Science丨克隆性造血新机制——炎症耐受能力增强是诱因

撰文丨胡小话

责编丨酶美

克隆性造血（Clonal hematopoiesis，CH）通常是指造血干细胞（HPSC）由于基因突变而引起的髓细胞增生，也是多种血液疾病的发病基础。尽管一些特定基因（例如DNMT3A，TET2，ASXL1）的突变现已证明与血液系统恶性肿瘤的发生风险增加相关【1】，但是目前仍不清楚的是，携带这些突变的HPSCs是如何获得竞争优势？

近日，来自波士顿儿童医院的L. I. Zon领导的研究团队在Science上发表了题为Resistance to inflammation underlies enhanced fitness in clonal hematopoiesis的研究文章，揭示具有更强的炎症耐受性是导致克隆性造血适应性提高的诱因。

此前，作者以斑马鱼为模型开发出一种内源颜色标记系统去研究体细胞突变和获得性突变对HPSC克隆形成的影响（作者将这一技术命名为Zebrabow【2】）。为了更好的去观察克隆产生，作者在Zebrabow模型中又引入了一个4-OHT诱导的runx1敲除系统使得HSPCs产生的克隆少而大。接下来，作者将改进的Zebrabow模型和基于CRISPR-Cas9的镶嵌突变技术进行融合，最终获得了一个可以探究获得性突变影响克隆形成的研究工具——TWISTR（Tissue editing with inducible stem cell tagging via recombination）。这样，一些因获得性基因突变导致适应性增强的克隆，则会具有生长优势并形成单色簇而被检测到，如下图所示。

TWISTR的技术原理

基于这样的研究工具，作者在斑马鱼的胚胎中注射了靶向克隆造血相关基因的sgRNAs以及两个对照sgRNAs，结果显示携带突变的斑马鱼与对照组斑马鱼相比通常会表现出一个巨大的单色簇，这说明TWISTR可以在产生获得性突变的情况下诱导和检测出优势克隆，并且不影响造血功能。

接下来，作者想去探究突变斑马鱼中哪些基因的突变驱动了克隆的适应性。作者发现asxl1，dnmt8（DNMT3A同源基因）和tp53的缺失与克隆的适应性成正相关。与此同时，作者将突变斑马鱼体内的优势克隆与非优势克隆的骨髓单核细胞分选出来并进行测序，结果显示优势克隆中asxl1移码突变的频率明显升高（79% vs 32%），并且单独靶向asxl1就足以诱导优势克隆的产生。这说明asxl1的突变促进了克隆的适应性和生长优势。

为了进一步探究哪些信号通路介导了克隆适应性，作者取对照、突变斑马鱼的骨髓以及突变斑马鱼中的优势克隆进行了单细胞测序 (sc-RNAseq)。结果显示，突变斑马鱼的骨髓细胞表现出一种激活的炎症状态，并且炎症反应的来源似乎是突变的巨噬细胞和中性粒细胞。有趣的是，此前的研究报道也显示急性炎症可以促进HSPCs在血液中的循环，而慢性炎症则可以增强dnmt3a突变体的造血能力，但是持续的炎症反应则会导致HSPCs的耗竭【3，4】。于是，作者推测突变的HSPCs或许可以降低对于慢性炎症的反应性，在维持炎症刺激干性的同时逃逸由于不断复制所引起的细胞耗竭。

而接下来的实验也验证了作者的猜想。作者发现，一些炎症抑制因子如nr4a1和socs3a的基因表达在突变的HSPCs中升高的。另外，利用TWISTR同时敲除asxl1和nr4a1之后，突变斑马鱼则无法再产生优势克隆。这说明nr4a1缺失减弱了asxl1突变克隆的抗炎能力从而降低了克隆适应性。

综上，该研究团队的工作为克隆造血提供一个新的机制解释：突变克隆产生了一种炎性环境并且它们对这种环境具有很强的耐受能力，从而在维持干性的同时避免了细胞耗竭，最终提升了克隆造血的适应性。

模式图

原文链接：

http://doi.org/10.1126/science.aba9304

制版人：十一

参考文献

1. G. Genovese et al., N. Engl. J. Med. 371, 2477–2487 (2014)。

2. J. Henninger et al., Nat. Cell Biol. 19, 17–27 (2017)

3. K. A. Matatall et al., Cell Rep. 17, 2584–2595 (2016).

4. D. Hormaechea-Agulla et al., Cell Stem Cell 28, 1428–1442.e6 (2021).

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