对成人和儿童骨髓增生异常综合征发病机制若干问题的新认识

骨髓增生异常综合征（MDS）是一组起源于造血干/祖细胞的获得性髓系克隆性的恶性血液系统疾病。患者具有向白血病转化的高风险。其不同亚型的自然病史实际代表着正常干/祖细胞不断发生和积累一系列分子遗传事件而最终演化成急性髓系白血病（AML）细胞克隆，并产生临床表型的动态全过程。对MDS的发病机制和疾病特点及规律的研究近年来取得较大进展，获得很大的新知识信息量。笔者在对过去MDS认识的基础上，介绍、梳理、整合和分析这些新信息、新知识，对MDS发生和进展的机制提出新假说、形成新认识，以推动对MDS发病机制的进一步研究和提高MDS临床诊治的水平。

1．MDS的诊断、分型和预后风险评估：MDS的诊断、分型和预后风险评估系统从FAB分型系统到2008年WHO的分型系统和IPSS的预后评估系统，经过近二十年的不断修改和充实，反映了我们对MDS的疾病特点和本质的认识水平随着诊断方法的日益进步而不断深化[1]–[2]。2012年修正的IPSS积分系统（IPSS-R）对染色体异常核型做了更精细的确认而将预后分为很好、好、中等、差和很差五个等级[3]。近年来随着基因组测序技术的普遍应用，发现MDS骨髓细胞存在许多再现性体细胞基因突变。其中较突出的是编码表观遗传调控和转录调控分子的基因，例如典型的IDH1/2和TET2基因的突变造成癌代谢物α羟戊二酸的合成及基因组DNA的高甲基化。这些突变改变造血细胞的表观基因组景观，从而影响细胞基因转录的态势和造血细胞的代谢方式[4]–[6]。这些基因突变对MDS患者的IPSS-R预后评估形成了重要影响[7]。此外，多色流式细胞术（FCM）为MDS的诊断也提供了特异性非常高的检测手段[8]。鉴于上述新信息和新知识，WHO已在2016年发布MDS分类系统的修订版[9]，对MDS细胞形态标准、分类名词、细胞免疫表型、体细胞基因突变和特殊类型的区分等方面做出相应的重申、调整和更新，将儿童MDS中的儿童难治性血细胞减少（RCC）列为特殊亚型。上述诊断、分型和预后评估系统虽然对MDS的临床诊断和预后预判发挥了重要作用，但尚不能揭示MDS的疾病本质及其发病和进展的深刻机制。

2．MDS细胞的克隆起源、克隆的异质性、克隆演变和疾病进展：MDS细胞具有克隆性，起源于MDS启始细胞（MDS initiating cell），或称MDS干细胞（MDS-SC），这在MDS del（5q）小鼠模型中首先被证实，这些MDS-SC与其他MDS细胞相比有独特的表型[10]–[12]。在低中危MDS患者骨髓中已证明有一群稀少的Lin⁻CD34⁺CD38⁻CD90⁺细胞具有干细胞功能，它们在基因分子水平和功能上都不同于克隆性粒单系祖细胞（GMP）和巨红系祖细胞（MEP），但MDS-SC不具备自我更新潜能，它们仍然保持层级分化能力[13]。家族性MDS/AML患者具有独特的临床特点，对易感家族中患者和无症状携带者的体细胞或胚系细胞行外显子测序，可发现RUNX1、TP53、ASXL1和GATA-2等基因的再现性突变，并与MDS的发病相关，表明MDS具有遗传背景[14]–[15]。对MDS患者骨髓细胞不同组分的全基因组测序表明MDS的克隆有很大的异质性，包括1种基本克隆和多个亚克隆。83%的MDS患者至少可检出1种基因突变，但在任何基本克隆中都没有独一无二的单基因突变[16]。某些患者在早期发生不明原因的特发性贫血，但尚不能证实MDS的发生，也无发生细胞克隆性异常的证据，故对此类患者提出了意义未明特发性血细胞减少症（Idiopathic cytopenia of undetermined significance，ICUS）的诊断。约三分之一的ICUS中因检出体细胞基因突变或染色体异常而证明为克隆性异常，对于伴有克隆性突变的ICUS，定义为意义未明克隆性血细胞减少症（Clonal cytopenias of undetermined significance，CCUS），并对之提出了一定的诊断标准。现有证据表明CCUS与低危MDS的突变基因谱非常相似，而发病率甚至高于MDS，许多CCUS患者，即使伴有细胞形态的“病态”特征，也并不进展为MDS[17]。最近三宗大样本（含数万份）外周血细胞DNA的测序结果表明随着年龄的增高，体内出现由恶性髓系基因突变驱动的克隆性造血，恶性血液病的风险随之增高。这些突变基因包括TET2、DNMT3A、JAK2、ASXL1、TP53和SF3B1，发病时扩增的克隆最多的是由突变的TET2、DNMT3A和ASXL1驱动[18]。针对此类患者，又提出了不确定潜能的克隆性造血（Clonal hematopoiesis of indeterminate potential，CHIP）的概念，来定义已出现了恶性血液病相关的体细胞突变克隆，但尚未达到恶性血液病确切诊断标准的状况。实际上这种恶性克隆的前期状态在许多恶性血液病中都存在，如多发性骨髓瘤中的意义未明单克隆丙球蛋白血症（MGUS）和冒烟型骨髓瘤（SMM）、慢性淋巴细胞白血病和非霍奇金淋巴瘤前期的单克隆性B淋巴细胞增多症（MBL）都类似于CHIP[19]。近年在2项近600例无MDS证据的再生障碍性贫血（AA）患者中发现20%~30%有PIG-A、ASXL1、DNMT3A和TET2基因突变，提示CHIP、AA和MDS可能代表了造血细胞克隆恶性转化的不同阶段，而ASXL1、DNMT3A和TET2的持续突变是克隆恶性转化的早期分子事件[18]。

