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1 第 75 回日本血液学会学術集会 小児科領域 EL-57 プログレス 小児急性リンパ性白血病 (ALL) の分子生物学 真部 淳 Key words : Acute lymphoblastic leukemia, Molecular biology, Children はじめに白血病は小児がんの約 40% を占める大きなグループであるが, そのうち約 70% は急性リンパ性白血病 (ALL: Acute lymphoblastic leukemia) が占める ALL は成人がんも含め, 過去 30 年間にもっとも予後が改善した悪性腫瘍である その一方で, 近年, 分子生物学の理解が深まってきた 1) 1. 白血病細胞を用いた研究初めに白血病細胞を用いた体細胞変異 (somatic mutation) の研究を紹介する a)ikaros 異常白血病の基礎研究は網羅的遺伝子解析の進歩とともに大きな発展を遂げており, この 5 年ほどで多くの重要な遺伝子異常が同定された ( 表 1, 図 1) Mullighan らは DNA を用いたゲノム解析により BCP-ALL の 40% で B 細胞の発生 分化に関わる遺伝子に異常を来していることを発見した 2) それらの遺伝子の中でもリンパ球分化における幹細胞に近い段階で作用する転写因子である Ikaros をコードする遺伝子 IKZF1 の欠失をフィラデルフィア染色体 (Ph) 陽性 ALL の 84% で認めた 3) IKZF1 欠失は慢性骨髄性白血病の慢性期では認められなかったがリンパ性急性転化時に獲得しており, 白血病発生に直接関与していると考えられる 3) この IKZF1 異常 ( 欠失と配列異常 ) は,Ph 陰性の高リスク BCP-ALL の約 30% においても認められ, 有意な予後不良因子であった 4) b)crlf2 異常サイトカインレセプターの一種である CRLF2 の過剰 聖路加国際病院小児科 発現をもたらす変異 (IgH@-CRLF2,P2RY8-CRLF2, CRLF2 F232C) が 4 つのグループからほぼ同時に報告された 5 8) CRLF2 異常は BCP-ALL の 5% 弱に生じ, Down 症候群に合併した ALL(DS-ALL) では約半数で認められた 5 8) CRLF2 異常の発見に先立ち,DS-ALL の約 20% に JAK2 遺伝子変異があることが明らかになっていたが 9), この JAK2 および JAK1 に変異を有する例は CRLF2 異常を合併していた 5 8) CRLF2 は IL-7 レセプター a 鎖とヘテロダイマーを形成して TSLP 受容体として働き,JAK-STAT 系を介し T 細胞や樹状細胞の分化や B 細胞の増殖などに関与するが,CRLF2 の過剰発現と JAK の機能亢進により下流のシグナル伝達分子の異常リン酸化がおきることが白血病発生に寄与するものと考えられている 5 8, 10) CRLF2 の下流は JAK-STAT 系と考えられていたが,PI3K-mTOR 系にも異常活性化が生じており, これらは分子標的療法の応用の可能性を示唆する 10) CRLF2 異常を有する例のうち JAK 変異を合併しているのは半数程度であり, 残りの症例では JAK 以外のキナーゼに異常が生じているものと推測されていた c)bcr-abl-like ALL IKZF1 異常を有する ALL は Ph 陽性でも陰性でも同等に予後不良であるのみならず, 遺伝子発現プロファイルも類似しており, 造血幹細胞で発現する遺伝子発現が亢進し,B 細胞レセプターシグナル経路と B 細胞分化を調節する遺伝子の発現は減弱していた 7) 同時期にオランダの研究グループも, 既知の遺伝子異常を有さない小児 ALL の中に BCR-ABL 融合遺伝子 (Ph の遺伝子産物 ) 陽性 ALL 例と類似した発現プロファイルを呈する一群が存在することを発見した 11) この BCR-ABL- like 群は再発頻度が高く,Ph 陽性 ALL と同様に予後不良な一群で,IKZF1 や PAX5 など B 細胞発生に関わ 453(1999)

2 臨床血液 1 1 PAX5 BPC-ALL 31.7 B IKZF1 BCP-ALL 15? Ph ALL 80 Ph ALL 30 3 JAK1/2 DS-ALL JAK-STAT JAK? Ph ALL 10.7 CRLF2 IgH@-CRLF2 BCP-ALL 5 16 JAK P2RY8-CRLF2, JAK- STAT DS-ALL 50 ALL 14 IKZF1 JAK? CREBBP ALL 19 TP53 BCP-ALL 3 図 1 小児 ALL における核型異常 1) (2000)454

