AML 的发病和维护过程中起关键作用；
2. 探讨 FBL 的相分离机制及其具体功能；
3. 评估干预 FBL 相分离能力是否可以作为 AML 的潜在治疗策略。

研究流程

研究从以下几方面展开：

1. AML 关键 RNA 结合蛋白的筛选

研究首先使用了基于 CRISPR 系统的小鼠 AML 模型，对 RNA 结合蛋白进行体内敲除筛选。研究通过 MLL-AF9 驱动的 AML 模型和一个包含 9,799 个 sgRNA 并靶向 1,914 个鼠类 RNA 结合蛋白的文库，分析了哪些 RNA 结合蛋白在 AML 发病中起关键作用。实验结果显示，FBL 是功能评分最高且与患者临床相关性最强的蛋白。进一步的多样数据分析确认了 FBL 的高表达与较差的 AML 患者生存率显著相关。

2. FBL 表达和 AML 维持的关系

为了验证 FBL 在 AML 中的关键作用，研究利用两种短发夹 RNA （shRNA）沉默 AML 细胞中的 FBL 表达。结果表明，FBL 沉默会导致 AML 细胞生长显著受抑，细胞分化加强，生长能力和自我更新能力显著下降。同时，在原代 AML 患者样本中也观察到了类似现象。动物实验进一步证明，FBL 沉默可以显著减缓 AML 的进展，延长接受移植的免疫缺陷小鼠的生存时间。

3. FBL 相分离特性的分子机制研究

FBL 的功能核心在于其 N 端的 Glycine-Arginine-rich (GAR) Domain 和 RNA 结合域（RNA-binding Domain, RBD）。通过表达缺失这些结构域的 FBL 突变体，研究发现，相分离相关的 GAR 和 RBD 必须共同协调才能维持 FBL 在 AML 中的生物功能。此外，实验首次证实，FBL 的相分离能力依赖于其序列中特定的氨基酸组成及静电力驱动的相互作用，这种机制通过“Stickers-and-Spacers” 模型得到了进一步解释。

4. FBL 对核仁功能和 AML 转录翻译的推动作用

研究显示，FBL 驱动核仁形成，并调控核糖体 RNA（rRNA）的早期加工及 2′-O-甲基化 (2′-O-methylation)。核仁形态和功能的改变直接影响蛋白质合成。实验发现，FBL 的相分离特性促进了关键致癌基因如 MYC 的翻译效率，而这些基因的表达下调与 AML 细胞的分化和凋亡密切相关。

5. 药物干预的效果评估

以 CGX-635（一种抑制 rRNA 加工的药物）为模型，研究考察了针对 FBL 相分离行为的潜在治疗干预。研究发现，CGX-635 可以通过与 FBL 的直接结合改变其相分离特性，导致 rRNA 加工缺陷和 AML 细胞增殖受阻，并在多种 AML 细胞系中表现出浓度依赖的杀伤效果。

核心研究结果

1. FBL 高水平表达与 AML 发病相关：AML 患者和细胞系中，FBL 表达显著高于正常造血干/祖细胞，其高表达水平与患者较差的生存预后呈显著负相关。
   
2. 相分离是 FBL 功能的核心机制：FBL 的 GAR 和 RBD 是其相分离能力的关键结构域，这种能力直接调控核仁功能和 rRNA 加工。
   
3. FBL 带动 MYC 和其他致癌基因的翻译：FBL 相分离的生物功能增强了 MYC 等关键致癌基因的翻译效率，进而驱动了 AML 的维持与扩散。
   
4. CGX-635 的治疗潜力：CGX-635 能通过干扰 FBL 的相分离行为抑制 AML 的发展，说明调控相分离是针对 AML 的潜在治疗策略。
   

研究意义和价值

本研究充分揭示了 RNA 结合蛋白 FBL 在 AML 发病和治疗中的核心作用，基于 FBL 相分离特性为 AML 治疗提供了新的理论支持和药物靶点。此外，研究为理解相分离机制在细胞功能特别是癌症中的作用提供了重要视角，进一步强调了生物材料性质在肿瘤生物学中的独特价值。

突出亮点

1. 首次系统性验证 FBL 的 GAR 和 RBD 是 AML 中必要的“功能域”，其分子机制通过 Stickers-and-Spacers 理论得到阐释。
   
2. 从相分离的视角，揭示了核仁在 AML 细胞调控中的核心作用，进一步明确相分离驱动的核仁功能失调与癌症关系的重要意义。
   
3. 提出了药物 CGX-635 的新作用机制，为现有 AML 治疗方案增添了新思路。
   

总结而言，这项研究不仅揭示了 FBL 为 AML 发病提供了一个新的关键依赖点，也通过强调相分离机制为 AML 的未来治疗提供了潜在策略。