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再生障碍性贫血和克隆演变:种系和体细胞遗传学

作者:佚名    来源:本站原创    浏览: 次   更新时间:2017年09月11日   

  再生障碍性贫血和克隆演变:种系和体细胞遗传学

  进展为骨髓增生异常综合征(MDS)或急性髓系白血病(AML)是骨髓衰竭(BMF)患者的一种严重并发症,也是导致死亡的主要原因。获得性再生障碍性贫血(AA)患者中约15%在10年内进展为MDS或AML。遗传性BMF患者进展为MDS或AML的风险更高。鉴别低增生MDS和BMF或AA仍然具有挑战性,尤其是对于儿童患者。具有某些遗传性BMF疾病特征的骨髓增生异常需要更加关注MDS的可能。尽管克隆性细胞遗传学异常的存在可以为MDS提供重要诊断依据,但许多成年MDS和大部分儿童MDS患者缺乏明显的染色体异常。随着二代DNA测序在临床上的应用,BMF和AA的诊断评估和危险分层也在迅速发展。早期识别高危克隆演变的患者可提示医疗监测和早期干预,从而改善预后。

  一、种系遗传学

  在对AA和BMF综合征家族性病例观察中发现,这些人中许多具有MDS或AML的高风险。以前,遗传性BMF的诊断很大程度上依赖于经典的临床特征,现在发现,有相当一部分有种系遗传倾向的BMF、MDS或AML患者缺乏异常体征,也没有这些疾病的家族史。最近对特发性BMF或MDS的全基因组筛查确定了种系遗传性BMF占5%~10%。大部分遗传性BMF都有癌症的易感性,特别是有MDS或AML的高风险。MDS或AML可能是遗传性BMF患者首次就医的特征。越来越多的研究者认识到,在看似新发的年轻MDS患者中,有一部分存在种系遗传倾向。

  1. GATA2谱系异常

  GATA2基因的杂合突变可导致与BMF、MDS和AML相关的常染色体显性遗传异常。GATA2基因编码的一个锌指转录因子在造血和淋巴系统发育中扮演重要角色,与BMF相关的GATA2基因突变导致功能丧失及GATA2单倍体不足。编码区和内含子增强子区域的序列以及阵列比较基因组杂交(CGH)可用来分析基因缺失。

  2. 范可尼贫血(FA)

  虽然FA的典型特点是躯体异常,但许多FA患者缺乏明显的身体特征,MDS、AML、实体肿瘤可能是这些患者就医的唯一并发症。目前已确定FA至少有21个基因的多基因紊乱。FA基因中大部分都是常染色体隐性遗传,除了FANCB是X连锁遗传,以及FANCR/RAD51是常染色体显性遗传,约2/3的患者可归于最常见的三种亚型:FANCA、FANCC、FANCG。FA临床诊断的金标准仍然是利用丝裂霉素C或环氧丁烷的染色体断裂试验。最近的一个提议是整合DNA测序、阵列CGH和RNA分析,用于诊断FA。

  3. 先天性角化不良(DC)和端粒生物学紊乱(TBD)

  维持端粒功能的基因发生突变的个体BMF、MDS和AML的风险增加。对于DC和TBD的疾病预期被描述为:在世代延续中,端粒越来越短,症状越来越重,发病年龄越来越低。目前已发现11个导致DC的基因,包括X连锁、常染色体显性和隐形遗传。DC和TBD患者的端粒与同龄人相比明显缩短。DC基因测序在临床上可用单基因检测或复合靶向的二代测序板。目前的诊断策略可以结合临床评估、端粒长度的功能测试和突变分析。

  4. Shwachman-Diamond综合征(SDS)

  SDS最初被发现是由于胰腺功能不全导致的脂肪泻和进展为MDS或AML的BMF。胰腺功能障碍常无症状,容易漏诊。体格检查异常和生长不良可能为诊断提供重要线索,SDS可能在一个看似健康的SDS先证者兄弟姐妹中得到诊断。SDS是一种常染色体隐性遗传病,超过90%的SDS患者存在SBDS基因的双等位基因突变,最常见的突变是在剪接供体序列内含子2的错义突变(c.258+2T>C),目前报道的几乎所有SDS患者均至少携带1个等位基因。SBDS基因中的突变似乎是由具有附近高度保守假基因的基因转化事件导致的,这对诊断构成了挑战,二代测序板或全外显子测序分析管道必须避免错误地映射病理SBD变异体的假基因。血清胰蛋白酶原和血清胰淀粉酶作为亚临床胰腺外分泌功能障碍的敏感测试,是目前SDS临床诊断的一种标志。

  5. SRP72突变

  SRP72的杂合突变已在2例无血缘关系的家族性AA和MDS中被报道。在第一个家庭中,受影响的患者都存在听力损失,尽管祖辈可能有迷路炎。SRP72是常染色体显性遗传病。SRP72是一个信号识别颗粒,参与新生蛋白质的加工和运输的组成部分。造血细胞SRP72突变影响蛋白质功能的机制尚不清楚。

  6. 先天性无巨核细胞血小板减少症(CAMT)