3．造血微环境与造血干细胞（HSC）的相互作用及其在MDS发生中的作用：HSC存在于龛位（niche）形式的造血微环境中，龛位由成骨细胞，CD146⁺ARC、CAR、Nestin⁺间充质干细胞（MSC）、表达分泌干细胞因子（SCF）的Leptin⁺血管旁基质细胞和交感神经纤维等组成。龛位与HSC之间通过Wnt/β-catenin、Notch-Jagged1、CXCL12/CXCR4等信号通路相互作用[20]–[21]。各种恶性髓细胞病都有各自的能自我增强的恶性龛位[22]。龛位对HSC的异常改变有重要的作用。Dicer1基因敲除的小鼠模型中骨髓龛位的成骨祖细胞缺陷会使小鼠骨髓出现MDS样表现，即使将正常野生型HSC移植到Dicer1敲除小鼠的骨髓微环境中，依然会产生MDS样的改变[23]。以MDS患者骨髓MSC和MDS-SC共同植入小鼠的实验表明MDS细胞可改变其微环境MSC，使之在植活物中形成能促进MDS-SC扩增的MDS样龛位[24]。最近，在NUP98-HOXD13（NHD13）转基因的MDS模型小鼠移植实验中展示，靶向干预小鼠骨髓微环境（BMME）能显著改善MDS小鼠的转归[25]。内源性免疫作为微环境的组成部分，在MDS中也发生紊乱和过度活化[26]。总之，越来越多的证据表明造血微环境的异常改变，通过与HSPC的相互作用，在MDS的发生和进展中可能发挥重要的主导作用。

4．MDS发生机制假说的模式图：综合这些最新进展，可以将MDS发生的病理机制归纳成图1，作为今后研究的思路框架。

图1. 骨髓增生异常综合征（MDS）发生机制假说路线图.

HPSC：造血干/组细胞；MDS-SC：MDS干细胞；LSC：白血病干细胞；AML：急性髓系白血病

值得注意的是在上图中造血干/祖细胞（HSPC）中稀少克隆发生的表观遗传改变是非常微细、缓慢和可逆的，在相当长的时间内并不产生任何细胞表型的改变。这些HSPC的改变与微环境的改变之间不断互动而诱导表观遗传改变。最近研究提示在恶性肿瘤的发生发展过程中，存在着非常重要的肿瘤细胞表观基因组（尤其与基因组甲基化和组蛋白乙酰化相关）和代谢方式重塑的双向调节机制。大多数染色质修饰酶需要细胞代谢产物作为作用的底物或共作用因子，而这些代谢产物及其合成酶能进入细胞核，从而将细胞的代谢状态与基因转录直接联系在一起[27]。此外，由于基因突变或表观遗传调控改变产生的代谢产物（如2-HG、ROS等）水平增高又可导致细胞内信号通路活性，酶活性和代谢流的改变[28]。MDS的发生和恶性进展是否也与上述机制相符，值得今后循此思路深入研究。

