克隆性造血與心血管疾病相關性的研究進展

【摘要】造血系統(tǒng)中體細胞突變的非惡性克隆擴增被稱為克隆性造血，是在驅動基因突變后突變白細胞比例增加的過程。克隆性造血的遺傳模式包括白血病驅動基因突變、常染色體鑲嵌染色體交替和性染色體缺失。新近研究指出，由白血病驅動基因突變或白細胞Y染色體鑲嵌缺失引起的克隆性造血，會影響各種心血管疾病（包括動脈粥樣硬化、心力衰竭、心臟纖維化）的發(fā)生發(fā)展。越來越多的證據(jù)表明，克隆性造血是心血管疾病的一種新機制，也是一類新的危險因素，與傳統(tǒng)危險因素同等重要。現(xiàn)分析克隆性造血的遺傳模式，對其與心血管疾病之間的相關性展開綜述分析。

【關鍵詞】克隆性造血；心血管疾病；體細胞突變；Y染色體缺失；炎癥反應

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2024.04.015

Correlation Between Clonal Hematopoiesis and Cardiovascular Disease

ZHAO Na¹，F(xiàn)U Zhenzhen¹，LAN Yu¹，ZHANG Jin²，MA Zhiyuan³

（1.The First Clinical Medical College of Lanzhou University，Lanzhou 730000，Gansu，China；2.Department of Cardiovascular Medicine，The First Hospital of Lanzhou University，Key Laboratory of Cardiovascular Diseases in Gansu Province，Lanzhou 730000，Gansu，China；3.Department of Geriatrics，The First Hospital of Lanzhou University，Lanzhou 730000，Gansu，China）【Abstract】Non-malignant clonal amplification of somatic cell mutation in hematopoietic system is called clonal hematopoiesis，which is a process of increasing the proportion of mutant white blood cells after driving gene mutation.The genetic patterns of clonal hematopoiesis include leukemia driver gene mutation，autosomal mosaic chromosome alternation and sex chromosome deletion.Recent studies have pointed out that clonal hematopoiesis caused by leukemia driver gene mutation or white blood cell Y chromosome mosaic deletion will affect the occurrence and development of various cardiovascular disease （including atherosclerosis，heart failure and cardiac fibrosis）.More and more evidence shows that clonal hematopoiesis is a new mechanism of cardiovascular disease and a new kind of risk factor，which is as important as traditional risk factors.Therefore，this paper analyzes the genetic model of clonal hematopoiesis and summarizes the correlation between clonal hematopoiesis and cardiovascular disease.

【Keywords】Clonal hematopoiesis；Cardiovascular disease；Somatic mutation；Loss of Y chromosome；Inflammatory reaction

體細胞突變會使DNA發(fā)生非遺傳性變化，可傳遞給后代細胞導致癌癥，但是有研究人員認為，基因突變也可能會對心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）產(chǎn)生影響。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了導致家族性高膽固醇血癥^[1]和肥厚型心肌病^[2-3]的突變基因。Chai等^[3]在一項肥厚型心肌病人源化的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，腺嘌呤堿性編輯成分的遞送可以改善肥厚型心肌病患者的病理生理變化。此外，全基因組關聯(lián)研究擴大了對CVD遺傳機制的理解，對基因組數(shù)據(jù)集的重新分析確定了CVD的一個新的危險因素，即軀體獲得性DNA突變^[4]。盡管目前體細胞突變在CVD中的作用方面取得的進展相對較少，但學者已逐漸認識到血液系統(tǒng)中的體細胞突變在CVD的進展中起著重要的作用^[5-6]。

由一組具有白血病易感性且變異等位基因頻率＞2%的基因突變引起的克隆性造血（clonal hematopoiesis，CH）被稱為潛能未定克隆性造血（clonal hematopoiesis of indeterminate potential，CHIP）^[7-8]。CH是在驅動基因突變后突變白細胞比例增加的過程。Mitchell等^[9]對10例年齡≤81歲的受試者的單細胞衍生的造血細胞菌落的3 579個基因組進行了測序，證明了這些驅動基因突變可為造血干細胞/祖細胞（hematopoietic stem cell/progenitor cell，HSPC）提供生長或生存優(yōu)勢。突變白細胞克隆的行為可能會增強血管壁的炎癥反應^[10]，也可能會促進心肌細胞纖維化的進展^[11]。此外，大規(guī)模流行病學研究和實驗小鼠模型表明，CH可促進CVD^[12]、慢性阻塞性肺疾病^[13]、慢性肝病^[14]、骨質疏松癥^[15]和免疫系統(tǒng)共調^[16]的發(fā)生發(fā)展。

