学术报告笔记·理解AML型白血病中的克隆进化
Deciphering and Targeting Clonal Evolution
今天的学术笔记来自美国纪念斯隆凯瑟琳癌症中心（MSKCC）的报告。主讲人是MSKCC的Ross L. Levine博士。主要内容是利用单细胞测序技术解析AML型白血病发展进程中的克隆进化规律。录像回看
白血病又称血癌，可谓闻之色变。在白血病众多分型中，急性髓系白血病（Acute Myeloid Leukemia, AML)病人的病死率仍然居高不下。自1980年至2017年间，仅有2类药物获批用于AML的治疗，包括低甲基化试剂和gemtuzumab（靶向CD33的一种抗体偶联药物）。AML多发于年长人群，且随着年龄增加，预后越差；在不同病人间也存在较大个体差异。
尽管AML在生物学上很复杂，但研究者发现AML中的突变其实只集中在很小数量的一些基因上。平均每个AML基因组测序数据里，只有3-8个编码突变。那么如此少的突变，是怎样导致了AML病人群体里的巨大个体差异呢？ （TCGA AML NEJM 2013）
这里需要介绍一个概念——clonal hematopoiesis，即克隆性造血。随着年龄的增长，人体组织中会积累越来越多的体细胞突变。尽管大多数突变没有发挥功能，但也可能会产生赋予细胞适应性优势的突变。当该过程在造血系统中发生时，可能会造成很大一部分循环的血细胞会来自于同一个单突变的干细胞。 这种被称为“克隆性造血”的情况在老年人口中非常普遍。
回到AML中，带有突变的血细胞，是如何累计突变最后变成癌细胞的呢？早期的AML研究中，研究者使用批量细胞测序（bulk sequencing），解析正常血细胞，带有突变的血细胞，AML癌细胞三者之间的差异，发现AML是由血细胞先产生早期突变（如DNMT3A，TET2），之后累积NPM1，FLT3等基因突变而成。但是批量测序无法解析克隆的组成，也不能清晰推演出克隆的进化路径。而这一问题，就需要靠单细胞测序来回答。
Levine课题组的工作表明，1) 86%的AML样品包含有1或2个决定性克隆（dominant clone,指占细胞群体30%以上）。这一结果提示，个别突变可能赋予了细胞更强的生存适应能力。2) 不同基因的突变在不同的决定性克隆里的分布情况也不尽相同。疾病决定性基因突变（JAK2，CALR，NPM1c)几乎总出现在决定性克隆里，而AML信号效应蛋白FLT3或RAS的突变很少在决定性克隆中出现。3) 表观修饰因子的突变在决定性克隆中往往共同出现。例如DNMT3A，TET2和IDH1的突变可能出现在同一个克隆里。不过，不同表观修饰因子突变的组合前提下，其他基因共突变的分布情况可能不同。DNMT3A/IDH1共突变克隆与IDH1单突变克隆里其他基因突变的情况类似，而DNMT3A/IDH2共突变与DNMT3A单突变类似。这样一来，通过检测和分析突变图谱和共突变克隆里的突变分布，研究者绘制出了克隆的进化路线。
根据进化路线，或克隆扩增路线的分析结果，研究者发现，不同基因的突变在AML进程中有偏好性。JAK2，IDH1，IDH2和DNMT3A的突变往往发挥起始性突变功能，即在早期出现；而FLT3或MAPK突变往往是后期出现。TET2的突变则极可能是起始突变，也可能是后期事件。这就像有些人喜欢攒局，有些人不爱张罗但有局必到。
作者还发现，随着疾病进展，或是药物治疗，克隆组成会发生迁移。不同突变所定义的克隆，表面受体也有对应的表达模式。
最后的结论有几条：
- 从造血干细胞/前体细胞向髓系癌细胞转化的过程中，表观遗传调控因子的突变往往是起始性突变。当然作者也承认，血细胞自然分化的过程中，细胞类型的特异性也可能导致了突变的选择性。
- 单细胞测序可以让我们在克隆水平上了解基因型和表型的关联，进而更好理解白血病的生态系统。
- 理解克隆进化，有利于开发更好的临床前动物模型，筛选更有希望的药物。
- 利用克隆进化和克隆比例的知识，可以再体外建立多类型细胞共培养系统，筛选更快诱导AML恶化或抑制恶化的药物。更快诱导恶化听起来比较奇怪，实际上对理解和治疗AML非常有价值。
由于原始数据是在视频会议中展示的，未经允许不便公开。有兴趣的朋友可以点击开头的链接看录像回放。AML不是我的研究方向，博士课题最后筛选响应CDK6降解剂的细胞系时，阴差阳错养过几株白血病细胞系，对这里面的机理也一知半解，如有错误，欢迎斧正！
Levine演讲很有激情，语速超快，开场前还灌了一碗鸡汤，让大家要尽量在新冠的特殊时期，为科学群体多做贡献。
