肿瘤释放犬尿氨酸（Kyn），巨核-红系祖细胞（MEP）此时高表达Kyn转运体SLC7A8，摄取外周Kyn后活化芳香烃受体（AhR），并以正反馈进一步促进SLC7A8的表达，大大增加MEP对Kyn的摄取。活化的AhR结合转录因子RUNX1基因的启动子，促进RUNX1转录。RUNX1随后影响MEP的其他基因表达，使MEP倾向分化为巨核细胞，导致血小板增多、红细胞减少。
2023年11月2日，张毅教授、张晓辉教授和黄波教授作为联合通讯作者，在《Nature》子刊《Nature Immunology》发表了题为“Tumor cell-released kynurenine biases MEP differentiation into megakaryocytes in individuals with cancer by activating AhR–RUNX1”的文章。
晚期肿瘤患者大多出现造血功能异常，表现为血小板增多和红细胞减少，这两者均代表着肿瘤预后不良。血小板和红细胞均来自共同的祖先——巨核-红系祖细胞（MEPs）。巨核细胞分化活跃或是肿瘤患者血小板增多的原因，而这还可能造成肿瘤转移。同时，红细胞减少会导致贫血，加剧肿瘤微环境的缺氧。
血小板增多和红细胞减少究竟是通过何种分子机制来影响肿瘤转移呢？这个问题的答案目前尚无定论。一些研究发现，芳香烃受体（AhR）对造血祖细胞分化起到关键作用：敲除小鼠的AhR基因可使其血小板减少；使用stemregenin1抑制AhR可促进红细胞的生成。这些结果表明，AhR可能调节了巨核-红系祖细胞的分化发育。
AhR是一种转录因子，属于螺旋-环-螺旋家族。研究团队于2018年发表在《Cancer Cell》的一项研究发现，肿瘤细胞和免疫细胞均可激活色氨酸-犬尿氨酸（Kyn）-AhR通路，限制抗肿瘤微环境，而且肿瘤患者外周血Kyn水平很高。
根据目前研究结果，可以得到一种假设：肿瘤促进机体产生大量Kyn，激活AhR，导致血小板增多和红细胞减少。
1、晚期肿瘤MEP分化异常
本研究观察了3类晚期肿瘤患者的红细胞计数和血小板数量，患者均处于Ⅲ或Ⅳ期，肿瘤类型涵盖结肠癌、肺癌和乳腺癌，共计259名患者。这些晚期肿瘤患者红细胞计数减少，血小板计数增加。
动物实验同样验证了以上结果。为C57BL/6小鼠分别接种MC38结肠癌细胞和E0771乳腺癌细胞后，小鼠的红细胞计数逐渐减少，血小板计数逐渐增加，该现象在肿瘤体积较大的小鼠内更加明显。
流式细胞仪分析小鼠的骨髓造血干细胞（HSCs），发现荷瘤小鼠的多种HSCs和MEP数量并未发生改变。据此推测，MEP更倾向于分化为巨核细胞，因此血小板增多而红细胞减少。
MEP下一步分化为巨核组细胞（MkPs）和红系祖细胞（EryPs）。流式细胞仪分析显示，荷瘤小鼠的MkPs增多，EryPs减少。
用10%胶原介质培养MEP。来自无瘤小鼠的MEP分化的细胞群主要为CD41+巨核细胞和CD71+红细胞混合型、CD41+巨核细胞单独型和CD71+红细胞单独型。来自荷瘤小鼠的MEP多分化为CD41+巨核细胞单独型，极少为CD71+红细胞单独型。
总之，肿瘤能够逐渐使MEP更倾向于分化为巨核细胞，因此血小板增多而红细胞减少。
2、AhR通过RUNX1诱导MEP分化异常
