2021-03-23
背 景 介 紹
隨著(zhu)單細(xi)胞(bao)轉錄組測(ce)序技術的(de)(de)突(tu)飛猛(meng)進，使得人們對(dui)組織細(xi)胞(bao)群(qun)體的(de)(de)異質性(xing)有(you)了新的(de)(de)認識(shi)。同樣地，作為血(xue)液系統的(de)(de)成體干(gan)(gan)細(xi)胞(bao)，造(zao)(zao)血(xue)干(gan)(gan)細(xi)胞(bao)亦是一個異質性(xing)很強的(de)(de)群(qun)體。前期研究表明(ming)造(zao)(zao)血(xue)干(gan)(gan)細(xi)胞(bao)的(de)(de)功能異常與多種血(xue)液疾病的(de)(de)發(fa)生發(fa)展相關，但迄今為止, 造(zao)(zao)血(xue)干(gan)(gan)細(xi)胞(bao)異質性(xing)對(dui)血(xue)液腫瘤(liu)等(deng)疾病發(fa)生的(de)(de)意(yi)義仍不明(ming)確。
費城染色體陰性的(de)骨髓(sui)增(zeng)(zeng)殖性腫瘤（MPN），根據臨床特(te)征主要分為(wei)三種：真性紅細胞(bao)(bao)增(zeng)(zeng)多癥(zheng)（PV），表現為(wei)紅細胞(bao)(bao)增(zeng)(zeng)多和(he)全(quan)骨髓(sui)增(zeng)(zeng)生(sheng)；原(yuan)發(fa)性血(xue)(xue)(xue)小板(ban)增(zeng)(zeng)多癥(zheng)（ET），以(yi)血(xue)(xue)(xue)小板(ban)增(zeng)(zeng)多為(wei)特(te)征；以(yi)進行性骨髓(sui)纖維化為(wei)特(te)征的(de)原(yuan)發(fa)性骨髓(sui)纖維化（PMF）。MPN被認為(wei)是起源于獲得(de)驅動(dong)突(tu)變(bian)(bian)的(de)造血(xue)(xue)(xue)干細胞(bao)(bao)（HSC），然而(er)，個體何(he)時獲得(de)驅動(dong)突(tu)變(bian)(bian)以(yi)及突(tu)變(bian)(bian)發(fa)生(sheng)后如何(he)影響(xiang)造血(xue)(xue)(xue)干細胞(bao)(bao)的(de)功能(neng)并最(zui)終導致疾(ji)(ji)病發(fa)生(sheng)發(fa)展(zhan)的(de)機理尚不清(qing)楚(chu)。同時，MPN患(huan)者通(tong)常(chang)會攜帶JAK2V617F突(tu)變(bian)(bian)，但是一種突(tu)變(bian)(bian)為(wei)何(he)導致不同的(de)疾(ji)(ji)病亞型，其內在的(de)分子機制又是怎樣(yang)的(de)呢？
為了回答上述難題，2月22日(ri)，來(lai)自中國醫(yi)學科(ke)學院(yuan)血(xue)(xue)液(ye)(ye)病醫(yi)院(yuan)的石莉紅/張磊/程(cheng)濤(tao)團(tuan)隊聯(lian)合南方(fang)醫(yi)科(ke)大(da)學王棟團(tuan)隊在Cell Stem Cell在線發(fa)表了題為“Hematopoietic stem cell heterogeneity is linked to the initiation and therapeutic response of myeloproliferative neoplasms”的研究性(xing)文章。該(gai)研究首次闡(chan)述了造血(xue)(xue)干細胞的異質性(xing)是如何影響血(xue)(xue)液(ye)(ye)腫(zhong)瘤(liu)（MPN）的發(fa)生發(fa)展(zhan)，同時(shi)也為其它類型的血(xue)(xue)液(ye)(ye)腫(zhong)瘤(liu)研究提供了參考。
文章發表在Cell Stem Cell
主 要 內(nei) 容
