成体造血稳态的维持依赖于骨髓内造血干/祖细胞（HSPC）持断不断增殖分化以补充外周的消耗[1]，此过程会伴随着HSPC的衰老和凋亡。这是一个受细胞内外环境调控的复杂过程，其分子机制还不十分清楚。蛋白酶3（Proteinase 3，PR3）是一种丝氨酸蛋白酶，最早在中性粒细胞被发现，主要与杀菌和细胞死亡相关[2]。近年来，在HSPC和一些AML细胞也发现有PR3高表达，提示PR3可能在HSPC分化、衰老及凋亡过程中发挥作用。在近期的研究中，许元富团队发现PR3可以影响小鼠骨髓中HSPC的衰老和限制其数量[3]，但PR3是否参与了HSPC的分化调控和AML细胞的分化阻滞仍不清楚。因此，深入上述研究，将为今后“HSPC的命运抉择”相关研究提供新的调控机制，同时也为AML临床治疗提供一个新的干预靶点。

近日，细胞生态海河实验室许元富教授和曹义海教授合作在《Cell DeathDifferentiation》（IF=12.4）在线发表了题为“Proteinase 3 depletion attenuates leukemia by promoting myeloid differentiation”的研究论文（细胞生态海河实验室为第一完成单位）。该研究发现PR3参与造血干/祖细胞髓系分化调控，并在小鼠模型上证明通过干预PR3诱导髓系白血病细胞分化策略的有效性，为今后白血病治疗相关药物的研发提供一个新靶点。

该研究首先在单细胞水平明确了PR3在人和小鼠的HSPC中高表达，并发现随着小鼠周龄的增加，PR3在HSPC中的表达量呈现下降趋势，且该趋势同步于小鼠衰老时表现出的髓系分化增强趋势。为深入了解上述生理现象及其背后的科学意义，该研究分别构建了PR3的全敲和髓系条件敲除小鼠。随后4周至72周连续监测小鼠血象，结果显示：PR3缺失小鼠比野生型小鼠更早发生自发倾向髓系分化现象，提示PR3缺失促进了HSPC向髓系分化。接下来的机制研究，发现PR3能与STAT3 N 端结构域结合并酶切后者，酶切后的STAT3会被泛素化和降解，表明PR3可以影响STAT3的稳定性；而在G-CSF 刺激的髓系分化实验中，PR3缺失导致更多的STAT3被磷酸化和入核，促进了P27kpi1和C/Ebpα等髓系分化相关因子表达，STAT3 抑制剂（Stattic）能够部分抵消PR3 缺乏对髓系分化的影响。提示PR3可能是一种新的STAT3 依赖性髓系分化的负调控因子。此外，该研究构建了小鼠白血病动物模型，结果发现PR3缺乏能促进体内绝大多数白血病细胞分化为具有功能的成熟中性粒细胞，且PR3缺乏的小鼠维持一种带病长期生存状态。这一发现证实了PR3缺失可以重启髓系白血病细胞分化和自然清除。

综上，该研究揭示在HSPC中PR3 可以直接作用于STAT3的N端结构域来影响STAT3的蛋白稳定性，调控STAT3依赖性的髓系分化，提示PR3是一个调控髓系分化的新靶点。该研究为今后临床上通过干预PR3来“诱导”髓系白血病细胞自然分化和清除奠定了理论和实验基础。

细胞生态海河实验室许元富教授和曹义海教授为共同通讯作者。团队成员刘欢和孙露为共同第一作者。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41418-024-01288-4

参考文献：

1. Nizharadze T, Busch K, Fanti AK, et al. Differentiation tracing identifies hematopoietic regeneration from multipotent progenitors but not stem cells. Cells Dev. 2023, 175:203861.

2. Loison F, Zhu H, Karatepe K, Kasorn A, Liu P, Ye K, Zhou J, Cao S, Gong H, Jenne DE, Remold-ODonnell E, Xu Y, Luo HR. Proteinase 3-dependent caspase-3 cleavage modulates neutrophil deathinflammation. J Clin Invest. 2014 Oct;124(10):4445-58.

3. Karatepe K, Zhu H, Zhang X, Guo R, Kambara H, Loison F, Liu P, Yu H, Ren Q, Luo X, Manis J, Cheng T, Ma F, Xu Y, Luo HR. Proteinase 3 Limits the Number of Hematopoietic StemProgenitor Cells in Murine Bone Marrow. Stem Cell Reports. 2018 Nov 13;11(5):1092-1105.

撰稿：刘  欢   孙  露  许元富

编辑：赵婉婉

校对：张婷婷

审核：祁健伟  郝  莎