編者按
骨髓增生異常綜合征（Myelodysplastic Syndromes, MDS），是起源于造血干細胞的異質性髓系克隆性疾病，以無效造血和貧血為主要特征，約30%的MDS患者最終會發展為急性髓系白血?。ˋcute Myeloid Leukemia, AML）。對許多MDS患者而言，反復的貧血和輸血是生活中難以擺脫的噩夢。盡管新藥Luspatercept的出現為患者帶來了曙光，但它是如何起效的、為何只對部分患者有效，一直是個未解之謎。
本期我們分享2025年5月27日發表在Journal of Clinical Investigation（IF=13.6）上的一項最新研究成果，該研究利用斑馬魚、小鼠、人類原代細胞等多模型及基因編輯技術，首次揭示了骨髓增生異常綜合征（MDS） 貧血的分子機制，發現GDF11–SMAD2通路通過調控GATA1剪接影響紅細胞生成，是MDS貧血的關鍵機制，并闡明了luspatercept的作用機理，為MDS的精準治療提供了新的理論基礎和潛在生物標志物。
01、研究亮點
首次揭示了GDF11–SMAD2通路通過調控GATA1剪接影響紅細胞生成；
人類原代細胞、斑馬魚、小鼠等多模型一致驗證了GDF11/luspatercept對GATA1s和貧血的調控作用；
在MDS患者中證實Luspatercept的作用機制，其通過抑制該軸、恢復GATA1正常剪接而發揮作用的分子基礎，為生物標志物開發提供依據。
02、主要研究成果
1. MDS樣本中GDF11/ACVR2B/SMAD2通路上調
研究人員分析了183例MDS患者的CD34?細胞，發現相較于健康對照組，MDS患者的GDF11、ACVR2B、SMAD2的mRNA水平顯著升高，而低風險MDS亞型——難治性貧血（RA）和環形鐵幼粒細胞性難治性貧血（RARS）患者的GDF11和ACVR2B轉錄本水平更高，貧血是其主要的臨床表現。此外，研究人員觀察到，SMAD2表達水平較高的樣本，其血紅蛋白(Hb)值較低。部分MDS患者外周血漿中檢測到GDF11；在GDF11水平升高的患者骨髓樣本中可見pSMAD2、ACVR2B表達水平升高。
圖1
2. GDF11抑制紅細胞生成
隨后，研究人員發現，在人CD34?造血干細胞/祖細胞(HSPCs)和髓系細胞系中，GDF11可磷酸化SMAD2，而新藥luspatercept可以阻斷這一過程。為了確定GDF11對人類紅細胞生成過程的功能影響，實驗結果顯示，GDF11處理紅系祖細胞(BFU-E/CFU-E階段)，會導致后期紅細胞成熟（GlyA?細胞）減少，且細胞倍增時間縮短，新藥Luspatercept可逆轉這些效應，這表明GDF11在紅系分化的后期階段具有抑制作用。
接著，研究人員利用斑馬魚測試了GDF11在體內的作用，實驗結果顯示，斑馬魚胚胎注射GDF11后出現貧血表型，其血紅蛋白減少，Luspatercept處理后會使斑馬魚貧血表型緩解，且呈劑量依賴性。
圖2
3. GDF11/SMAD2信號通路激活下游轉錄調控
為了評估pSMAD2在基因組上的結合，并分析GDF11/pSMAD2誘導的轉錄組變化，研究人員通過處理處于BFU-E/CFU-E成熟階段的人紅系祖細胞，并對相同樣本進行了ChIP-Seq和RNA-Seq分析。ChIP-Seq結果顯示，GDF11處理導致SMAD2結合位點顯著減少；SMAD2富集于與紅細胞生成相關的基因位點，如血紅蛋白基因、轉錄因子及GATA1內含子1區域結合。RNA-Seq結果顯示，GDF11上調抑制血紅蛋白和Myc調控的通路，并降低GATA1的mRNA水平。值得注意的是，GDF11處理導致GATA1外顯子2跳躍增加。
接著，研究人員利用基因編輯技術敲除了GATA1內含子1中SMAD2結合位點，阻止了GDF11誘導的外顯子2跳躍，發現GDF11處理會誘導GATA1s產生功能受損的短型異構體，Luspatercept可逆轉此效應。
圖3
4. Luspatercept可顯著改善Gata1s導致的貧血狀態
隨后，研究人員通過敲除小鼠Gata1基因第2外顯子 (Gata1s小鼠)，來模擬持續性巨幼紅細胞性貧血。在小鼠模型中，Luspatercept (RAP-536) 治療8周后，顯著改善了Gata1s小鼠的貧血狀態，紅細胞計數(RBC)、血紅蛋白(Hb)、紅細胞比容(HCT)升高，且RAP-536增加了骨髓紅系祖細胞數量和成熟度。這些研究表明，GATA1的過度表達可以改善由于GATA1缺失引起的貧血，因此，研究人員推測RAP-536可能通過增加GATA1表達來克服Gata1s的低活性，從而挽救無效造血。
圖4
5. 在MDS患者中證實GATA1s比例與luspatercept療效相關
接著，研究人員在MEDALIST三期臨床試驗中，以23名參與MEDALIST試驗的MDS患者為研究對象，其中9名為非應答者, 14名為應答者，并對治療前后骨髓樣本進行了RNA-Seq分析。結果顯示，對luspatercept有反應的患者在治療前表現出較高的GATA1s比例，治療后其紅細胞計數上升與GATA1s相對減少相關。
基線時，應答者與非應答者整體轉錄組差異不大，但RNA剪接事件存在顯著差異，非應答者更多?；€時，應答者骨髓樣本中GATA1外顯子2跳躍事件，即GATA1s產生顯著高于非應答者。經過治療24周后，應答者的GATA1外顯子2跳躍比率下降，而非應答者無此趨勢或反而上升，且兩組間GATA1/ GATA1s比值變化存在顯著交互作用。
圖5
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03、編者點評
本研究探討了骨髓增生異常綜合征（MDS） 中貧血的分子機制，首次揭示了GDF11–SMAD2通路通過調控GATA1剪接影響紅細胞生成，并通過人類原代細胞、斑馬魚、小鼠等多模型驗證了GDF11/luspatercept對GATA1s和貧血的調控作用，為生物標志物開發提供了新依據，更為MDS提供了新的治療策略和理論依據，展現出廣闊的應用前景。
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參考文獻：
Aluri, S., et al. (2025). Splicing of erythroid transcription factor is associated with therapeutic response in myelodysplastic syndromes. The Journal of Clinical Investigation, 135(13).