ET-HSC表現出明顯的巨核譜系傾向和IFN信(xin)號的上(shang)調(diao)
為了探究一種突變為何(he)導致(zhi)不同的(de)疾(ji)病表(biao)型，研(yan)究人員對來自(zi)10例ET、5例PV患(huan)者以及7例健康供(gong)者的(de)造(zao)血干細(xi)(xi)胞(bao)（Lin-CD34+CD38-CD45RA-CD123-）進(jin)行(xing)了全轉錄組測序。生信分析結果顯示來自(zi)不同狀態(tai)的(de)HSC的(de)數據能夠較(jiao)好地被區分開。在隨(sui)后的(de)分析中(zhong)，他(ta)們發(fa)(fa)(fa)現VWF基(ji)因在ET-HSC中(zhong)高(gao)表(biao)達，VWF是具有巨核細(xi)(xi)胞(bao)傾(qing)(qing)向(xiang)的(de)造(zao)血干細(xi)(xi)胞(bao)的(de)標(biao)志性基(ji)因。因此，研(yan)究人員推測：ET患(huan)者的(de)造(zao)血干細(xi)(xi)胞(bao)更具有巨核細(xi)(xi)胞(bao)分化(hua)傾(qing)(qing)向(xiang)，這(zhe)與(yu)該疾(ji)病的(de)發(fa)(fa)(fa)生發(fa)(fa)(fa)展可能也存(cun)(cun)在較(jiao)大的(de)關(guan)聯(lian)。后續的(de)實驗(yan)也同樣(yang)證實了上述假設，即ET患(huan)者造(zao)血干細(xi)(xi)胞(bao)的(de)增殖和巨核細(xi)(xi)胞(bao)分化(hua)潛能更強(qiang)，這(zhe)種現象在PV患(huan)者中(zhong)卻(que)不存(cun)(cun)在。
為了闡明這種巨(ju)核譜系(xi)偏(pian)向(xiang)(xiang)的(de)(de)機制，他(ta)們評(ping)估(gu)了潛(qian)在(zai)的(de)(de)關(guan)(guan)鍵調(diao)控通路(lu)的(de)(de)相關(guan)(guan)性，結果發(fa)現初診(zhen)的(de)(de)ET患(huan)者(zhe)的(de)(de)造血干(gan)細胞(bao)中干(gan)擾素反(fan)應基因的(de)(de)表(biao)達水平顯著上升，這提示(shi)IFN信號的(de)(de)上調(diao)可能是促進突變細胞(bao)巨(ju)核分(fen)化(hua)的(de)(de)潛(qian)在(zai)因素。隨(sui)后的(de)(de)單細胞(bao)功能實(shi)驗也證實(shi)，ET患(huan)者(zhe)突變的(de)(de)造血干(gan)細胞(bao)對低(di)濃度干(gan)擾素刺激更(geng)敏感(gan)，使其(qi)更(geng)易向(xiang)(xiang)巨(ju)核譜系(xi)進行分(fen)化(hua)。
圖1. ET-HSC表現出明顯的巨核譜系傾向和IFN信號的上調，來源(yuan)：Cell Stem Cell
造血干細胞突變狀態對(dui)疾病的影響
接下來(lai)，為了評估造血(xue)干細(xi)胞(bao)(bao)的(de)突(tu)變狀(zhuang)態(tai)是(shi)否與巨核細(xi)胞(bao)(bao)的(de)高(gao)傾向(xiang)性和(he)(he)IFN反應的(de)升高(gao)有(you)(you)(you)關，研究人員(yuan)使用TARGET-seq對來(lai)自ET和(he)(he)年(nian)齡(ling)匹配的(de)健(jian)康供(gong)者的(de)HSC進行單細(xi)胞(bao)(bao)測(ce)序，TARGET-seq可以在(zai)單個細(xi)胞(bao)(bao)的(de)水平(ping)上獲取其轉錄組信息，又能得知其突(tu)變狀(zhuang)態(tai)。