《Annual Review of Pathology-Mechanisms of Disease》：Clonal Hematopoiesis in Nonmalignant Disease: Functional Consequences of Mutated Immune Cells by Clonal Hematopoiesis in the Diseased Tissue
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这篇综述系统性探讨了克隆性造血（CHIP）在动脉粥样硬化心血管病、心力衰竭、骨质疏松、阿尔茨海默病等多种非恶性疾病中的作用机制。文章揭示了TET2、DNMT3A、ASXL1、SF3B1、PPM1D等关键基因突变如何通过NLRP3/IL-1β等炎症通路，驱动突变免疫细胞在靶器官聚集并改变疾病进程，并指出其作用具有基因与器官特异性。理解这些机制为开发针对炎症的靶向治疗策略提供了新方向。
引言：从癌前病变到非恶性疾病的关键参与者
克隆性造血（Clonal Hematopoiesis, CH）最初被认为是血液系统恶性肿瘤的癌前病变，如今已被证实是众多年龄相关非恶性疾病的重要因素。其核心在于造血干细胞（HSCs）获得体细胞突变，导致携带突变的循环免疫细胞克隆性扩增，这些细胞对器官功能和疾病进展产生深远影响。这些突变克隆表现出改变的炎症特征和器官特异性的功能后果，其作用在基因和器官层面均展现出特异性。例如，在动脉粥样硬化性心血管疾病中，克隆性造血与泡沫巨噬细胞的炎症因子产生改变相关；在骨质疏松中，则与白细胞介素20（IL-20）分泌增加导致的破骨细胞活性增强相关。最引人注目的发现之一是，克隆性造血在阿尔茨海默病中显示出保护作用，这可能与小胶质细胞功能增强有关。理解克隆性造血在非恶性疾病中的机制基础，可能为开发旨在调节炎症的靶向治疗策略提供信息。
克隆性造血涉及的关键基因
克隆性造血中常见的突变基因可根据功能分为以下几类，其在英国生物银行队列中的突变频率如图所示。
1. 表观遗传调控基因
这类基因因其改变HSCs免疫学特性的潜力而被广泛研究。TET2缺陷的HSCs表现出髓系偏向分化，其髓系免疫细胞炎症因子分泌增加。DNMT3A突变则表现出更大的异质性，在人类免疫细胞中与促炎特征相关。ASXL1突变会破坏造血细胞中的多梳抑制复合物2（PRC2），导致全基因组H3K27me3占据减少。目前认为，对于ASXL1，重要的是突变导致的ASXL1功能改变，而非简单的功能缺失。
2. 剪接相关基因
在骨髓增生异常综合征中，U2AF1、SF3B1、SRSF2和ZRSR2等剪接基因的突变已被广泛研究。在HSCs中，SF3B1突变已知会导致红系谱系偏向。有趣的是，与表观遗传因子突变相比，剪接因子突变与向MDS转化的高风险相关。剪接机制基因的克隆性造血突变在非恶性疾病中的作用尚未得到充分研究。
3. DNA损伤修复通路基因
当HSCs遭遇基因毒性应激时，DNA损伤修复通路至关重要。TP53、PPM1D和CHEK2是克隆性造血中突变的代表性DDR基因，其中PPM1D在此背景下研究最为广泛。PPM1D已知可调节HSCs的竞争适应性和自我更新，并且在小鼠模型中，PPM1D突变的克隆性造血在功能上与免疫细胞的炎症特征相关。值得注意的是，DDR通路基因突变的克隆性造血已被认为与肺部疾病有关。
4. 信号转导通路和转录因子