3 る遺伝子の欠失を 80% 以上の例で認めていた アメリカの研究グループはさらに解析を進めて IKZF1 異常と BCR-ABL 様発現プロファイルを来す一群の約半数が CRLF2 異常と JAK 変異を合併していることを明らかにした 12 14) 興味深いことに IKZF1 異常があっても JAK 変異や BCR-ABL 様発現プロファイルを呈さない例も存在し, この一群の予後はむしろ良好であり 15), 複数の遺伝子異常が複雑に影響しあって生じる遺伝子発現パターンが治療抵抗性白血病細胞発生に寄与していると考えられた BCR-ABL-like ALL の全例が IKZF1,CRLF2, JAK の異常を同時に有するわけではないことより, その他のキナーゼやサイトカインレセプターシグナル経路の異常が推測されていたが, 最近になって mrna シーケンスと全ゲノムシーケンスを駆使することで BCR-ABLlike ALL の遺伝子基盤が解明された 16) BCR-ABL-like ALL の 15 例を用いた検討で,JAK に加えて PDGFRB, ABL1 などの活性化をもたらす融合遺伝子や,FLT3, IL7R,SH2B3 などの変異を同定した PDGFR と IL7R はサイトカインレセプターである また,JAK を負に調節する LNK をコードする SH2B3 に変異が生じることで JAK 下流のシグナル経路が活性化される これらの異常により生じるシグナル異常をチロシンキナーゼ阻害剤によって是正することが可能であり今後の治療応用が期待される d)earlyt-cell precursor(etp ALL) の分子異常 ETP ALL は T 細胞系と骨髄球系への分化能を保持する極めて未熟な T 細胞の一群である ETP の遺伝子発現プロファイルを参考に Coustan-Smith らによって同定された ALL で, 特徴的な表面マーカー所見を呈する 17) ETP ALL の遺伝子発現プロファイルは正常造血幹細胞および顆粒球マクロファージ前駆細胞などと共通しており, 分化が広汎に障害された幹細胞型白血病と考えられる 興味深いことに予後不良 AML でみられる leukemic stem-cell signature や BCR-ABL-like ALL の発現プロファイルとも類似していた 18) ETP-ALL は RAS シグナルやヒストン修飾, 造血細胞の分化に関わる遺伝子に変異が好発するなど,AML の変異スペクトラムと共通点が多いことから, 大量 Ara-C など AML で用いる治療レジメンやシグナル伝達阻害剤などの効果が期待される 18) e)hypodiploid ALL 従来, 染色体数 46 本未満の低 2 倍体 (hypodiploid) の ALL は予後不良とされてきたが,45 本の例は予後不良ではない 44 本の例は一般的な ALL と比較すると不良であり,EFS は 50% 前後である 19) 一方,43 本未満 は hypodiploid の中で稀であるが, これは染色体数 30 本台の low hypodiploid と 20 本台の near haploid に分けられ, 前者の EFS は 40% 前後, 後者の EFS は 25 30% と, 染色体数が少ないほど予後が不良であることがわかってきた これらは発症時の白血球数や治療反応性では予後が予測できない症例が多い 最近アメリカから分子生物学的な特徴が報告された 20) これは hypodiploid ALL の小児 124 例と成人 11 例の検体を用いた研究である それによると,near haploid(24 31 本 ) 例 71% で NF1, PTPN11, FLT3 などの RTK/Ras の経路異常が見つかった また 13% で IKZF3 (AIOLOS をコードする ) の異常があった 一方,low hypodiploid(32 39 本 ) の 91% で TP53 の異常が見られた 驚くべきことに, そのうち 43% では非腫瘍検体 ( 生殖細胞系列 ) でも TP53 の変異が検出された TP53 変異がある例は RB1 の変異あるいは CDKN2A/2B 変異を合併して有しており, 細胞周期の制御異常が示唆された なお,low hypolpoid 例の 53% で IKZF2(HELIOS をコードする ) の異常もみられた なお, 生殖細胞系列で TP53 変異が検出された例の中には, 臨床的に Li- Fraumeni 症候群とわかっている家系もあったが, わかっていない家系が大部分であった 2. 