AhR是否参与了MEP的分化？第一，本研究观测了AhR的靶基因——Cyp1a1和Cyp1b1基因的表达水平，发现荷瘤小鼠的AhR靶基因的表达上调。第二，免疫荧光显示，荷瘤小鼠MEP细胞核内的活性AhR增多。第三，若敲除小鼠的AhR基因，那么荷瘤与否不再对MEP分化产生影响——无论是MkPs和EryPs，还是血小板和红细胞计数，都与野生型小鼠一致。
为了进一步验证荷瘤小鼠体内的AhR能够使MEP更倾向于分化为巨核细胞，本研究利用射线照射小鼠，随后进行骨髓移植，当小鼠体内的血小板和红细胞计数增加至稳定期后，为小鼠接种肿瘤细胞。如果敲除移植骨髓细胞的AhR基因，无论小鼠肿瘤大小，外周血的血小板计数均减少、红细胞计数均增加。
Kyn是AhR的配体，小鼠在接种肿瘤细胞14天后，体内的Kyn水平就出现明显升高。MEP接受Kyn处理后，AhR进入细胞核增多，AhR的靶基因——Cyp1a1和Cyp1b1基因的表达上调，MEP更倾向于分化为巨核细胞。
小鼠体内实验同样证实以上结果，注射Kyn的小鼠血小板和红细胞变化情况与荷瘤小鼠相似。为小鼠每12小时腹腔注射400μg Kyn（剂量模仿了荷瘤小鼠体内的Kyn水平）；2周后，注射Kyn的小鼠外周血的血小板计数增多、红细胞计数减少，MkPs增多、EryPs减少。
AhR是通过何种分子机制诱导MEP倾向性分化呢？既往研究表明，多种转录因子调控着MEP的分化，例如GATA1、GATA2和RUNX1。这些转录因子是否就受到AhR的调控呢？
本研究发现，Kyn处理的MEP只有RUNX1的转录和翻译水平明显上调，其余调控MEP分化的转录因子的表达并无变化。如果抑制RUNX1的活性，那么Kyn处理的MEP就不再倾向于分化为巨核细胞，反而倾向于分化为红细胞。
RUNX1的远端启动子P1和近端启动子P2能够分别启动2种RUNX1异构体的转录，AhR就可以结合RUNX1的启动子P1和P2。核酸酶靶向切割和释放联合qPCR（CUT&RUN-qPCR）检测显示，Kyn处理的MEP在P1处具有更多的DNA片段。双荧光素酶分析显示，AhR促进了启动子P1之后的报告基因的表达。
若P1基因突变，那么AhR的作用就会丧失；若敲除MEP的AhR基因或用AhR抑制剂预处理，那么Kyn处理就不会对RUNX1的表达产生影响。
Kyn处理后，AhR增多，从而促进RUNX1表达，RUNX1再结合并促进Itga2b和Gp1ba基因表达。不过，RUNX1另一个靶基因（Klf1基因）并不符合以上变化。Kyn处理不会改变MEP的Klf1基因表达，但是MkPs的Klf1基因表达下调。
总而言之，AhR从转录水平促进RUNX1表达，使MEP倾向分化为巨核细胞。
3、AhR上调SLC7A8来摄取Kyn
Kyn作为一种细胞内配体，是色氨酸经吲哚胺-2,3-双加氧酶1（IDO1）、IDO2或色氨酸-2,3-双加氧酶2（TDO2）催化所产生的。MEP很少表达这些酶，无瘤小鼠MEP基本无Kyn存在。而奇怪的是，荷瘤小鼠MEP中居然能够检测到高水平Kyn，说明荷瘤小鼠MEP的Kyn应该是来源于细胞外。
事实上，外周血的Kyn主要是由肿瘤组织大量释放的。为了从细胞外摄取Kyn，MEP需要转运体的帮助。MEP能够表达4种Kyn转运体，但是只有SLC7A8在荷瘤小鼠MEP中上调。如果使用siRNA抑制Slc7a8基因表达，那么MEP就不能转运Kyn，同时细胞核内的AhR减少；如果敲除其他Kyn转运体基因，仅轻微影响Kyn的转运。体内外实验均发现，使用Kyn处理MEP或小鼠可以诱导SLC7A8表达上调。
