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【2023ASH中国之声】张蒙博士：BRD4或可推动人工血液批量生产的进程

2023年12月11日

整理：肿瘤资讯

来源：肿瘤资讯

2023年12月9日至12日，第65届美国血液学会（ASH）年会于美国加利福尼亚州圣地亚哥盛大召开。本次会议接收了多项中国研究者发起的最新研究成果，其中，由浙江大学医学院附属第一医院特聘研究员张蒙博士报告的一项研究探索了红细胞生成终末期的关键调节因子，为人工血液的批量生产和应用提供了重要的循证医学证据。【肿瘤资讯】特邀张蒙博士进行采访，分享研究开展的背景、研究结果以及其临床意义和启示。

人工血液或可缓解临床“血荒”

张蒙博士：临床输血治疗是目前使用比较广泛且比较成熟的一种治疗方式，主要用于治疗术后外伤、慢性贫血以及某些恶性血液疾病等。然而，临床血液的供应较为缺乏，并且这一问题可能在不断加剧。随着人口老龄化的加剧，曾有研究预测2036年时我国血液供应可能较2016年减少16%，但输血需求可能会增加33%。此外，COVID-19等流行病的爆发也对血液供应产生了较大影响。人工血液的批量生产可以为临床用血提供新的来源。同时，人工血液还可以满足稀有血型患者私人定制化的输血需求。

2022年末，世界首个关于人工血液的临床试验在英国正式启动。研究者从健康受试者的外周血样本中提取干细胞，生成红细胞，并将其回输到其他健康受试者体内。目前，该研究尚未报告任何不良反应。
现阶段，人工血液的生产和应用还存在一些难题。在技术层面，研究者除了需要探索实现工业化大规模生产的相关工艺之外，还需要优化体外诱导生成红细胞的分化体系。目前干细胞诱导的红细胞脱核效率低较低，难以产生足够的成熟红细胞。本研究旨在探索红细胞终末分化的过程和机制，为未来人工血液的制备提供方案。

BRD4或可成为人工血液冲破“瓶颈”的关键

张蒙博士：在实验室条件下，我们分别建立了诱导多能干细胞（iPSCs）、脐带血来源的造血干细胞以及成体的外周血中单个核细胞生成红细胞的体系。但由于iPSCs通过诱导分化生产红细胞的周期较长，成本较高，我们首先选择在脐血来源的造血干细胞体系中探索调控红细胞终末分化的关键因子。

通过对300多个针对表观和转录调节因子的小分子进行筛选，最终发现溴结构域蛋白质BRD4的5个抑制剂都能够促进红细胞的分化，因此BRD4可能是潜在的调控红细胞终末分化的关键因子。通过观察红细胞的终末分化过程发现，BRD4可以加速终末红细胞的生成，从而提高脱核效率。除此之外，我们还在成体的外周血单个核细胞、急性白血病细胞系和其他2个细胞系中验证了这一发现。

BRD4是关键的转录和表观遗传调控因子，其最为人熟知的功能是通过活化细胞周期蛋白依赖性激酶9（CDK9）来调控基因的转录延伸。BRD4在干性维持、造血分化、肿瘤发生以及免疫治疗等方面均发挥着很重要的作用。然而，在红细胞的终末分化过程中，我们观察到抑制CDK9不影响红系终末分化，即BRD4的功能可能是独立于CDK9的。由于BRD4长异构体上的C末端结构域可以与CDK9相互作用，我们构建了特异性敲降BRD4长异构体和短异构体的发夹小RNA。实验结果发现BRD4的2个异构体均参与红细胞终末分化的调控。证明在红细胞终末分化过程中，BRD4并未通过传统的CDK9通路发挥作用。

BRD4在终末分化中的作用机制可能与其最新报导的转录抑制功能相关。为了探究这一猜测，我们进行了包含RNA测序技术（RNA-seq）、利用转座酶研究染色质可及性的高通量测序技术（ATAC-seq），以及靶向剪切和标签技术（Cut&Tag）的多组学联合分析和功能验证实验。结果发现，BRD4可直接抑制红细胞终末分化相关基因的转录。这与既往研究报道的，其经典的促进基因转录功能并不相同。