白血病になりやすい体質についての研究 a)all の原因の探索 : 歴史的背景放射線被曝, ある種の抗がん剤の使用などの環境要因が白血病を引き起こすことが知られている またダウン症候群において AML の頻度が高いなど, 体質要因が白血病を引き起こすことも知られている しかしながら小児の ALL のほとんどの症例で原因は不明である 一卵性双生児では胎生期に子宮内で胎盤の血管を介して白血病になる可能性をもった細胞 ( 白血病幹細胞?) が一方の胎児からもう一方の胎児に移ることが報告されているが, 白血病患児の二卵性の双生児, あるいは兄弟姉妹において白血病の発症が多いということはない また, 小児の白血病を引き起こすウイルスは発見されていない ところで上述の一卵性双生児の研究により, 例えば TEL-AML1 融合遺伝子を有する細胞は胎児期から血液中に存在することが示唆された 実際に臍帯血をスクリーニングしたところ TEL-AML1 融合遺伝子を有する症例の頻度は実際の ALL の頻度の約 100 倍も多いため 21), この細胞が存在するだけでは ALL にはならず, さらにいくつかのイベントが起こって初めて ALL が発症するものと考えられた UK の Greaves らは,TEL- AML1 融合遺伝子を有する細胞を持った小児が, 乳児期に感染症に罹患せずに育ち, 次いでリンパ組織が急激に発達する幼児期に よくある感染症 ( common infec- 455(2001)

4 臨床血液 tions ) に曝露されると ALL を発症するのだろうというモデルを提唱している 22) b) 生殖細胞系列変異 (germline mutation) の研究分子疫学 (molecular epidemiology) の分野も注目されている 英国において小児 ALL の患者二組についておのおの二組の正常対照群を用いて GWAS(Genome-wide association study) を行った 23) 第 1 組は患者 503 例, 対照群 1,438 例, 第 2 組は患者 404 例, 対照群 960 名である 全体では B 細胞系 ALL が 824 例,T-ALL が 83 例だった 患者も対照群も白人のみである 29 万カ所にのぼる SNP が検索された結果,10 カ所において ALL で有意に多い SNP がみられ, その中で IKZF1,ARID5B, CEBPE の 3 つの遺伝子に germline の変異が起きると小児 ALL になりやすいということであった またこの傾向は T-ALL を除外してもみられるので,B 細胞系 ALL でより際立った IKZF1 は前述のように Ikaros をコードする遺伝子であり,B 細胞系の分化を制御する ARID5B は APL で発現の高い転写因子であるが, この遺伝子をノックアウトすると B-cell progenitor が減少する CEBPE は AML の 10% で変異が認められる転写因子 CEBP ファミリーの一つであるが, この遺伝子ファミリーは最近,ALL において IgH 遺伝子とさまざまな転座を起こすことが示された 以上よりこれら 3 つの遺伝子は, すべて B 細胞系の分化に関わる転写因子であった 23) 同時期に St. Jude Children s Research Hospital (St. Jude) からも同様の報告が出た 24) 317 人の小児 ALL と対照群 17,958 人について SNP を調べたところ, ARID5B の変異と ALL になるリスクは相関した 2 ALL 1 3 最近, アメリカからさらに詳細な研究結果が報告された 25) 上述の ARID5B はヒスパニックの ALL 患者で germline 変異が多いことが知られていたが, これまでの GWAS のほとんどは白人を対象としてきたものであった 今回は白人以外の人種 ( 民族 ) をも対象として GWAS が行われた 新たな変異部位として,10p が見つかった ここには COMMD3/BM1 と PIP4K2A の 2 つの遺伝子がある PIP4K2A は Phophatidylinositol-5-phophate の代謝に関する酵素で, BTK と関連があり, また PI3K の径路とも関連がある ARID5B は ALL の民族差にも大きく貢献 ( ヒスパニックで変異が多い ) するが, 今回の解析では,10 歳未満の ALL の発症と Hyperdiploid ALL 発症の 2 つと相関がみられた したがって,ARID5B 変異は, よくみられる小児 ALL の発症に関連していることが示唆された 次に, 今まで ALL 発症との関連があると報告されてきた 3 つの遺伝子 (ARID5B,IKZF1,CEBPE) と今回見つかった PIP4K2A を合わせて, 計 4 つの遺伝子に変異が有るか無いかを総合判定するスコアを作ったところ (1 つの変異がヘテロであれば 1 