抑制AhR活性，那么Kyn处理不再能够诱导SLC7A8表达上调。CUT&RUN-qPCR检测显示，AhR结合于Slc7a8基因的启动子，促进SLC7A8表达上调。
总而言之，AhR促进MEP的Kyn转运体表达，因此MEP能够大量摄取Kyn。
4、Kyn-AhR-RUNX1通路与MEP倾向性分化
先前的体内实验已经证实，荷瘤小鼠MEP的AhR高度活化。紧接着，本研究又发现荷瘤小鼠MEP的RUNX1水平很高，腹腔注射Kyn能够提高所有小鼠的RUNX1水平。
Kyn是IDO1催化的产物，那么抑制IDO1会对MEP产生何种影响？本研究对荷瘤小鼠使用IDO1抑制剂后，MEP细胞核内AhR减少，RUNX1表达减少，外周血Kyn水平降低。但是对于敲除AhR基因的荷瘤小鼠，抑制IDO1对RUNX1表达无影响。此外，无论使用IDO1抑制剂还是AhR抑制剂，都会抑制荷瘤小鼠产生MkPs，因此不能产生血小板。
总之，Kyn-AhR-RUNX1通路是MEP倾向性分化的分子机制。
人源细胞实验结果与小鼠细胞实验一致。来自脐带血的CD34+ CD38+IL-3RA- CD45RA- MEP经过类似小鼠MEP培养过程，得到的结果与小鼠实验一致：Kyn处理同样可使其倾向于分化为MkPs，细胞核内AhR增多，RUNX1和SLC7A8基因表达上调。
体内实验构建了人源化小鼠，将CD34+脐带血细胞移植给有着严重免疫缺陷的NCG-X小鼠，使用氯膦酸二钠清除巨噬细胞，以免吞噬产生的人源血小板和红细胞。正如预期设想，对人源化小鼠腹腔注射Kyn或接种肿瘤细胞后，血小板计数升高、红细胞计数降低，而抑制AhR活性能够减弱以上反应。
临床样本是否也能够验证以上发现呢？本研究纳入了T细胞急性淋巴细胞白血病（T-ALL）和B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）患者各12名，既往未接受过治疗或接受过HSC移植患者6名，取其骨髓细胞和外周血进行检测。
初诊患者的血小板和红细胞计数均低于HSC移植患者。值得注意的是，尽管与HSC移植患者相比，初诊患者的MEP数量减少，但初诊患者的血小板和红细胞比值较HSC移植前更高。
相较于HSC移植患者，未经治疗患者的MEP更倾向于向巨核细胞分化，而抑制AhR能够限制MEP的这种倾向性分化。与此一致的是，HSC移植患者的骨髓含有更少的Kyn，同时骨髓细胞下调IDO1的表达。
为了验证Kyn的作用确实是由AhR所介导，本研究测定了T-ALL和B-ALL患者MEPs中AhR的活性。正如预期设想，HSC移植可导致MEP下调AhR、CYP1A1和CYP1B1的表达，同时细胞核内的AhR减少。此外，HSC移植还会下调MEP的RUNX1和Kyn转运体SLC7A8的表达。而加入Kyn可以阻断HSC移植的以上影响。
此外，无肿瘤细胞浸润的淋巴瘤患者的骨髓Kyn水平较高，而MEPs的分化更倾向于巨核细胞，这体现在骨髓中含有更多的MkPs和更少的EryPs。
综上，肿瘤以色氨酸为营养物质，释放代谢产物Kyn。MEP在此情况下高表达Kyn转运体SLC7A8，摄取外周Kyn后活化AhR，并以正反馈进一步促进SLC7A8的表达，大大增加对Kyn的摄取。活化的AhR结合转录因子RUNX1基因的启动子，促进RUNX1转录。RUNX1随后影响MEP的其他基因表达，使MEP倾向分化为巨核细胞，导致血小板增多，红细胞相应减少。
