Cell Stem Cell | 干细胞异质性决定白血病驱动突变的克隆反应

撰文 | 亦

传统观点认为，癌症的表型差异主要源于驱动突变的类型或发生顺序。但携带相同突变的不同患者 （甚至同一患者的不同克隆） 也会发展为截然不同的白血病亚型，这一表型异质性可能与突变的“细胞起源” （cell-of-origin） 有关，而传统方法无法解析干细胞内部的异质性。例如，造血干细胞 （HSC） 本身存在功能异质性 （如高/低适应性克隆） ，但这些差异如何影响癌症驱动突变的效应尚不明确。

近日，巴塞罗那科学技术研究所生物医学研究所Alejo E. Rodriguez-Fraticelli团队在Cell Stem Cell上发表题为Pre-existing stem cell heterogeneity dictates clonal responses to the acquisition of leukemic driver mutations的文章。提出“克隆起源” （clone-of-origin） 假说，强调干细胞克隆的预先异质性决定了突变的表型结果。

研究团队开发了一种重组酶激活和克隆动力学的同步细胞追踪方法（STRACK），结合LARRY单细胞条形码技术 （追踪克隆谱系） 、重组酶系统 （Cre/Flp诱导突变） 和体外长期HSC扩增培养体系 （PVA-based） ，实现对同一克隆在突变前后的动态追踪。通过单细胞RNA测序 （scRNA-seq） 分析克隆的转录状态和分化倾向。结合体内小鼠模型，即使用携带条件性突变基因 （Dnmt3a-R878H和Npm1c） 的小鼠，通过Cre/Flp系统在特定时间点激活突变。辅以体外实验，分离HSC并进行体外竞争性培养，分析突变对克隆适应性、自我更新和分化的影响。

通过系列验证实验，如利用Flt3-Cre模型区分高/低适应性HSC，验证突变在体内的效应，通过移植实验和单细胞转录组分析突变克隆的恶性表型差异。作者有以下三点发现：1.低适应性HSC （分化倾向强、易被炎症耗竭） 在获得Dnmt3a-R878H突变后，自我更新能力增强，抵抗炎症耗竭；而高适应性HSC对突变不敏感。这颠覆了“具有竞争优势的高适应性HSC（Tcf15high, 静息态）是白血病起源”的传统观点；2.Npm1c突变可将分化倾向的HSC逆转为更原始的恶性状态（依赖Hox/Pbx通路），这种“返祖现象”与表型记忆相关，如起源HSC的Pcdh7（原钙粘蛋白）、Dnajc6（HSP40伴侣）等低适应性标记在恶性细胞中持续表达，提示克隆历史决定突变表型。进一步地，作者发现突变协同效应，即Dnmt3a-R878H先于Npm1c发生时，会通过抑制MYC/E2F通路，将Npm1c的致癌效应导向GATA1+红系分化阻滞，而非经典HOXA激活。这种序列依赖性解释了为何DNMT3A/NPM1共突变AML具有独特的分子特征和较好预后。

总的来说，STRACK首次实现单克隆水平上突变前后状态与命运的同步追踪，克服传统群体水平分析的局限性。基于此新技术，作者提出“克隆反应规范” （clonal reaction norm） ，强调克隆的历史发育起源、遗传背景、突变顺序和环境因素共同决定肿瘤表型，并揭示低适应性HSC是白血病进化的重要来源，挑战传统“高适应性克隆主导癌变”的假设。提示针对起源克隆的基因遗传或信号通路干预可能改善治疗效果，为个体化治疗提供新思路 （如根据克隆特征选择靶向药物） 。

https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.01.012

制版人：十一

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