科學家找到白血病全新遺傳致病因子!
白血病是一種血液系統(tǒng)的惡性腫瘤,俗稱“血癌”。白血病的發(fā)生與多種因素有關(guān),其中包括家族遺傳因素、化學因素、物理因素、病毒感染等,探索白血病的發(fā)病機制,有助于為白血病早篩和干預(yù)帶來新策略。
北京時間1月12日晚23時,深圳理工大學(籌)藥學院教授、中國科學院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)藥所癌癥免疫研究中心趙佳偉聯(lián)合哈佛大學醫(yī)學院附屬波士頓兒童醫(yī)院杰出副教授、麻省理工學院布羅德研究所研究員Vijay Sankaran團隊在《細胞》發(fā)表新研究。研究團隊運用英國生物樣本數(shù)據(jù)庫(UK Biobank),對超46萬個病人樣本進行了遺傳學分析,找到了一個全新的髓系惡性血液腫瘤家族致病風險因子,有望為潛在的早發(fā)性白血病早期篩查與干預(yù)提供新思路。
“這項工作確定了一種新的基因——CTR9,該基因攜帶遺傳突變,使血液腫瘤易感性增加10倍,同時我們也定義了這種情況是如何發(fā)生的。這些發(fā)現(xiàn)是很重要的,因為我們發(fā)現(xiàn)了關(guān)于這一基因的調(diào)控機制,可以使血液腫瘤預(yù)防成為可能?!闭撐墓餐ㄓ嵶髡遃ijay Sankaran說道。
“后裔射日”的故事寓意CTR9的部分丟失可以有效提高人造血干細胞的數(shù)量,但其基本的生物學功能需要它存在于細胞中以保持細胞功能 賈月萌供圖
該研究中,深理工藥學院教授、深圳先進院醫(yī)藥所癌癥免疫研究中心趙佳偉、原哈佛大學醫(yī)學院博士后Liam Cato為本文共同作者,趙佳偉、Vijay Sankaran為本文共同通訊作者。
“年輕”的癌癥
與其他大多數(shù)惡性腫瘤不同,白血病是一種“年輕”的惡性腫瘤,平均發(fā)病年齡與其他實體惡性腫瘤相比顯著偏低。根據(jù)《國家兒童腫瘤監(jiān)測年報(2022)》數(shù)據(jù)顯示,白血病仍是兒童高發(fā)腫瘤。
急性白血病具有發(fā)病急、致死率高、難以完全治愈等特點。隨著白血病細胞在骨髓內(nèi)無限制增和積聚,會逐漸影響正常的骨髓造血功能,使紅細胞、白細胞、血小板等無法正常產(chǎn)生和發(fā)揮作用,從而引起發(fā)熱、感染、出血、貧血等一系列癥狀,導致多器官功能障礙,甚至死亡。
“目前,治愈白血病的方式高度依賴于健康造血干細胞的移植,而非親屬間的造血干細胞配型通常需要經(jīng)歷非常漫長的等待,耽誤了病人有效的治療時間?!壁w佳偉介紹。
對此,研究團隊提出了一個設(shè)想,一些先天性的家族可遺傳風險因子可能在白血病發(fā)生機制中發(fā)揮重要作用。“盡管近幾十年來,科學家們對白血病等血液腫瘤的發(fā)生和相關(guān)致病機理已有了較為完整的研究,但對血液腫瘤中遺傳因素作用的理解仍十分有限?!壁w佳偉說。
高通量測序技術(shù)的發(fā)展和完善,為種群遺傳學研究帶來更多可能性。2020年底,趙佳偉等人運用英國生物樣本數(shù)據(jù)庫(UK Biobank),對超46萬個病人的全基因組遺傳信息進行分析,并從中找到與家族關(guān)聯(lián)性很高的可遺傳風險因子,研究團隊鎖定了一個此前尚未被報道的、可以顯著提升髓系白血病發(fā)病率的基因——CTR9。
解碼46萬個樣本,找到全新遺傳致病因子