点, ホモであれば 2 点, なければ 0 点 ), 合計点 6 8 点では 0 1 点に比較して ALL になる危険性が 9 倍多くなることが示された この Odds ratio は従来の疫学研究で示された中で最大である 3.ALL の予後因子 a) 古典的予後因子 1970 年代に 10% 台だった ALL の治癒率は現在では 80% 台になり 1), その過程で多数の予後因子が同定されてきた ( 表 2) たとえば発症時に白血球数が多い症例は少ない症例より治りにくく, また, 発症時の年齢が 1 歳未満と 10 歳以上は 1 9 歳よりも治りにくいということから 90 年代に NCI/Rome 分類が提唱された 26) すなわち, 初診時白血球数 50,000/ml 未満かつ 1 歳以上 9 歳以下の発症例を低リスク, それ以外 ( 初診時白血球数 50, 000 以上または 10 歳以上 ) は高リスクとするものである このシステムは発表当初は単純かつ有用と考えられたが,B 細胞系ではあてはまっても T 細胞系にはあてはまらないこと, 白血球数と年齢以外の予後因子, とくに治療に対する初期反応性が大きな役割を示すことがわかってきたため, その有用性は限られる b)all 細胞の生物学染色体異常あるいは遺伝子異常のいくつかは予後と相関し ( 表 3) 1, 22), 非常に活発に研究が行われている それらのうち前述した IKZF1 異常は骨髄再発, すべての再発, すべてのイベントを増加させた 4) BCR-ABL-like (2002)456

5 ALL が予後不良であると示唆されているが 4.11), 臨床現場で発症時にマイクロアレイや mrna シーケンスを行うことは現実的に不可能であるため, 今後はフローサイトメトリーで CRLF2 の発現やシグナル伝達分子の異常 10, 16, 27) リン酸化を捉えることで BCR-ABL-like ALL の同定が可能か検証する必要がある c) 患者要因患者側因子として薬物代謝の個人差があげられる たとえば thiopurine methyltransferase(tpmt) は 6-メルカプトプリン (6MP) の代謝に関与するが, この遺伝子には遺伝子多型が知られている ホモ型あるいはヘテロ型の変異 TPMT を有する患者では野生型 TPMT を有する患者に比べて 6MP の毒性が強く出るため, 減量する必要がある 28) また変異 TPMT を有する症例では二次性 AML あるいは二次性脳腫瘍の頻度が高くなることが報告されている 29) 遺伝子多型には人種差が大きく, 日本人では TPMT 変異を有する人は少ない d) 治療反応性これら白血病細胞自体の要因と患者の体質要因の両方を総合した予後因子として現在もっとも重要と考えられているのは, 治療に対する反応性である BFM グループは 1980 年代から発症後 1 週間のステロイド単独 (+1 回の髄注 ) 治療後の末梢血残存 ALL 細胞数を用いて患者を層別化していた すなわち Day8 末梢血芽球が 1,000/ml 未満の例は prednisolone good responder (PGR), 1,000/ml 以上の例は prednisolone poor responder(ppr) とされ, 前者と後者の予後には有意に差があり, 異なった治療が行われていた 30) 同様の治療層別化は国内の TCCSG でも行われている 31) 治療開始 1 週間を過ぎた後も, 患者の白血病細胞が早く減少する症例ほど予後が良好であると信じられていたが, それが証明されたのは顕微鏡的診断とは比較にならない鋭敏な微小残存病変 (minimal residual disease: MRD) 測定方法が得られるようになってからである DNA を用いて免疫グロブリンあるいは T 細胞受容体の白血病細胞特異的な遺伝子再構成を PCR 法によって検出する方法と, フローサイトメトリーにより白血病細胞に特異的に発現している抗原の組み合わせを検出する方法があり, いずれも 1 万個に 1 個レベルの ALL 細胞を同定することが可能である 今までに治療開始後 2 週間,4 6 週間,12 週間の MRD が予後と相関することが示されている 32 34) 現在, これらの MRD を用いて治療早期に患者を層別化することが世界中で行われている 4.ALL の治療と予後前項の予後因子に基づく治療層別化は小児 ALL の重要な治療戦略である 世界的に 3 4 群に層別化が行われ, 再発リスクが低い症例に対しては低侵襲治療が, 高リスク症例に対しては同種骨髄移植を含む強力な治療が行われる a) 現在の治療成績 : 一つの到達点小児の ALL は現行の治療により高い治癒率が得られており, たとえば St. Jude では 5 年間の EFS は 85%, 全生存は 93% になった 35) 従来 ALL では中枢神経再発を予防するために頭蓋照射が行われていたが, この St. Judeの治療では頭蓋照射は全廃され, 抗がん剤の髄注の強化が採用されている ここには脳腫瘍などの二次がん発生および内分泌障害 知能の低下などの晩期合併 3 ALL B ALL t 9;22 BCR/ABL t 4;11 MLL/AF4 45 t 12;21 TEL/AML1 t 1;19 E2A/PB 1 50 T ALL TAL1 t 11;19 MLL/ENL HO 11 NOTCH1 457(2003)