目前越來越多的研究證實CH是CVD的一種新機制，但其機制尚不明確。現(xiàn)主要針對CH伴白細胞驅動突變及Y染色體缺失（loss of Y chromosome，LOY）對CVD的影響展開綜述。

1 體細胞突變與Y染色體突變

CH通常被簡單地定義為突變誘導單個HSPC的異常生長，而不考慮突變細胞的比例。其基因突變常發(fā)生在表觀遺傳調控因子DNMT3A、Tet2、ASXL1和JAK2中。這些基因突變也與冠心病相關，具有這些突變的CH攜帶者的冠狀動脈鈣化也會加速。此外，男性個體隨著年齡的增長，一部分體細胞可能會失去Y染色體，這種現(xiàn)象被稱為Y染色體的造血鑲嵌缺失（hematopoietic mosaic loss of Y chromosome，mLOY）。研究^[17]顯示，體細胞突變與mLOY都與CVD有關^[11，18-19]，而常染色體的改變似乎與CVD無關。

與CHIP類似，年齡是mLOY發(fā)生的獨立危險因素^[20]，并且二者對其他健康個體具有相同的影響，但它們之間的關系尚未被系統(tǒng)地研究過。先前，Ljungstr?m等^[21]在24例社區(qū)個體的小隊列研究中，使用TruSight測序面板，針對髓系腫瘤中經(jīng)常突變的54個基因，對從LOY水平高或檢測不到的男性收集的單核細胞來源DNA進行測序。研究顯示，在mLOY男性中觀察到體細胞突變顯著富集，并且發(fā)現(xiàn)攜帶多個體細胞突變的男性中mLOY細胞比例更高。Ouseph等^[22]鑒定了具有LOY的骨髓樣本，將之視為一個獨立的細胞遺傳學現(xiàn)象，并使用基于靶向下一代測序的分子分析來鑒定常見髓系腫瘤相關的體細胞突變。結果表明細胞分數(shù)≥75%的mLOY與體細胞突變同時發(fā)生。這意味著mLOY與體細胞突變二者可以共存，且二者呈現(xiàn)正相關關系。此外，Zhang等^[23]在小鼠HSPC中進行CRISPR/Cas9基因組編輯并產(chǎn)生mLOY。研究發(fā)現(xiàn)，mLOY導致HSPC的DNA損傷顯著增加。此外，具有mLOY的HSPC在體內表現(xiàn)出顯著增強的重構能力，并產(chǎn)生體細胞突變，進而引起CH，這一結果表明，mLOY是CH和白血病發(fā)生的功能驅動因素。

現(xiàn)有研究結果顯示，mLOY是CH的驅動因素。也有學者提出假設，并進行小隊列研究驗證，提示mLOY與體細胞突變可能同時發(fā)生，進而產(chǎn)生CH，引起血液或非血液系統(tǒng)疾病。然而，現(xiàn)有關于體細胞突變與mLOY的聯(lián)系僅限于基礎研究及小規(guī)模的臨床隊列研究，未來還需在更大規(guī)模的臨床研究及基礎實驗中得到證實。