为进一步探索BRD4如何抑制与红细胞终末分化相关基因的表达，我们对免疫共沉淀的质谱数据进行了分析，并做了免疫共沉淀和western blot验证。结果发现，BRD4与H3K9甲基转移酶EHMT1/2 之间存在相互作用。通过对EHMT1/2进行功能验证实验发现，EHMT1/2均可调控红细胞终末分化的过程。
总的来说，在红细胞终末分化过程中，BRD4的功能并不依赖于传统的CDK9通路，而是通过转录抑制发挥其作用。

BRD4将在人工血液和肿瘤治疗领域大显身手

张蒙博士：首先，溴结构蛋白质BRD4是很重要的表观遗传和转录调控因子。其在干系维持、造血分化、癌症发生和免疫治疗等过程中发挥着重要的作用。本研究发现BRD4在红细胞终末分化过程中发挥着独特的作用。与在其他分化过程中不同的是，在红细胞分化的过程中，BRD4主要通过转录抑制发挥功能，而不是通过经典的CDK9通路。

本研究为体外提高红细胞的脱核效率提供了一种简单的方法。在未来，研究者或可在诱导过程中直接添加BRD4抑制剂以提高红细胞脱核效率。BRD4可以促进红细胞的分化成熟，其将来也可能成为治疗由红细胞分化障碍导致的疾病的治疗靶点。

基于本研究的初步结果，研究者未来或将在2个方面进行探索。首先，研究者将继续聚焦于人工血液的制备。虽然人工血液的应用潜力很大，但在实际操作时仍旧困难重重。目前，我们尝试在iPSCs生成红细胞的分化体系中验证BRD4在终末分化过程中的功能。通过前期研究发现，BRD4可以促进iPSCs来源红细胞的成熟，并提高脱核效率，但是其效果并不稳定。iPSCs分化体系或许还存在其他较为复杂的问题。在未来，研究者可在本研究的基础上，结合其它因素进行综合研究。从多个层面，多个角度出发，尝试进一步提高iPSCs来源红细胞的脱核效率，为人工血液的批量制备提供一种方法。

此外，研究还可以继续探索BRD4在肿瘤领域的功能。人体内90%以上的细胞都是红细胞，红细胞在正常生理状态下具有携氧的功能。但是在一些病理状态下，特别是肿瘤状态下，红细胞会发生病理性髓外造血，从而引发未成熟的红细胞在患者的肝脏、脾脏、外周血中积累。未成熟的红细胞是具有免疫调控功能的。目前已经有证据证明，未成熟的红细胞可以抑制T细胞的免疫应答能力。一些研究也将未成熟的红细胞作为靶点以提高治疗肿瘤的疗效。

BRD4抑制剂对大部分肿瘤细胞均具有杀伤作用。因此，BRD4抑制剂可作为泛癌的潜在治疗方法。目前，已有20多种BRD4的抑制剂进入临床试验阶段。研究者还在一些试验中发现，BRD4抑制剂能够促进CAR-T细胞的杀伤功能。对于一些出现髓外造血的肿瘤患者，包含BRD4抑制剂的治疗方案或可达到“一箭双雕”的效果。BRD4抑制剂不仅可以杀伤肿瘤细胞，还可以促进有核红细胞分化成熟来抑制其免疫抑制功能。研究者未来可在伴有髓外造血的肿瘤患者中，探索含有BRD4抑制剂的治疗方案的益处和优势。

专家介绍

张蒙

特聘研究员

浙江大学医学院附属第一医院，特聘研究员

参考文献

https://ash.confex.com/ash/2023/webprogram/Paper184382.html

责任编辑：肿瘤资讯-小编
排版编辑：肿瘤资讯-小编

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2023年12月11日

徐宝连

浙江中医药大学附属第二医院(浙江省新华医院) | 血液肿瘤科

BRD4或可推动人工血液批量生产的进程