IF50.5｜BCR::ABL1驱动CML的爆发式克隆扩增轨迹

CML并非数十年缓慢演化，而是BCR::ABL1出现后3-14年内爆发式扩增，年增长率最高达99,000,000%。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

慢性髓系白血病（CML）是肿瘤学史上第一个被明确与特定遗传异常关联的癌症，即费城染色体上的BCR::ABL1融合基因。靶向BCR::ABL1的酪氨酸激酶抑制剂（TKI）取得了显著疗效，但CML的克隆演化轨迹仍不明确。大多数癌症由多个驱动突变逐步累积，从起始到临床诊断往往经历数十年。然而，日本原子弹幸存者中CML在辐射后10年内达到发病高峰，提示BCR::ABL1驱动的克隆扩增可能异常迅速。利用全基因组测序重建造血系统发育树，可以精确量化克隆动态，为解析CML的独特演化模式提供了可能。

科学问题

卡在哪里： 此前研究多关注CML诊断后的基因组改变，但对BCR::ABL1出现后克隆扩增的起始时间、速率及其与临床特征的关系缺乏直接测量。同时，BCR::ABL1是否在健康人群中以克隆性造血（CH）形式长期存在也不清楚。

本文要回答： 本文旨在利用单细胞来源造血集落的全基因组测序，重建CML患者的造血系统发育树，推断BCR::ABL1克隆扩增的起始时间和生长速率，并探讨其与临床表型及疾病进展的关系。

技术路线

作者主要用了：全基因组测序、单细胞来源集落、系统发育树、rtreefit、phylofit、突变特征分析、端粒长度分析。

作者从9例慢性期CML患者（诊断年龄22-81岁）采集外周血或骨髓单个核细胞，体外培养获得单细胞来源集落，对834个集落进行全基因组测序（平均深度15.3×）。利用体细胞突变重建每个患者的造血系统发育树，识别BCR::ABL1阳性分支。通过rtreefit将分子时间转换为实际时间，推断克隆扩增起始点；再用phylofit拟合逻辑斯蒂生长曲线，估计指数期生长速率。同时分析突变特征和端粒长度作为细胞分裂历史的独立证据。此外，利用All of Us队列筛查健康人群中的BCR::ABL1携带情况，并在4例进展期CML中进行全基因组测序以解析疾病进展的基因组演化。

图 1　Fig. 1。图1展示患者队列和实验设计。a部分显示9例患者的年龄、病程和采样时间点；b部分为实验流程：单个核细胞体外培养形成集落，全基因组测序重建系统发育树。c-e部分展示典型及非典型BCR::ABL1结构变异，包括复杂三向易位和约1 Mb的大片段缺失。f部分显示驱动突变在BCR::ABL1阳性和阴性集落中的分布，ASXL1和RUNX1突变出现在阳性克隆，而DNMT3A、TET2等突变主要在阴性克隆。

核心亮点

亮点 1｜BCR::ABL1是唯一驱动事件

在8例可检测到BCR::ABL1的患者中，系统发育树显示BCR::ABL1阳性分支位于一条长而垂直的共享分支末端，该分支上除BCR::ABL1外无其他驱动突变。BCR::ABL1阳性集落中偶见ASXL1或RUNX1突变，但其他髓系驱动突变（如DNMT3A、TET2、TP53等）主要存在于BCR::ABL1阴性细胞中。这表明BCR::ABL1足以驱动CML的克隆扩增，无需预先存在的克隆性造血或额外驱动突变。

图 2　Fig. 2。图2为9例患者的造血系统发育树。每棵树展示集落间体细胞突变的共享模式。BCR::ABL1阳性分支（红色）位于长垂直分支末端，其下方迅速出现大量分支点，类似胚胎期造血扩增模式，表明BCR::ABL1克隆在短时间内爆发式扩增。相比之下，野生型分支在年轻患者中呈“梳状”结构，老年患者则出现多个克隆性扩增。