5．幼年型粒-单核细胞白血病（JMML）对MDS发病机制的启示：儿童可发生与成人MDS类似的临床症状，并在幼儿出现JMML，相当于儿童骨髓增殖性肿瘤（MPN）。2005年儿童MDS/JMML首次被国际儿童肿瘤分类系统单列，描述了儿童MDS/JMML的临床特点，归纳出诊断范畴和诊断标准，并沿用成人的预后风险分层系统[29]。与成人MDS相比，儿童MDS/JMML具有成人MDS的共同特征，例如较低的发病率、造血系列细胞的减少和异常、出现不同比例的髓系原始幼稚细胞等；但更有其独特的特征，主要表现为其在儿童恶性血液病中的发病率远低于成人MDS在恶性血液病中发病率，儿童MDS与JMML的发病年龄分别为6.8岁和1.8岁，JMML具有广泛的髓外浸润，患儿的年龄与治疗反应和预后相关，判定成人MDS预后风险的IPSS系统似乎对预测儿童MDS/JMML的预后作用有限[30]。在遗传学改变方面儿童与成人MDS更有显著的差别，原发性MDS多发生在老年患者，而儿童更多表现出MDS易感性的遗传背景，在临床症状出现前其胚系细胞基因组即可出现多基因突变，如RUNX1、GATA2、CEBPA、MPL和TP53等[31]–[32]。其中胚系细胞中GATA-2突变在具有del（7q）的儿童和青少年MDS中尤为常见[33]。成人MDS独特的del（5q）综合征在儿童MDS中尚无报道，而7单倍体和del（7q）却是儿童MDS中最常见的染色体异常，且与不良预后密切相关。儿童MPN中的驱动突变JAK2 V627F已被证实起源于胚胎造血阶段，在出生后异常克隆得以异常扩增。即使发生儿童MDS/JMML，其JAK2 V627F克隆比例比成人MPN低；进展为原发性骨髓纤维化（PMF）和AML的发生率也远低于成人MPN，提示此突变克隆的扩增与年龄相关[34]。近期发现儿童MDS/JMML中的VPS45突变可致独特的PMF和骨髓衰竭[30]。儿童JMML细胞中主要发生GM-CSFR-Ras-MAPK通路基因的突变，导致此信号通路及其他下游信号通路的异常活化[35]。JMML细胞基因组景观证实了上述基因突变[36]，并发现与某些基因的异常甲基化态势相关[37]。更有意思的是在造血微环境方面，最近发现儿童RCC/MDS骨髓微环境中的MSC，在细胞表型、分化潜能、造血支持和免疫调控功能都无异于正常儿童MSC，但其基因表达谱发生某些改变，接受造血干细胞移植后可使MSC的基因表达谱恢复正常。在成人MDS-MSC中与正常对照相比呈差异表达的基因（如AURKA、AURKB、SCL、GM-CSF、CXCL12、Dicer1和Drosha），在儿童RCC/MDS-MSC中与正常儿童MSC相比，表达并无差异[38]。基于以上儿童MDS与成人MDS的显著差别，有学者认为鉴于两者发病机制不同，成人和儿童MDS并非同一种疾病。

6．结语和展望：成人MDS的起病和向AML的恶性进展过程代表和诠释了恶性髓系疾病中正常HSC演变成临床AML的典型全过程。系统梳理和解析此过程中各阶段和节点HSC内发生和累积的分子事件及其导致的表型改变，必将能勾勒出HSC经连续逐步变化，形成MDS-SC克隆，最终形成和扩增LSC克隆的路线图。这些研究将有赖于单细胞分离和检测技术，以及在细胞各层面的高通量检测技术的成熟运用，为对MDS/AML的精准诊断和靶向治疗提供机会和愿景。儿童MDS/JMML代表人生早期出现的与成人MDS相似的临床症状，但又呈现特殊的临床特点。目前研究揭示儿童与成人MDS的发病机制既有交叉之处，又有其独特的机制。尤其是儿童胚系细胞基因组景观改变所致的MDS易感性遗传背景，似乎使之无需早期表观遗传的改变和嗣后分子事件的长期积累，即可快速形成并扩增成AML克隆。这为我们提供了另一种AML的发生模式，值得深入研究。