6 臨床血液 症の併発を許さないという強い姿勢が示されており, 現在の小児 ALL 治療のモデルとされるべきであろう 一方, イタリアと BFM の連合は 2000 年から, 若干の染色体異常と MRD(Week5 と Week12) のみに基づいて層別化し, 全体を 3 群に分けて治療を行った 1 歳以上 18 歳以下の Ph1 陰性 B 前駆細胞型 ALL 全体 (4,016 例 ) の 7 年 EFS は 80%, 全生存は 92% に達している 36) なお,T 細胞型 ALL は B 前駆細胞型よりリスクを上げて扱われることが多い また,1 歳未満の乳児 ALL とフィラデルフィア染色体陽性 ALL は難治性のことが多く, 別プロトコールが立てられている b) 分子標的療法上記のように化学療法の進歩により, 小児 ALL では 80% 以上の EFS が得られるようになったが, いまだに 20% は再発し, 再発後の予後は不良である 37) 近年の分子生物学的解析手法と創薬技術の進歩により分子標的療法の開発に期待がかかっている 実際に小児 ALL の中でも予後不良の一群である Ph 陽性 ALL は強力な化学療法にチロシンキナーゼ阻害剤の imatinib を併用することで予後の飛躍的改善が得られた 38) 前述したように Ph 陰性高リスク ALL の多くを占める BCR-ABL-like ALL では分子標的療法の対象となりうるシグナル経路の異常を認めており, これらの症例を早期に同定し imatinib や dasatinib, さらには JAK 阻害剤である ruxolitinib を併用することでこれら一群の治癒率が向上するかもしれない 10, 16, 39) おわりに 小児 ALL における分子生物学的な理解が急速に深まってきた 国内からも白血病細胞を用いた研究は多く発表されている しかしながら世界最大の人口を擁する東 ( 東南 ) アジアにおける GWAS はまだほとんど行われていない GWAS の結果は人種 ( 民族 ) 間の差異が大きいと考えられる, 今後の発展が期待される 現に, 国内でも小児 ALL における GWAS の基盤が整いつつある 40) 著者の COI(conflicts of interest) 開示 : 本論文発表内容に関連して特に申告なし 文 献 1)Pui CH, Mullighan CG, Evans WE, Relling MV. Pediatric acute lymphoblastic leukemia: where are we going and how do we getthere? Blood. 2012; 120: )Mullighan CG, Goorha S, Radtke I, et al. Genome-wide analysis of genetic alterations in acute lymphoblastic leukaemia. Nature. 2007; 446: )Mullighan CG, Miller CB, Radtke I, et al. BCR-ABL1 lymphoblastic leukaemia is characterized by the deletion of Ikaros. Nature. 2008; 453: )Mullighan CG, Su X, Zhang J, etal. Children s Oncology Group. Deletion of IKZF1 and prognosis in acute lymphoblastic leukemia. N Engl J Med. 2009; 360: )Russell LJ, Capasso M, Vater I, et al. Deregulated expression of cytokine receptor gene, CRLF2, is involved in lymphoid transformation in B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia. Blood. 