  CAMT典型表现为早期血小板减少伴迟发性AA。虽然已报道几例CAMT患者进展为MDS或AML,但是否与MDS或AML风险增加相关目前还不清楚。CAMT是一种血小板生成素受体c-MPL突变的常染色体隐性遗传病。血小板生成素受体在造血干细胞和血小板祖细胞表面表达,发挥造血和巨核细胞生成功能。c-MPL基因突变检测可用于临床。

  7. 先天性纯红细胞再生障碍性贫血(DBA)

  DBA的特点是纯红细胞AA,通常在1岁以内出现。DBA中MDS、AML或实体瘤如软组织肉瘤的风险增加。DBA相关的其他身体异常可能并不出现,一小部分AA患者被描述成了DBA。DBA是由编码核糖体蛋白基因突变引起的常染色体显性遗传病,约25%的突变累及基因缺失。DBA是通过临床表现和骨髓检查显示红细胞AA共同诊断的,临床上可用DBA突变的复合板以及分析缺失的阵列CGH,大约25%的DBA患者缺乏可识别的突变。

  二、体细胞遗传学

  克隆造血的体细胞遗传研究、获得性突变的细胞遗传学研究、单核苷酸多态性阵列(SNP-A)核型分析和二代深度测序均是目前研究的热点。

  1. 获得性AA

  1.1 阵发性睡眠性血红蛋白尿症(PNH)

  PNH是一种克隆性疾病,特点是PIGA基因的获得性体细胞突变导致细胞表面GPI锚的缺失。迄今为止的资料不支持PNH克隆的内在生长或增殖优势。目前尚没有发现PNH克隆的患者白血病风险增加。在AA中PNH克隆的临床意义主要取决于克隆是否有症状,或达到足够的大小,形成一个值得担忧的潜在血栓。研究表明,PNH克隆的存在可能是与免疫抑制治疗(IST)相关的一个好的预后标志,PNH克隆通常不出现在遗传性BMF中。

  1.2 细胞遗传学

  预测AA患者细胞遗传性克隆演变的临床意义往往很困难,因为中期分裂象可能很少,建议对高危细胞遗传克隆如-7/del(7q)进行荧光原位杂交(FISH)检测。+8和低风险进展为MDS或AML具有相关性,独立的PNH克隆合并del(13q)具有较低的恶性进展风险,-7/del(7q)具有较高的发展为MDS或AML的风险,一些孤立的染色体异常,如-Y、+8、del(20q)、同时不具有MDS的其他特征,可出现在看似健康且不认为自己患MDS的个体身上。

  1.3 SNP-A核型分析

  SNP-A核型分析能发现间期染色体的异常、微小的缺失和杂合性的中性拷贝数丢失(copy-neutral LOH),这些是普通核型分析不具备的。有研究应用SNP-A联合中期染色体核型分析了93例AA患者,18例(19%)存在染色体异常,14例(15%)发生了恶性演变,用SNP-A更早地发现了-7。

  1.4 二代深度测序

  在对来自150例不存在MDS形态的AA患者的配对骨髓和皮肤或黏膜样本进行的一项大型研究中,应用BMF、MDS、AML基因双层靶向测序,29例(19%)患者发现了除PIGA突变以外的32种体细胞突变,突变的基因包括ASXL1(12例)、DNMT3A(8例)、BCOR(6例)。17例(11%)患者在9~260个月进展为MDS(中位进展时间86个月),其中2例进展为AML。在没有演变为MDS的孤立BCOR突变的病例中,有ASXL1突变的12例患者中7例进展为MDS,有大量DNMT3A克隆的3例都进展为MDS。

  随后的一项综合研究对来自美国和日本的439例AA患者利用SNP-A和106个髓系恶性基因进行靶向深度测序,并对其中的52例进行了全外显子测序,对82例进行了纵向分析。其中156例(36%)患者发现了体细胞突变。全外显子测序的52例患者中25例(48%)存在体细胞突变,77%的突变仅涉及一小部分基因,如BCOR和BCORL1(9.3%)、PIGA(7.4%)、DNMT3A(8.4%)和ASXL1(6.2%),其余MDS相关基因虽也有突变,但频率很低。

  一个与AA、MDS、年龄相关意义未明的克隆性造血(CHIP)的常见突变基因谱比较研究揭示了共有和独有的突变基因:DNMT3A和ASXL1在这3种疾病中都常出现突变,PIGA和BCOR/BCOR1在AA中经常突变,而MDS中极少发生。MDS常见的突变基因如TET2、JAK2、RUNX1、TP53以及一些黏合因子、剪切基因在AA中相对少见。AA的突变模式不同于那些在CHIP中常见的突变基因,如DNMT3A、TET2、ASXL1、TP53、SF3B1、JAK2和SRSF2。

  在一项对13例进展为-7的AA患者的研究中,所有患者均显示克隆性造血,但仅4例患者携带髓系恶性肿瘤基因的体细胞突变。相对于稳定的AA对照,较短的端粒长度在应用IST之后出现-7。在诊断和治疗前,较短的端粒长度与疾病复发的风险增加、克隆演变以及生存期缩短具有相关性。

