Science：揭示唐氏综合征患儿白血病发生的细胞来源

2021年7月12日讯/生物谷BIOON/---唐氏综合征（Down syndrome）是一种遗传性疾病，由人类早期发育过程中细胞分裂的随机错误引起，导致21号染色体多了一个拷贝。这个额外的拷贝是导致与该综合征相关的发育变化和身体特征的原因，包括对白血病的易感性。患有唐氏综合征的儿童在其生命的头五年内患骨髓性白血病的风险增加了150倍。然而，21号染色体的额外拷贝容易导致白血病的机制仍不清楚：白血病在胎儿发育过程中开始产生的确切血细胞类型，以及导致这种细胞成为白血病前期的基因改变，在此之前是未知的；此外，必须在儿童时期积累的使白血病前期转变为急性白血病的额外突变也是未知的。

在一项新的研究中，加拿大研究人员首次在临床前模型中绘制出患有唐氏综合征的婴儿白血病的起源和发展过程，为未来预防这种癌症铺平了道路。相关研究结果发表在2021年7月9日的Science期刊上，论文标题为“Mapping the cellular origin and early evolution of leukemia in Down syndrome”。

论文共同通讯作者、玛嘉烈公主癌症中心的John Dick博士解释说，“在一个人被诊断出患有这种疾病之前，已经发生了一连串的细胞事件。你不知道在那一刻哪个事件先发生了，你只知道它已经发生了。我们的模型第一次让我们了解了这种人类白血病的过程。最终，我们也许能够通过在其最早阶段---白血病前期---进行治疗，以防止其发展为全面的白血病。”

通过使用一种临床前模型，包括来自人类组织生物库的人类唐氏综合征细胞，以及由玛嘉烈公主癌症中心的Elvin Wagenblast博士和Eric Lechman博士开发的用于改变人类造血干细胞基因的增强型CRISPR/Cas9方法，这些作者着手绘制这一特定白血病演变过程中涉及的步骤。

短暂性白血病前期（transient preleukemia）是一种经常发生在患有唐氏综合征的新生儿身上的独特情况，它可以在出生后几天到几个月内自发消失，也可以在四年内通过在一些人身上获得额外的突变而转变为急性骨髓性白血病。

具体来说，这些作者能够测试各种血细胞类型，并精确地指出短暂性白血病前期仅起源于带有GATA1突变的长期造血干细胞（HSC），最早出现在唐氏综合征胎儿的妊娠中期。在非唐氏综合征样本的造血干细胞中，白血病前期并没有开始。

唐氏综合征白血病发生中的细胞来源，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf6202。

由于造血干细胞具有独特的持续自我更新能力，只有它们能够再生整个血液系统并保持长期输出。从更广泛的角度来看，小儿白血病的细胞来源只限于长期的造血干细胞，这可能对唐氏综合征以外的其他类型的儿童白血病有影响。

Lechman博士解释说，急性白血病只有在前两个突变---21号染色体的额外拷贝和GATA1突变---到位后才会发生，并使发生突变的长期造血干细胞的后代或下游后代获得进一步的突变，从而导致完全转化的急性白血病。

Dick博士说，“通过展示经过基因编辑的人类血液干细胞和正常人类血液干细胞的行为，我们实际上在临床前模型中再现了一种人类疾病，而且我们成功地重现了白血病发展的精确、渐进步骤。我们现在有很多关于这些突变导致白血病的基因异常的线索。”

这些作者还确定了CD117/KIT是位于发生突变的导致细胞增殖的疾病驱动干细胞上的一种独特的蛋白质细胞表面标志物。在临床前模型和环境中，他们能够使用小分子CD117/KIT抑制剂靶向识别和消除前白血病干细胞（preleukemic stem cell），以防止它们进展为急性白血病。

这些作者指出，这种预防策略有可能用于唐氏综合征新生儿，甚至扩大到其他已知在胎儿发育期间启动的儿童白血病。Dick博士说，“能够靶向癌前病变并防止其发展为癌症的临床意义是深远的，这将引发儿科癌症领域变革。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Elvin Wagenblast et al. Mapping the cellular origin and early evolution of leukemia in Down syndrome. Science, 2021, doi:10.1126/science.abf6202.

Irene Roberts et al. Sowing the seeds of leukemia before birth. Science, 2021, doi:10.1126/science.abj3957.