114: )Mullighan CG, Collins-Underwood JR, Phillips LA, etal. Rearrangementof CRLF2 in B-progenitor- and Down syndrome-associated acute lymphoblastic leukemia. Nat Genet. 2009; 41: )Hertzberg L, Vendramini E, Ganmore I, et al. Down syndrome acute lymphoblastic leukemia, a highly heterogeneous disease in which aberrantexpression of CRLF2 is associated with mutated JAK2: a report from the International BFM Study Group. Blood. 2010; 115: )Yoda A, Yoda Y, Chiaretti S, et al. Functional screening identifies CRLF2 in precursor B-cell acute lymphoblastic leukemia. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010; 107: )Bercovich D, Ganmore I, Scott LM, et al. Mutations of JAK2 in acute lymphoblastic leukaemias associated with Down s syndrome. Lancet. 2008; 372: )Tasian SK, Doral MY, Borowitz MJ, etal. AberrantSTAT5 and PI3 K/mTOR pathway signaling occurs in human CRLF2- rearranged B-precursor acute lymphoblastic leukemia. Blood. 2012; 120: )Den Boer ML, van SlegtenhorstM, De Menezes RX, etal. A subtype of childhood acute lymphoblastic leukaemia with poor treatment outcome: a genome-wide classification study. LancetOncol. 2009; 10: )Mullighan CG, Zhang J, Harvey RC, et al. JAK mutations in high-risk childhood acute lymphoblastic leukemia. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009; 106: )Harvey RC, Mullighan CG, Chen IM, etal. Rearrangementof CRLF2 is associated with mutation of JAK kinases, alteration of IKZF1, Hispanic/Latino ethnicity, and a poor outcome in pediatric B-progenitor acute lymphoblastic leukemia. Blood. 2010; 115: )Harvey RC, Mullighan CG, Wang X, et al. Identification of novel cluster groups in pediatric high-risk B-precursor acute lymphoblastic leukemia with gene expression profiling: correlation with genome-wide DNA copy number alterations, clinical characteristics, and outcome. Blood. 2010; 116: )Zhang J, Mullighan CG, Harvey RC, etal. Key pathways are frequently mutated in high-risk childhood acute lymphoblastic leukemia: a report from the Children s Oncology Group. (2004)458

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