想要在超46萬個病人樣本中,發(fā)現(xiàn)全新的白血病遺傳致病因子,并非易事。人的基因組包括了超30億個堿基對,將近三萬個基因,而要在龐大的基因組中找到基因突變體更猶如“大海撈針”。
“整個研究過程,可以分為尋找和驗證兩個重要步驟。一是找到相關(guān)的基因突變體,二是驗證該突變體會導致白血病發(fā)生?!?/span>
“提出設(shè)想后,我們首先要解決的就是statistical power(統(tǒng)計功效)的問題,驗證在統(tǒng)計學上能否承載如此大樣本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)?!壁w佳偉介紹,在解決了統(tǒng)計學方面難題后,研究團隊通過全基因組測序找到的罕見突變體進行了罕見突變體相關(guān)聯(lián)研究,鎖定了髓系惡性血液腫瘤易感性的重要家族風險因素——CTR9突變體。
造血干細胞的擴增是白血病的初期表現(xiàn),在過度擴增后,部分造血干細胞可能會逐漸失去自我調(diào)控和分化成正常血細胞的能力。研究團隊利用人源造血干細胞并以免疫缺陷小鼠為模型,驗證了這一風險因子對造血干細胞的影響,循序漸進地解開了這一高風險致病因子導致白血病的生物學機制。
在后續(xù)兩年多的驗證實驗中,研究團隊發(fā)現(xiàn)當且僅當CTR9部分缺失時,人長期和短期造血干細胞具有顯著性的擴增,當CTR9完全缺失時,造血干細胞無法長期維持穩(wěn)態(tài)。值得注意的是,相比其他較為常見的遺傳因素,該基因突變體的白血病易感性增加了10倍。
另外,融合基因是白血病診斷分型、預(yù)后分層、靶向治療及微小殘留病監(jiān)測的主要指標,目前已有數(shù)百種融合基因被納入世界衛(wèi)生組織白血病診斷分類標準中?!澳芤鸢籽〉奶禺愋匀诤匣蛴泻芏啵覀儼l(fā)現(xiàn)的這一CTR9基因突變體正屬于能夠?qū)︱?qū)動白血病發(fā)生的一類融合基因產(chǎn)生影響的基因?!壁w佳偉說道。
“該項工作具有高度性,研究團隊利用了一系列令人印象深刻的尖端基因組、表觀基因組技的新穎技術(shù)及嚴格的分子生物學分析來剖析這一全新致病因子在人類造血干細胞的自我更新調(diào)節(jié)和白血病易感性中的功能。” 審稿人對該成果評價道。
探索白血病早篩策略
對所有疾病來說,預(yù)防比治療更重要,這在惡性血液腫瘤這類致死率極高的疾病中更為關(guān)鍵。提升診斷水平無疑是有效對抗癌癥的核心所在。
這項研究開創(chuàng)性地揭露了一個尚未被報道的可以顯著影響白血病發(fā)生率的家族性遺傳因子,通過對這一風險因子的早期篩查,有望為潛在的白血病高風險者提前進行針對性的干預(yù)。
另一位審稿人在評價中指出,“這是一項非常有趣的研究,其臨床意義和分子機制都具有廣泛的吸引力。”
“遺傳學是復雜且難以預(yù)測的,人種的差異性對某些疾病的影響可能遠超我們的想象。在基于高通量測序技術(shù)下的種群遺傳學研究領(lǐng)域,我國與發(fā)達國家仍存在一定差距,我國在病人遺傳信息儲備量方面存在嚴重不足?!壁w佳偉說道。
趙佳偉表示,依托在國外的科研平臺開展了較好的工作基礎(chǔ),未來將進一步深入探究造血干細胞穩(wěn)態(tài)機制,以及造血干細胞向白血病轉(zhuǎn)化機制方面深入探究,為白血病治療策略帶來更多思路。同時,探索建立專屬于中國的種群遺傳學數(shù)據(jù)庫,更有助于找到適合我國病人的治療靶點,并探索出專屬于中國人的藥物開發(fā)途徑。
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