結果(guo)(guo)表(biao)明，突(tu)變的(de)ET造血(xue)干細(xi)胞(bao)(bao)，特(te)別是(shi)純合突(tu)變造血(xue)干細(xi)胞(bao)(bao)在(zai)巨核細(xi)胞(bao)(bao)分(fen)(fen)(fen)化和(he)(he)血(xue)小板功能方(fang)面具(ju)有(you)(you)(you)顯著富集。更有(you)(you)(you)趣(qu)的(de)是(shi)，與年(nian)齡(ling)匹配的(de)健(jian)康人相(xiang)比，ET患者的(de)非突(tu)變造血(xue)干細(xi)胞(bao)(bao)也表(biao)達(da)了更高(gao)水平(ping)的(de)巨核標志性基(ji)因。這(zhe)些結果(guo)(guo)表(biao)明，ET患者的(de)造血(xue)干細(xi)胞(bao)(bao)本身就具(ju)有(you)(you)(you)巨核細(xi)胞(bao)(bao)分(fen)(fen)(fen)化高(gao)潛能性，而(er)造血(xue)干細(xi)胞(bao)(bao)的(de)突(tu)變則(ze)會通過改變骨髓微環(huan)境(jing)以對巨核細(xi)胞(bao)(bao)分(fen)(fen)(fen)化和(he)(he)血(xue)小板生成更有(you)(you)(you)利。
圖(tu)2. 造血干細胞突變狀(zhuang)態(tai)對疾病的(de)影響(xiang)，來源：Cell Stem Cell
IFN信號通路(lu)對(dui)ET-HSC影響的驗證及臨床相關性
上述內(nei)容通過單細胞(bao)測序數據和生(sheng)物信(xin)息學分(fen)析等(deng)方法得出了IFN對ET-HSC向巨(ju)核細胞(bao)分(fen)化(hua)及產(chan)生(sheng)血(xue)小板的(de)(de)正向調控。隨后(hou)，為了驗證IFNa 和IFNg 信(xin)號對ET的(de)(de)影(ying)響(xiang)，他們利用臍(qi)帶(dai)血(xue)CD34+造血(xue)干細胞(bao)（HSPCs）分(fen)析了IFN刺(ci)(ci)激對巨(ju)核細胞(bao)分(fen)化(hua)的(de)(de)影(ying)響(xiang)。實驗結(jie)果表明，聯合IFNa、IFNg 刺(ci)(ci)激（0.5-2 h）會協(xie)同促進(jin)CD41a+巨(ju)核細胞(bao)的(de)(de)分(fen)化(hua)，而且IFNa + IFNg刺(ci)(ci)激后(hou)產(chan)生(sheng)的(de)(de)巨(ju)核克隆的(de)(de)體(ti)積也更大。
圖3. IFN刺激促進巨核(he)細胞的分(fen)化，來源(yuan)：Cell Stem Cell
最(zui)后，為了闡明臨床治(zhi)療(liao)(liao)ET的(de)(de)(de)分子機制，研(yan)究人(ren)員篩(shai)選了單(dan)獨使用干擾(rao)素治(zhi)療(liao)(liao)或(huo)聯合(he)羥基脲治(zhi)療(liao)(liao)的(de)(de)(de)攜帶JAK2V617F突(tu)變(bian)的(de)(de)(de)ET患者的(de)(de)(de)造血干細(xi)胞(bao)(bao)進行(xing)了TARGET-seq，即在獲得(de)(de)單(dan)細(xi)胞(bao)(bao)轉錄組信息的(de)(de)(de)同(tong)時也(ye)能得(de)(de)到細(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)(de)突(tu)變(bian)狀態。結果表明，與(yu)未治(zhi)療(liao)(liao)的(de)(de)(de)ET患者相比，所(suo)有經過(guo)治(zhi)療(liao)(liao)的(de)(de)(de)ET患者的(de)(de)(de)造血干細(xi)胞(bao)(bao)中IFN信號均顯著上調。另外，突(tu)變(bian)狀態的(de)(de)(de)不同(tong)（純合(he) vs 雜合(he)）也(ye)表現出不一樣的(de)(de)(de)治(zhi)療(liao)(liao)后反(fan)應。
