急性骨髓性白血病的早期细胞持续存在

临床上侵袭性白血病的出现通常是出乎意料的，没有任何先期的癌症迹象。但癌症形成的进化模型认为白血病的形成是一个有时间顺序的分布进程，这个进程包括突变的积累、突变细胞增殖形成扩增的克隆性群体以及最适细胞的选择性作用。这类模型认为任何似乎突如其来的癌症病例都是从沉寂的前体细胞中产生的，而这些前体细胞则没有任何临床效应。本期Nature由Shlush等人提供了令人置信的证据说明急性骨髓性白血病的早期细胞并没有被其更具有侵袭性的大量的成癌子代细胞竞争灭绝掉，而是这些早期细胞依然存在，同时作者展示了这些细胞详细的遗传性和功能性特征。

患有急性骨髓性白血病(AML)患者的成癌性骨髓细胞(白细胞中的一部分)通常在编码DNA甲基转移酶的基因DNMT3a上有一个突变。在两项对于带有DNMT3a突变的AML患者的研究中一项研究中有4位患者，另一项研究中有17位患者Shlush和同事得到了出乎意料的结果，在15位患者血液的T细胞中携带低频率的同样的DNMT3a基因突变。然而令人惊讶的是，缺乏其他突变的T细胞出现在同一患者的白血病细胞中，包括没有基因NPM1的突变。而在诊断出AML的同时，DNMT3a的突变也以不同的频率在其他免疫细胞中(B细胞和NK细胞)检测出来。在非骨髓细胞中发现这一突变提示我们这种突变可能会出现在前体细胞中，这些前体细胞会产生淋巴性血细胞和骨髓性血细胞。

在白血病细胞中DNMT3a和NPM1突变的频率在所研究的患者体内除了两位外显示同样高。这一现象说明这两种突变可能都存在于一种基地克隆群体中，白血病群体从这种基地群体中进行扩增。以此为起点，作者们敏锐地推断出在这些患者中第一个在DNMT3a上获得白血病驱动突变的细胞是一个造血干细胞(HSC)--淋巴谱系和骨髓谱系的前体--而这类细胞的后代会以扩增的竞争性克隆群体持续存在(图1)。然而DNMT3a的突变自身是否足以在白血病发病前启动并维持克隆性群体的生长还不清楚，因为Shlush及同事只对特异性基因进行了分析，因此癌症突变的复杂性有可能被低估。虽然在小鼠白血病模型中NPM1的突变可以启动AML，而且在患有AML的人体中也常见NPM1的突变，但似乎在携带DNMT3a突变的大多数AML病例中NPM1是一个次级变化。

这些数据与功能性实验的结果相一致，功能性实验结果说明DNMT3a通常会以牺牲HSC的自我更新能力为代价促进HScs分化形成其他的细胞谱系。在AML中DNMT3a的突变导致酶催化活性的丧失。但突变后的蛋白可以对没有突变的DNMT3a拷贝编码的正常蛋白具有抑制其功能的作用，这样突变的DNMT3a蛋白则会增加细胞自我更新的能力。Shlush等人发现突变DNMT3a在每位AML患者的HSCs中占有很高的比例(高达30%)，说明存在具有高度竞争性能够自我复制的DNMT3a突变的细胞。然而，他们还发现在DNMT3a突变的HSCs中存在某些向淋巴谱系和骨髓谱系的正常分化作用。

当细胞随时间增加积累突变后癌症会发生。在急性骨髓性白血病中(AML)，第一个转变成为类似癌症状态的细胞通常是一个造血干细胞(HSC)。这种细胞的分化会通过三种中间性阶段之一形成AML。

a，Shlush等人发现在AML没有临床症状时，在HSC中由癌症启动的突变通常在基因DNMT3a中。这种形成癌症前的细胞在临床水平是检测不到的。进一步形成突变，比如在基因NPM1中形成突变会导致AML形成。

b，AML还会由于骨髓性细胞的发育异常(dysplasias)以伴随性事件产生，在骨髓性细胞发育异常中成熟的骨髓细胞不能有效生成。各种不同类型的骨髓细胞发育异常可以从不同类型的突变中产生。

c，还有在慢性骨髓性白血病的细胞中进一步的突变会导致形成更具侵袭性的急性白血病，在慢性骨髓性白血病的细胞中已经在BCR-ABL1或其他的基因中携带突变。

作者们通过将两位患有AML患者的血细胞移植到免疫细胞缺陷小鼠体内的方法在功能性水平上证实了上述的分化作用的存在。在大约75%这样的小鼠中建立起了多种细胞谱系。对12只小鼠中的10只进行的进一步研究发现其中存在高频的DNMT3a突变但具有正常的NPM1，说明存在DNMT3a存在突变的具有功能的并占主导地位的HSC群体。只有很少的小鼠具有DNMT3a和NPM1都发生突变的骨髓性白血病细胞群体。

Shlush及同事进一步显示DNMT3a突变的HSCs以及这些细胞分化的后代甚至在化疗后AML缓解时仍存在在患者的血液中，说明至少这些形成白血病之前的前体细胞中的一部分对治疗具有抗性。这一现象可能是由于这群细胞中很大一部分处于沉寂状态造成的这在其他类型的白血病和癌症中也是如此。综上，数据强调了良性白血病形成前克隆的持续存在。其他的数据也说明了类似的情况，包括对另一个在AML中常见的突变，ETO-RUNX1融合，在HSCs和B细胞中的发现。一项进一步的研究报道了对同一患者未成熟AML的骨髓细胞中表面正常的HSCs以及存在部分突变的骨髓细胞和淋巴细胞的确认。有趣的是，与Shlush及同事的发现相反，这项研究提供了一个线性的或者说是进化性的，在HSC衍生出的预白血病细胞中几种突变出现的顺序。

更广泛地说，这些研究的结果勾勒出克隆性进化途径复杂性的形象，这种克隆性进化途径导致了AML的形成。在恶性前期阶段在HSCs中形成的主导性可能在临床上和生物学方面都存在高度变异性，谁可能形成主导取决于突变或突变的组合以及这些突变造成的功能性影响。常见的次级突变，比如NPM1，可能会导致分化作用的更严格的停滞，或形成更强烈的细胞增殖这是导致形成急性疾病的步骤。与基地性(或非常早期)的突变相反，刺激突变通常会产生谱系更加具有确定性的骨髓前体细胞，就像Shlush等人证实的NPM1突变以及之前在慢性骨髓性白血病的报道那样。一项研究急性淋巴性白血病的报道具有类似的观点，认为次级突变会出现在更加趋于分化的前体细胞中，这也许会成为其他类型癌症的一个特征。

正如Shlush及同事所指出的那样，他们的结果具有几项临床性意义。一个是DNMT3a的突变作为持续存在而且可能是基地，它可能成为治疗的目标，也可能成为跟踪驻留性疾病的标记物。相反，针对次级突变比如NPM1的治疗方法，将可能只会获得暂时性的成功。另一个在病情缓解时预白血病克隆和突变性HSCs的持续存在表明存在这样一种可能即这些细胞为疾病的复发提供一种细胞性资源。对于某些带有DNMT3a和NPM1双重突变的AML的患者在接受治疗后，复发时的癌症中只存在DNMT3a突变的事实与这种观点相一致。最后，确定在衰老的个体中DNMT3a突变克隆出现的频率有多高以及这些克隆在哪里处理、进化性转变形成AML出现的频率有多大、需要多少时间这些问题的内容都是非常吸引人的。