JAK2、GNB1、GNAS、RUNX1、KRAS和NRAS等基因偶尔在克隆性造血中发生突变。由于这些是直接参与血液系统恶性肿瘤的癌基因，它们在克隆性造血中的作用相对直接，在非癌性疾病方面未得到广泛研究。其中，JAK2因其增加中性粒细胞NETosis的能力而被研究，提示其在高凝状态中可能发挥作用。
5. TCL1A在克隆扩增中的作用
表观遗传和剪接因子突变被选择的原因尚不完全清楚。最近的全基因组关联研究将TCL1A基因启动子中的种系变异与几种驱动突变引起的克隆性造血联系起来。功能研究表明，TCL1A在正常HSCs中不表达，但在特定突变背景下会表达。值得注意的是，阻断TCL1A表达的种系等位基因可防止TET2、ASXL1、SF3B1和SRSF2突变，表明这些突变的克隆扩增表型依赖于TCL1A的表达。目前尚不清楚TCL1A是否在克隆性造血相关的非恶性结局中起作用。
克隆性造血相关的非癌性疾病及其机制
克隆性造血对某些疾病的贡献近期已被阐明，其在不同人类疾病中的作用如图所示。
1. 动脉粥样硬化性心血管疾病
多项研究已证实克隆性造血可增加ASCVD风险，且独立于传统风险因素。在动物模型中，克隆性造血的存在与斑块大小增加相关，支持了因果关系。特别重要的是，在ASCVD患者的动脉粥样硬化斑块中发现了突变髓系细胞的浸润。这一发现意义重大，因为它揭示了低变异等位基因频率的突变HSCs通过浸润斑块这一病理发生组织来促进ASCVD的作用机制。从治疗角度看，TET2或DNMT3A突变与巨噬细胞特性改变有关。特别是对于TET2，人们认为巨噬细胞中由基因决定的炎症小体激活可以通过针对NLRP3/IL-1β通路的药物进行靶向治疗。
2. 心力衰竭
心力衰竭与克隆性造血的关系也得到了广泛研究。无论是射血分数降低还是射血分数保留的心力衰竭，都与克隆性造血密切相关。在缺血性心力衰竭中，克隆性造血的存在与更差的预后和快速的疾病进展相关。机制研究表明，TET2驱动的克隆性造血细胞通过NLRP3/IL-1β驱动的炎症加重心力衰竭，这与ASCVD类似。对于心力衰竭，ASXL1克隆性造血与TET2和DNMT3A一起被认为发挥着重要作用。与ASCVD类似，控制IL-1β炎症通路可能为克隆性造血相关的心力衰竭提供治疗前景。
3. 骨质疏松
DNMT3A克隆性造血已被阐明会加剧骨质疏松。在小鼠模型中，IL-20等炎症细胞因子的增加在促进破骨细胞生成增加中起着关键作用。近期研究还发现，IL-17依赖性炎症和中性粒细胞反应，以及调节性T细胞免疫抑制活性受损，与小鼠破骨细胞活性增加相关。骨质疏松与克隆性造血的关系是独特的，这源于DNMT3A克隆性造血的重要性以及克隆性造血在突变细胞起源的骨髓中的作用。
4. 退行性脑部疾病
克隆性造血与脑部疾病最引人注目的关联来自对阿尔茨海默病的研究。在克隆性造血存在的情况下观察到了保护效应，多项队列的荟萃分析显示风险比为0.63。这一保护作用也通过孟德尔随机化得到证实，表明克隆性造血可能在保护大脑免受阿尔茨海默病病理生理影响中发挥因果作用。该研究的一个显著发现是，成功证明了突变的骨髓来源造血细胞迁移到大脑中，并重新填充小胶质细胞。在克隆性造血患者中，突变小胶质细胞的比例高达30%至95%，且血液变异等位基因频率与小胶质细胞变异等位基因频率几乎完全相关，这表明大脑中存在来自外周的长时期“播种”。推测携带这些突变的小胶质细胞的吞噬活性增强或其数量增加，可能解释了克隆性造血对阿尔茨海默病的保护作用。其他研究也提示骨髓来源的免疫细胞可迁移到大脑中替换衰老的小胶质细胞，这为少量突变免疫细胞在这一免疫特权器官中发挥作用提供了背景。与阿尔茨海默病不同，目前关于帕金森病与克隆性造血关联的证据尚无定论。需要更大规模的研究来确定克隆性造血是否与其他神经退行性疾病可重复地相关。