  2. 遗传性BMF

  种系遗传性BMF疾病患者进展为MDS或AML的延迟和变异性,与恶性转化所需附加条件的概念是一致的。

  2.1 细胞遗传学

  -7和+8是常见的细胞遗传学异常,在儿童人群中对可能种系GATA2突变应引起怀疑。对57例FA骨髓样本进行的分析中,确定35例存在体细胞染色体增加和丢失。进展为MDS或AML的FA患者的克隆性细胞遗传学异常包括1q+、3q+、-7/del(7q)和11q-。1q+和del(20q)也出现在进展或未进展为MDS或AML的患者中。del(20q11)和等臂染色体7q10在SDS中频繁出现,可能作为没有进展为MDS或AML的孤立性异常持续存在。-7或del(7q)常见于MDS或AML患者中,通常与伴额外染色体异常有关。

  2.2 二代深度测序

  在遗传性BMF中关于获得性体细胞突变的数据很少。对ASXL1的外显子12和13的靶向测序显示,48例具有种系GATA2突变的患者中14例(29%)有突变,包括4例进展为慢性骨髓单核细胞白血病。然而,37例发展为MDS的患者中有27例缺乏ASXL1突变。对19例具有种系RUNX1或GATA2突变的患者进行肿瘤和匹配正常样品配对的全外显子测序以分析体细胞突变。每例患者的体细胞单核苷酸变体/插入或缺失的中位数(13个)与初发AML类似。家族性MDS或AML患者的基因突变模式与初发AML不同。

  3. 基因和基因组检测在临床应用中面临的挑战

  种系遗传BMF的诊断有重要临床意义。AA中身体畸形、身材矮小、生长不良或有提示种系BMF疾病临床病史的患者需要进一步评估。对于有血细胞减少和BMF家族史、BMF临床特征、早发癌症、受到过量放化疗毒性的患者都应警惕种系BMF疾病。重要的是,没有提示性家族史者不能排除遗传性BMF疾病。端粒维持紊乱或新发突变的疾病可能会没有家族史。以前需要在临床怀疑的基础上对单个基因进行诊断检验,但这种方法错过了具有遗传性疾病患者的重要亚组。随着新一代靶向测序板的应用,现在可同时且比每个潜在个体基因的可能性更经济地筛选整组BMF基因。

  除了临床病史、家族史和体格检查外,实验室检测应筛选潜在的种系BMF疾病的线索,不明原因的血象减少或增加应该考虑MDS的可能。FA患者可能缺乏异常体征,对于BMF的所有儿童患者推荐采用FA染色体断裂检测,并且也可以考虑用于年长患者。

  4. 基因检测面临的挑战

  虽然基因检测使我们诊断隐匿或模糊的遗传性BMF疾病的能力获得很大的提高,但仍然存在许多挑战。一些突变,如倒位、易位和缺失,很容易被测序分析错过。由于测序技术的限制,如高度富含GC的区域或差的外显子捕获,造成基因组的一些区域覆盖不足。与真正基因共有高度同源性的假基因的存在使正确比对序列变得困难。对于隐性障碍,必须测定顺式与反式的变体方向,并对父母进行检测,这可能会有帮助。对于可在种系突变或在造血细胞中体细胞获得的基因,可能需要对替代的非造血组织如皮肤成纤维细胞进行测序。在标准的外显子定向测序中一般只包含邻近内含子内的短侧翼区域,一些位于非编码区的突变如GATA2增强子可能无法被捕获。当筛选BMF或MDS的种系基因突变时,根据基因组靶向设计和分析的不同,使用针对MDS和AML样本体细胞突变分析进行设计的面板可能并不适合。

  诊断性基因检测的主要挑战之一是对功能数据不可用的新变体或变体的解释,在可行的情况下,可以检测变体对基因功能的影响(例如FA基因的染色体断裂或DC基因的端粒长度)。在杂合状态下评估部分损伤基因功能的但不致病的相对变体会有额外的挑战,阐明具有跨越多个不相关家族的表型的变体轨迹,提供了变体是致病性的遗传证据。

  5. 危险分层

  可通过密切监测血细胞计数和骨髓象鉴定与MDS或AML高风险相关的种系BMF疾病。如在白血病发展之前进行造血干细胞移植,则临床结果通常更好。诊断还允许订制治疗,以避免治疗相关毒性和死亡。

  对于AA,最初假设体细胞突变的分析可能鉴定进展为MDS或AML的高风险AA患者。克隆性造血的临床意义在涉及健康老年人骨髓恶性肿瘤基因突变的CHIP被报道后受到置疑。CHIP进展为MDS或AML的概率很低。如前所述,尽管一些体细胞突变与增加AA进展为MDS或AML的风险相关,但具有这些高风险突变的任何个体化患者的临床病程是可变的,变异等位基因部分和临床高风险克隆演变存在着不可预测的波动。BMF的诊断评估和监测必须整合多方面的评估,包括种系BMF疾病、连续血细胞计数、骨髓形态学、核型分析、FISH及SNP-A核型分析和深度测序、可用的治疗风险和益处评估,以指导预后和医疗管理。


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