亮点 2｜爆发式扩增：年增长率最高达99,000,000%

通过rtreefit和phylofit推断，BCR::ABL1克隆扩增起始于诊断前3-14年（95% CI 2-16年）。最年轻患者（22岁和36岁）的扩增起始时间仅3.2年和3.9年，年增长率分别高达99,000,000%和26,800%，对应克隆倍增时间18-45天。中年患者（45-55岁）的扩增起始时间为4.4-6.3年，年增长率2,700%-73,500%。老年患者（52-81岁）的扩增起始时间较长（10.3-14.0年），年增长率114%-245%。生长速率与诊断时间呈强负相关，提示存在可耐受的CML干细胞群体大小阈值。

图 3　Fig. 3。图3展示突变负荷、突变特征和端粒长度。a部分显示BCR::ABL1阳性集落（红色）的SNV数量高于同龄野生型集落（蓝色），且随年龄增长更快。b部分为示例患者的系统发育树，分支按突变特征分组着色。c-e部分显示BCR::ABL1克隆中SBS1和SBS18比例显著升高，C>T at CpG比例增加。f部分显示治疗后残留的BCR::ABL1阳性集落C>T比例降低。g-h部分显示BCR::ABL1阳性细胞端粒显著缩短。

亮点 3｜BCR::ABL1细胞突变负荷增加源于细胞分裂加速

BCR::ABL1阳性HSPC比同龄野生型细胞平均多携带约92个额外突变（95% CI 33.6-151.6）。突变特征分析显示，BCR::ABL1克隆中SBS1（CpG位点C>T）和SBS18比例显著升高（SBS1增加13.6-30.9%，P=4.0×10^-11），而SBSblood无差异。这反映了自发脱氨基作用随细胞分裂次数增加而累积，并非新的突变过程。端粒长度分析也支持这一结论：BCR::ABL1阳性细胞端粒比同龄野生型细胞平均短557 bp（95% CI 86-993 bp），表明其经历了更多细胞分裂。

图 4　Fig. 4。图4展示克隆扩增时间和生长速率。a部分显示各患者从克隆扩增起始到诊断的时间（年），年轻患者时间短（3-4年），老年患者时间长（10-14年）。b部分显示年化生长率（%），年轻患者高达99,000,000%，老年患者为114-245%。c-d部分显示生长速率与诊断时间呈强负相关。e-f部分展示进展期患者PD60243的克隆演化，PHF6突变亚克隆在淋巴母细胞危象后成为主导，并出现BTG1缺失和TRB/IgH重排。

亮点 4｜健康人群中BCR::ABL1克隆性造血罕见

在All of Us队列的206,173名参与者中，仅39人（0.019%）检测到≥2条支持BCR::ABL1或ABL1::BCR的测序读段，且大多数有CML诊断或相关血液学异常。该比例与美国CML患病率（0.02%）接近，表明BCR::ABL1不会像JAK2突变那样驱动无症状的克隆性造血。单读段携带者（40人）的年龄分布更均匀，可能代表分化细胞中的瞬时事件。对约10,000个健康造血集落的全基因组筛查未发现任何正确方向的BCR::ABL1融合，排除了测序伪影的可能。

亮点 5｜进展期CML由额外驱动突变驱动

对4例进展期CML（原始细胞10-19%）的全基因组测序显示，所有病例的BCR::ABL1克隆内均出现额外驱动突变，如RUNX1 p.Arg166*、ASXL1移码突变、BCOR p.Leu532fs，以及+8、i(17q)等拷贝数改变。这些亚克隆扩增并取代了仅含BCR::ABL1的原始克隆。在1例发生淋巴母细胞危象的患者（PD60243）中，PHF6突变亚克隆在疾病进展后成为主导，并出现BTG1缺失、TRB和IgH重排等淋巴系特征，表明RAG介导的基因组演化决定了细胞身份。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： 全基因组测序、单细胞来源集落、系统发育树、rtreefit、phylofit、突变特征分析、端粒长度分析
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 从事血液肿瘤克隆演化、单细胞系统发育推断或癌症基因组学研究的科研人员。

带走一句

CML的克隆演化模式颠覆了“癌症需数十年缓慢积累”的认知，提示单驱动事件即可引发爆发式扩增。分析时需重视克隆生长速率对临床表型的影响，并考虑用系统发育树结合突变特征和端粒长度进行交叉验证。