克隆性造血与疾病的细胞和分子机制：巨噬细胞视角
克隆性造血如何导致广泛的非恶性疾病取决于两个因素：携带克隆性造血突变的髓系细胞“播种”器官或组织，以及这些细胞表达高炎症和/或骨髓增殖表型。与克隆性造血相关的所有非恶性疾病都是年龄相关疾病，具有很强的炎症或免疫细胞成分。当个体存在克隆性造血时，这种平衡被认为被扰乱或加速。克隆性造血巨噬细胞通过异常炎症破坏体内平衡的机制如图所示。
1. IL-1炎症的基本机制
或许克隆性造血驱动非恶性年龄相关疾病背后最引人注目的假说，是某些驱动突变与IL-1β表达增加之间的强烈关联。事实上，由IL-1β驱动的疾病和与克隆性造血相关的疾病几乎完全重叠，阿尔茨海默病除外。IL-1β几乎影响免疫系统中的每一种细胞类型，其配体IL-1R1在内皮细胞上表达，使得每种组织都对IL-1β信号敏感，使其成为炎症信号的主调节器。IL-1β需要被炎症小体从pro-IL-1β加工成成熟的、具有生物活性的IL-1β。在髓系细胞中，这主要由NLRP3炎症小体的激活介导。
2. NLRP3激活/炎症
NLRP3的激活信号由无数环境和代谢因素诱导，赋予NLRP3激活组织特异性。在克隆性造血巨噬细胞中，经典的NLRP3激活信号可能被放大，或者，正如新出现的证据可能表明的，存在克隆性造血特有的信号。例如，在动脉粥样硬化斑块中，氧化低密度脂蛋白或胆固醇晶体可典型地激活NLRP3，导致IL-1β产生，这种反应在Tet2缺陷的背景下被增强。然而，携带克隆性造血突变的巨噬细胞也可能具有突变特异性的NLRP3激活机制。除了IL-1，其他促炎细胞因子信号在携带克隆性造血突变的巨噬细胞中被放大。现有的证据将IL-1β、IL-6和I型干扰素视为介导与Tet2克隆性造血相关疾病的重要角色。
3. 炎症反馈环路/髓系造血
克隆性造血的一个显著特征是携带驱动突变的HSCs存在髓系谱系偏向，而这种偏向被炎症反馈环路进一步放大。一致地，在动脉粥样硬化的临床前模型中，中和IL-6R减少了Tet2-克隆性造血介导的循环单核细胞增加。此外，遗传破坏IL-1R或用阿那白滞素治疗可 drastically 减少 Tet2+/-克隆扩增。一致地，McClatchy等人的研究表明IL-1β驱动Tet2缺陷的造血干细胞和祖细胞的扩增、髓系偏向和自我更新。最后，肿瘤坏死因子α也以突变特异性的方式促进HSC扩增和髓系偏向。这些研究将促炎信号定位为驱动克隆性造血中髓系偏向的一个有趣机制，但对特定细胞因子的反应存在突变特异性差异。
4. 组织“播种”偏好
目前尚不完全清楚克隆性造血促进年龄相关疾病是由于髓系细胞优先“播种”器官，还是由于少量细胞通过改变的炎症信号破坏组织稳态。在衰老小鼠模型中，使用Tet2-/-HSPCs的非清髓性骨髓移植显示，Tet2缺陷细胞重新填充了心脏中的CCR2+MHCIIhi巨噬细胞；尽管与野生型相比，心脏免疫细胞的总体细胞组成没有太大差异，但接受Tet2-/-骨髓移植的老年小鼠确实表现出心肌病和纤维化增加，表明Tet2缺陷细胞的“播种”改变了组织稳态。另一方面，Dederichs等人评估了接受动脉内膜切除术或心脏手术的Dnmt3a或Tet2-克隆性造血个体血液和心脏组织中的变异等位基因频率。