编者按
骨髓增生异常综合征（Myelodysplastic Syndromes, MDS），是起源于造血干细胞的异质性髓系克隆性疾病，以无效造血和贫血为主要特征，约30%的MDS患者最终会发展为急性髓系白血病（Acute Myeloid Leukemia, AML）。对许多MDS患者而言，反复的贫血和输血是生活中难以摆脱的噩梦。尽管新药Luspatercept的出现为患者带来了曙光，但它是如何起效的、为何只对部分患者有效，一直是个未解之谜。
本期我们分享2025年5月27日发表在Journal of Clinical Investigation（IF=13.6）上的一项最新研究成果，该研究利用斑马鱼、小鼠、人类原代细胞等多模型及基因编辑技术，首次揭示了骨髓增生异常综合征（MDS） 贫血的分子机制，发现GDF11–SMAD2通路通过调控GATA1剪接影响红细胞生成，是MDS贫血的关键机制，并阐明了luspatercept的作用机理，为MDS的精准治疗提供了新的理论基础和潜在生物标志物。
01、研究亮点
首次揭示了GDF11–SMAD2通路通过调控GATA1剪接影响红细胞生成；
人类原代细胞、斑马鱼、小鼠等多模型一致验证了GDF11/luspatercept对GATA1s和贫血的调控作用；
在MDS患者中证实Luspatercept的作用机制，其通过抑制该轴、恢复GATA1正常剪接而发挥作用的分子基础，为生物标志物开发提供依据。
02、主要研究成果
1. MDS样本中GDF11/ACVR2B/SMAD2通路上调
研究人员分析了183例MDS患者的CD34⁺细胞，发现相较于健康对照组，MDS患者的GDF11、ACVR2B、SMAD2的mRNA水平显著升高，而低风险MDS亚型——难治性贫血（RA）和环形铁幼粒细胞性难治性贫血（RARS）患者的GDF11和ACVR2B转录本水平更高，贫血是其主要的临床表现。此外，研究人员观察到，SMAD2表达水平较高的样本，其血红蛋白(Hb)值较低。部分MDS患者外周血浆中检测到GDF11；在GDF11水平升高的患者骨髓样本中可见pSMAD2、ACVR2B表达水平升高。
图1
2. GDF11抑制红细胞生成
随后，研究人员发现，在人CD34⁺造血干细胞/祖细胞(HSPCs)和髓系细胞系中，GDF11可磷酸化SMAD2，而新药luspatercept可以阻断这一过程。为了确定GDF11对人类红细胞生成过程的功能影响，实验结果显示，GDF11处理红系祖细胞(BFU-E/CFU-E阶段)，会导致后期红细胞成熟（GlyA⁺细胞）减少，且细胞倍增时间缩短，新药Luspatercept可逆转这些效应，这表明GDF11在红系分化的后期阶段具有抑制作用。
接着，研究人员利用斑马鱼测试了GDF11在体内的作用，实验结果显示，斑马鱼胚胎注射GDF11后出现贫血表型，其血红蛋白减少，Luspatercept处理后会使斑马鱼贫血表型缓解，且呈剂量依赖性。
图2
3. GDF11/SMAD2信号通路激活下游转录调控
为了评估pSMAD2在基因组上的结合，并分析GDF11/pSMAD2诱导的转录组变化，研究人员通过处理处于BFU-E/CFU-E成熟阶段的人红系祖细胞，并对相同样本进行了ChIP-Seq和RNA-Seq分析。ChIP-Seq结果显示，GDF11处理导致SMAD2结合位点显著减少；SMAD2富集于与红细胞生成相关的基因位点，如血红蛋白基因、转录因子及GATA1内含子1区域结合。RNA-Seq结果显示，GDF11上调抑制血红蛋白和Myc调控的通路，并降低GATA1的mRNA水平。值得注意的是，GDF11处理导致GATA1外显子2跳跃增加。
接着，研究人员利用基因编辑技术敲除了GATA1内含子1中SMAD2结合位点，阻止了GDF11诱导的外显子2跳跃，发现GDF11处理会诱导GATA1s产生功能受损的短型异构体，Luspatercept可逆转此效应。
图3
4. Luspatercept可显著改善Gata1s导致的贫血状态
随后，研究人员通过敲除小鼠Gata1基因第2外显子 (Gata1s小鼠)，来模拟持续性巨幼红细胞性贫血。在小鼠模型中，Luspatercept (RAP-536) 治疗8周后，显著改善了Gata1s小鼠的贫血状态，红细胞计数(RBC)、血红蛋白(Hb)、红细胞比容(HCT)升高，且RAP-536增加了骨髓红系祖细胞数量和成熟度。这些研究表明，GATA1的过度表达可以改善由于GATA1缺失引起的贫血，因此，研究人员推测RAP-536可能通过增加GATA1表达来克服Gata1s的低活性，从而挽救无效造血。
图4
5. 在MDS患者中证实GATA1s比例与luspatercept疗效相关
接着，研究人员在MEDALIST三期临床试验中，以23名参与MEDALIST试验的MDS患者为研究对象，其中9名为非应答者, 14名为应答者，并对治疗前后骨髓样本进行了RNA-Seq分析。结果显示，对luspatercept有反应的患者在治疗前表现出较高的GATA1s比例，治疗后其红细胞计数上升与GATA1s相对减少相关。
基线时，应答者与非应答者整体转录组差异不大，但RNA剪接事件存在显著差异，非应答者更多。基线时，应答者骨髓样本中GATA1外显子2跳跃事件，即GATA1s产生显著高于非应答者。经过治疗24周后，应答者的GATA1外显子2跳跃比率下降，而非应答者无此趋势或反而上升，且两组间GATA1/ GATA1s比值变化存在显著交互作用。
图5
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03、编者点评
本研究探讨了骨髓增生异常综合征（MDS） 中贫血的分子机制，首次揭示了GDF11–SMAD2通路通过调控GATA1剪接影响红细胞生成，并通过人类原代细胞、斑马鱼、小鼠等多模型验证了GDF11/luspatercept对GATA1s和贫血的调控作用，为生物标志物开发提供了新依据，更为MDS提供了新的治疗策略和理论依据，展现出广阔的应用前景。
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参考文献：
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).