機制層(ceng)面，他們發現雜合突(tu)變(bian)型(xing)(xing)造(zao)血(xue)干(gan)細(xi)胞(bao)的凋亡(wang)相關(guan)通路(lu)顯(xian)著上調，而純合突(tu)變(bian)型(xing)(xing)造(zao)血(xue)干(gan)細(xi)胞(bao)則(ze)可(ke)能恢復TSC-mTOR信號通路(lu)而重新進入休眠靜息狀態。這些(xie)結果提示，ET的藥(yao)物治療不(bu)僅讓巨核潛能造(zao)血(xue)干(gan)細(xi)胞(bao)亞群(qun)減小，而且(qie)在分(fen)子層(ceng)面，也可(ke)以通過誘導不(bu)同突(tu)變(bian)狀態的細(xi)胞(bao)發生凋亡(wang)或誘導其進入休眠狀態。
圖4. 臨床(chuang)治療ET的(de)分子機制，來(lai)源：Cell Stem Cell
研 究 總 結
綜上所述(shu)，該研究(jiu)通過單(dan)細胞尺度的解析，揭示了造血干細胞異(yi)質(zhi)性(xing)可(ke)能是攜帶相(xiang)同驅動(dong)突(tu)變但產生不同臨床疾病類型的骨髓(sui)增殖性(xing)腫瘤(liu)的原因之一，同時也(ye)提示造血干細的異(yi)質(zhi)性(xing)也(ye)是影響血液腫瘤(liu)發生發展(zhan)、治療(liao)及復(fu)發的重要原因。
圖5. 研究總結，來源：Cell Stem Cell
本研究不僅對MPN發病(bing)機制這一(yi)領域內(nei)重要難題提供了(le)新(xin)的(de)視角，還提示了(le)ET治療過程中，聯合抗炎藥物有可能(neng)會取得更好(hao)的(de)治療效果，具有潛在的(de)臨(lin)床意義(yi)。
據悉，中(zhong)國醫(yi)(yi)(yi)學科(ke)學院血(xue)液(ye)病醫(yi)(yi)(yi)院（中(zhong)國醫(yi)(yi)(yi)學科(ke)學院血(xue)液(ye)學研究所）研究助理佟靜媛、醫(yi)(yi)(yi)生孫婷(ting)、助理研究員馬士卉、博士生趙(zhao)艷紅、主(zhu)治醫(yi)(yi)(yi)師(shi)鞠滿凱為(wei)該研究論(lun)文(wen)的第一作者。中(zhong)國醫(yi)(yi)(yi)學科(ke)學院血(xue)液(ye)病醫(yi)(yi)(yi)院石莉紅研究員、血(xue)栓止血(xue)中(zhong)心張磊主(zhu)任(ren)醫(yi)(yi)(yi)師(shi)、實驗血(xue)液(ye)學國家(jia)重(zhong)點實驗室(shi)主(zhu)任(ren)程濤教(jiao)授(shou)和南方醫(yi)(yi)(yi)科(ke)大學王棟教(jiao)授(shou)為(wei)該論(lun)文(wen)的通訊(xun)作者。
參考文獻:
1.Tong et al., Hematopoietic Stem Cell Heterogeneity Is Linked to the Initiation and Therapeutic Response of Myeloproliferative Neoplasms, Cell Stem Cell (2021).
2.Jacobsen, S.E.W., and Nerlov, C. (2019). Haematopoiesis in the era of advanced single-cell technologies. Nat. Cell Biol. 21, 2–8.
3.Kiladjian, J.J., Giraudier, S., and Cassinat, B. (2016). Interferon-alpha for the therapy of myeloproliferative neoplasms: targeting the malignant clone. Leukemia 30, 776–781
