干细胞水平的白血病前和白血病的演化

引言：

血液系统恶性肿瘤是在复杂的克隆进化和选择过程之后出现的多种细胞群体的集合体。最新的方法促进了克隆种群及其在多个表型细胞种群中随时间的演变的研究。在这篇综述中，将介绍关于克隆进化在白血病起始，疾病进展和复发中的作用的最新概念。且重点介绍造血干细胞群体在这些过程中的最新进展和未解决的问题。

01

Introduction

像许多肿瘤一样，白血病包含多种细胞克隆。克隆演化，遗传或非遗传累积的畸变，以及选择性压力的产生的多样性进一步塑造了这种肿瘤的异质性。在疾病发病过程中，无论是最初的恶性转化，疾病进展还是复发，克隆都组成会发生变化。过去认为，克隆进化被认为主要是一个线性过程，其中一系列随后的突变产生了新的亚克隆，这些亚克隆推动了疾病的发展。最近，许多证据表明，白血病的克隆进化具有高度动态的过程，该过程早于诊断就开始了，包括在干细胞水平上，并且克隆的全貌随着选择压力的变化而不断重塑。对于骨髓增生异常综合征（MDS）和急性髓细胞性白血病（AML）来说，深入了解克隆演化及其起源尤其重要，在这些疾病中，临床结果普遍较差，这在很大程度上是由于即使达到完全缓解后仍具有较高的进展和复发率。这篇综述将概述克隆进化的新概念，特别是在髓样恶性肿瘤的背景下，并着重介绍将癌变前干细胞作为血液恶性肿瘤中克隆异质性的潜在和临床相关来源的最新工作。

02

Discussion

Clonalevolutioninleukemicinitiation

随着时间的流逝，造血干细胞（HSC）之间的竞争推动了造血系统的克隆多样化。在某些情况下，一系列转化事件产生了白血病前干细胞（pre-LSCs），该过程在产生肿瘤块的白血病干细胞（LSC）转化之前。这一概念的早期证据是在白血病前转化为显性白血病的小鼠模型中发现的，随后在患者表型“正常”干细胞中发现了转录和其他表观遗传变化，随后在AML和MDS患者中发现了前LSCs的基因组鉴定。

髓系恶性肿瘤通常以癌变前状态为先，在这种状态下，积累的细胞改变可在症状发展之前多年就存在。在某些情况下，最早的事件是家族性白血病中发生的种系突变。通常导致克隆性造血（CH）的体细胞突变可以先于转化。虽然大多数CH病例不会进展为恶性肿瘤，但最近将CH突变与AML直接相关的最新研究表明AML可能源于长寿的CH恶性克隆，并提供了支持白血病干细胞起源的其他证据。

通过以治疗有关的MDS和AML为例，可以说明启动过程中克隆选择的作用。以前因不相关的恶性肿瘤而接受过化疗的患者表现出较高的CH发生率，尤其是在与DNA损伤反应相关的基因（例如TP53和PPM1D）中。这些突变表明，由治疗引起的遗传毒性应激可导致抗DNA损伤克隆的扩展。与初诊即为MDS/AML相比，与治疗相关的MDS和AML中这些突变富集但绝对突变数却没有增加，这进一步证明了这一观点。

总的来说，这些发现与干细胞的寿命和长期自我更新能力相结合，表明HSC群体自身会随着时间的推移而多样化。畸变的持续积累导致前LSC的转化和临床上可检测到的肿瘤块或胚细胞的出现。尽管大多数胚细胞通常属于有限数量的主要克隆，但在癌变前阶段和转化过程中的进化，竞争和选择过程会导致复杂而异质的克隆架构，其中包括许多次要克隆。通过单细胞或下一代深层测序对MDS和AML大细胞群体的克隆构成进行分析的结果反映了这一概念，揭示了具有线性进化和分支进化模式的各种克隆。

尽管突变为跟踪克隆及其进化提供了一种简便的方法，但非遗传因素在克隆选择和疾病引发中起着重要作用。例如，转录和其他RNA调控的改变似乎是白血病转化中的关键事件，而基因突变只是这种失调的一部分。此外，细胞非自主介体可以影响HSC对细胞固有畸变的反应。这些效应物可以包括外部压力，例如化学疗法以及慢性炎症环境，以及衰老的骨髓小生境使其功能降低。不断恶化的造血微环境可能会促进某些突变克隆的扩增，而这些克隆在不受干扰的系统中没有任何优势。为此，尚不清楚CH是否是白血病发生过程中必不可少的病理步骤，还是仅仅是对环境变化做出反应的自然克隆多样化的结果。完全缓解后仍存在一些常见的CH突变，且并没有增加复发的风险，这也支持了这一想法。

Clonalevolutioninprogressionandrelapse

克隆进化持续作为疾病自然进程的一部分，但是当存在大量优势种群时，在疾病阶段更难以追踪干细胞的进化模式和作用。细胞毒性和靶向治疗可能会施加较大的选择性压力，从而压倒所有其他细胞固有的优势，直接指导克隆进化。配对的MDS和AML测序研究通常显示了显性突变和核型的持久性，通常伴随着新检测到的亚克隆的出现。例如。来那度胺的治疗显示成功抑制了MDS中的5q-克隆，但在大多数情况下与选择性和扩增已存在的次要亚克隆有关。这表明治疗后的复发可能通常是现有克隆的克隆选择而不是诱变的结果。尽管在许多情况下，治疗后的显性克隆包含诊断时在主要克隆中发现的大部分或全部突变，但在某些情况下，检测到明显的突变谱，几乎没有常见突变，表明在诊断时与显性谱系有早期差异。在MPN中也观察到了类似现象。

在AML中，对成对的诊断-复发样本进行的早期研究表明，大多数伴有染色体异常的AML病例在细胞遗传学上保持稳定，有时还会出现其他染色体异常。但在某些情况下，复发性克隆在细胞遗传学上是不同的。对配对样品的基因组分析进一步证实，AML复发可能是由于疾病中主要克隆的进化（通常是线性的）所致。在其他情况下，AML复发起源于一个相关但截然不同的克隆。在这两种情况下，有时在原发性疾病中都可以检测到复发克隆为次要克隆。

这些研究和其他研究表明，已存在的次要克隆对疾病进展至关重要，无论它们是否直接来源于主要克隆引发。即使在未检测到较小克隆的情况下，也可能存在它们-研究肿瘤体积的经典方法难以区分新检测到的处于进展或复发状态的克隆是否是现有白血病克隆的扩增，其低于原发癌的检测极限疾病或真正由于先前采样以来的突变获取而导致。区分这两种重要但不一定相互排斥的可能性，将对靶向诊断策略和潜在的精密治疗方法实现持久的疾病控制甚至预防复发和进展具有明显的意义。

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