尽管作者在比较血液单核细胞与心脏巨噬细胞时未发现变异等位基因频率差异，表明缺乏优先“播种”，但他们确实在这些细胞群中观察到了促炎基因型。突变细胞在心脏中缺乏优先“播种”的情况与大脑小胶质细胞的观察结果一致，表明这可能在不同组织中具有一致性。在肝脏中，HSCs补充肝脏驻留巨噬细胞，即库普弗细胞。在慢性肝病模型中，移植了Tet2缺陷HSCs的小鼠证明了库普弗细胞被替换；尽管肝脏中Tet2缺陷髓系细胞没有增加，但Tet2缺陷细胞组分中NLRP3激活的增加促进了脂肪性肝炎和纤维化。此外，Tet2和Jak2V617F克隆性造血与急性肾损伤风险增加相关。总体而言，这些研究表明克隆性造血突变体的优先“播种”可能是组织特异性的，其共同结果是局部炎症增加驱动疾病进展。
5. 体内平衡
虽然我们才刚刚开始揭示高炎症性克隆性造血巨噬细胞如何将组织稳态的平衡轴倾斜向疾病，但现有证据表明，由于克隆性造血髓系细胞信号传导导致的细胞性和/或功能变化可能促进疾病进展。首先，携带Dnmt3a或Tet2克隆性造血的Ldlr-/-小鼠的动脉粥样硬化病变表现出炎症性常驻样巨噬细胞过度表达CD206，以及T淋巴细胞减少，表明Tet2缺陷细胞在动脉粥样硬化斑块中呈现出M2巨噬细胞表型。除了细胞性变化，最近的研究表明，Tet2缺陷巨噬细胞的存在可能通过增加细胞因子产生来影响周围非造血或间充质细胞的功能。例如，在英国生物银行队列中，Tet2克隆性造血与心房颤动发生率增加相关。在机制上，Lin等人证明Tet2缺陷髓系细胞中NLRP3激活的增加促进心肌细胞功能障碍，从而导致心房心律失常发生。此外，来自携带Dnmt3a和Tet2突变的个体的人单核细胞来源巨噬细胞产生的IFNα上调旁观者细胞中的I型干扰素反应基因，这可能有助于增加心血管疾病风险。这些研究表明，组织中携带TET2突变的少量髓系细胞如何破坏免疫和非免疫细胞的正常细胞稳态，从而改变组织功能。
未来方向
肥胖和糖尿病等代谢性疾病最近分别在英国生物银行和TOPMed队列中与克隆性造血相关。在非克隆性造血背景下，慢性IL-1β既可作为脂肪细胞的生长因子，又可降低胰岛素敏感性。因此，代谢性疾病似乎因具有高活性NLRP3信号的突变克隆性造血巨噬细胞的积累而加速。在衰老和肥胖的小鼠模型中，Fuster等人证明白色脂肪组织中的骨髓来源Tet2缺陷巨噬细胞表现出增加的NLRP3介导的IL-1β，从而驱动胰岛素抵抗。此外，肥胖相关炎症被证明可促进脂肪骨髓，加速克隆性造血HSPCs的扩增。最近，正在开发中的NLRP3抑制剂在减肥和降低血浆葡萄糖水平方面显示出疗效。即将进行的验证性临床试验正在研究NLRP3抑制剂在2型糖尿病患者和肥胖患者中的效果，预计将确定NLRP3抑制在治疗代谢综合征各种组分中的疗效。此外，正在进行试验以测试阻断IL-1β是否会导致突变克隆的消退。这些数据最终将为未来在富含克隆性造血突变和NLRP3介导的全身性炎症的人群中开展研究的设计和可行性提供参考。
结论
从ASCVD开始，克隆性造血在非恶性疾病中的作用正在被积极探讨。近期的发现揭示了克隆性造血在各种疾病中具有基因和组织特异性效应。支持潜在因果关联的最重要观察之一是突变免疫细胞在组织中的鉴定，因为这些突变可以在动物模型中改变髓系细胞的发育和功能。克隆性造血是否可用作生物标志物来识别可能受益于特定疗法（例如靶向抗炎剂）的人群，仍有待观察。我们预计，临床前模型和原代人组织的相关性研究将增加我们对疾病相关特定改变的理解。然而，关于这些突变是人类年龄相关疾病因果驱动因素的假说，最终必须通过随机试验来检验。