2 體細胞突變與CVD

近年來，學者們通過臨床研究或基礎實驗來驗證體細胞突變與CVD的關系。Genovese等^[24]及Jaiswal等^[25]在2014年強調了CHIP的臨床重要性，這兩項研究均報道CHIP會使全因死亡風險增加40%～50%。在二次分析中，Jaiswal等^[25]發(fā)現(xiàn)在CHIP患者中CVD和卒中的風險更高，這是在CHIP與CVD相關性研究中的一個開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)^{[11，18，26]}。此外，Jaiswal等^[18]在兩個前瞻性隊列的對照分析中指出，CHIP攜帶者發(fā)生冠心病的風險是非攜帶者的1.9倍。在兩個早發(fā)性心肌梗死的回顧性病例對照研究中指出，CHIP患者發(fā)生心肌梗死的風險是非攜帶者的4.0倍，表明CHIP攜帶者發(fā)生CVD的風險大大提升。此后，為了評估CHIP與CVD的因果關系，Jaiswal等^[18]建立了植入純合或雜合Tet2敲除小鼠骨髓的小鼠模型，對其巨噬細胞的分析顯示，小鼠血清中Cxcl1、Cxcl2、Cxcl3、Pf4和Ppbp（導致動脈粥樣硬化的趨化因子）的基因表達升高。研究證實，Tet2敲除小鼠主動脈根部及主動脈的動脈粥樣硬化病變程度會有所提高。此外，為了研究Tet2突變細胞在動脈粥樣硬化傾向的低密度脂蛋白受體缺陷小鼠中的擴增效果，F(xiàn)uster等^[10]建立了Tet2缺陷細胞小鼠模型，發(fā)現(xiàn)這類小鼠的Tet2缺陷巨噬細胞可以表現(xiàn)出NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎癥小體介導的白細胞介素（interleukin，IL）-1β分泌增加，并導致動脈粥樣硬化斑塊大小顯著增加，這一發(fā)現(xiàn)可能對CH導致的CVD患者IL-1β或NLRP3炎癥小體抑制劑等抗炎療法的開發(fā)或靶向治療具有潛在意義。現(xiàn)有研究顯示，由于趨化因子表達升高，單核細胞和其他細胞向外周部位（包括動脈內膜）的募集增強，從而介導單核細胞對炎癥內皮的牢固黏附，這種相互作用，會促進動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。這就可以解釋Tet2缺陷小鼠的一些器官中有大量的白細胞聚集這一現(xiàn)象（見表1）。

最近，為了研究CHIP對急性心肌梗死后心源性休克患者預后的影響，B?hme等^[27]隨機抽取446例心源性休克患者的血液樣本試驗，采用針對突變基因的新一代測序方法評估CHIP。研究顯示，CHIP攜帶者的短期預后較差，CHIP的評估可以促進心源性休克患者的危險分層，并提示新的治療靶點。除了上述CHIP與冠心病相關性的研究，也有學者提出了體細胞突變所致的CHIP會使心力衰竭發(fā)生的風險增加這一假設。Dorsheimer等^[31]在評估冠狀動脈內自體骨髓細胞移植治療缺血性心力衰竭的三個臨床試驗中，對200例患者的骨髓細胞進行測序以鑒定CHIP。結果顯示，DNMT3A介導和Tet2介導的CHIP與缺血性心力衰竭患者心力衰竭死亡率和再住院風險增加相關。這一結果隨后被更多的試驗證實^[32-34]。此外，Yu等^[28]在一項對四個TOPMed隊列（ARIC、CHS、JHS和WHI）和英國生物銀行數(shù)據(jù)庫的分析中研究了CHIP與心力衰竭發(fā)生率之間的關系。研究發(fā)現(xiàn)CHIP會使心力衰竭發(fā)生的風險增加25%。由此可知，體細胞突變（Tet2、ASXL1、JAK2）與心力衰竭的發(fā)生風險優(yōu)先相關，與上述Tet2缺陷導致動脈粥樣硬化的發(fā)生不同，DNMT3A缺失并未導致突變細胞克隆擴增，但在血管緊張素Ⅱ輸注模型中仍導致心肌細胞肥大、纖維化、巨噬細胞浸潤和功能障礙，進而引起一系列的CVD。

雖然現(xiàn)有的大多數(shù)實驗研究都集中在Tet2心力衰竭模型上，但是其他CHIP基因檢測包括DNMT3A、ASXL1、JAK2、TP53和Ppm1d也為造血突變與CVD之間的機制提供了證據(jù)，動脈粥樣硬化、缺血性和非缺血性心力衰竭、阿霉素誘導的心臟毒性等實驗模型也證明了這一點^[10，35-38]。盡管在不同的CHIP驅動基因之間觀察到功能差異，但它們似乎都能促進炎癥過程，從而會加速心肌細胞纖維化的進展以及CVD的發(fā)生發(fā)展。

3 白細胞中mLOY與CVD

近年來，學者們提出了mLOY與CVD相關性的假設并對其進行驗證。Sano等^[39]利用英國生物銀行的數(shù)據(jù)調查了mLOY與CVD之間的統(tǒng)計學關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)mLOY與CVD死亡風險增加有關。因此，Sano等^[11]建立了小鼠造血mLOY模型，發(fā)現(xiàn)超過40%的mLOY會導致心力衰竭死亡風險增加1.8倍，充血性心力衰竭死亡風險增加2.4倍。這項研究首次驗證了mLOY會使攜帶該突變小鼠的細胞出現(xiàn)纖維化表型，從而導致心肌細胞纖維化和心功能下降。心臟纖維化是經(jīng)導管主動脈瓣置換術（transcatheter aortic valve replacement，TAVR）后死亡率的主要決定因素。基于這一理論，Mas-Peiro等^[30]利用TaqMan對外周血細胞DNA進行數(shù)字聚合酶鏈式反應分析，通過定位AMELX和AMELY基因之間6 bp的序列差異來評估LOY（Y/X比值），并對362例晚期主動脈瓣狹窄并成功行TAVR的患者進行隨訪。結果顯示，即使在TAVR成功后，血細胞中的mLOY也與主動脈瓣嚴重受損患者的長期生存率有關。從機制上講，通過促纖維化基因標記可觀察到，mLOY單核細胞對轉化生長因子-β信號通路敏感。這一結果支持TAVR后單核細胞mLOY與較低的生存率相關這一假設。與體細胞突變相似，mLOY也可引起心力衰竭，但二者機制不同。研究顯示，Y染色體缺陷的心臟巨噬細胞過度激活促纖維化信號網(wǎng)絡，導致心臟成纖維細胞增殖和激活，過量的基質產(chǎn)生和心臟功能下降。此外，一項前瞻性研究^[29]指出，白細胞mLOY＞40%的男性死于CVD的風險會增加31%，包括高血壓心臟病、充血性心力衰竭以及周圍血管疾病（如主動脈瘤和夾層）。最近，Haitjema等^[19]對366例行頸動脈內膜切除術的患者進行了3年隨訪。研究表明，在頸動脈內膜切除術男性患者中，外周血和動脈粥樣硬化病變中都可以檢測到血液中的mLOY，并且血液中的mLOY與主要不良心血管事件的較高發(fā)生率獨立相關。與體細胞突變相似的是，mLOY也會通過增加血管壁炎癥導致更嚴重的CVD及更不穩(wěn)定的動脈粥樣硬化斑塊表型，反映為巨噬細胞豐富的斑塊表型，具有更大的脂質池，更多的斑塊內出血和炎癥細胞因子（見表1）。

4 小結與展望

體細胞突變或白細胞LOY導致的CH與年齡相關疾病有關，包括冠狀動脈疾病和心力衰竭。小鼠實驗研究表明，CH突變會通過增強炎癥以及浸潤組織中的纖維化過程導致CVD的發(fā)生發(fā)展。未來需要進一步將這些研究擴展到臨床試驗，以評估突變的人類白細胞是否表現(xiàn)出與小鼠細胞相似的促炎和促纖維化特征^[32]。CHIP是CVD的非傳統(tǒng)危險因素，可幫助識別缺乏傳統(tǒng)危險因素的CVD高危患者，也解釋了心血管風險隨著年齡增長而急劇增加這一現(xiàn)象。關于如何降低CHIP對CVD的風險，理論上未來可能考慮體細胞突變患者的IL-1β或NLRP3炎癥小體抑制劑等抗炎療法或靶向治療或mLOY患者的抗纖維化治療來消除CHIP，但目前尚缺乏此類治療的循證指南，此類治療是否能改善CH驅動的CVD也需要在大量的臨床試驗中被證實。

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收稿日期：2023-09-17