化疗对正常血细胞的长期影响：基因组突变负荷与克隆结构变化的系统性研究

这项研究通过全基因组测序(WGS)和单细胞克隆分析，揭示了常用化疗药物对正常血细胞造成的DNA损伤特征与长期影响。研究人员对23名接受不同化疗方案的3-80岁患者进行血液细胞基因组测序，发现烷化剂、铂类药物等可诱导特征性突变特征(SBSA-SBSH)，并加速造血干细胞(HSPC)克隆结构的衰老样改变，特别是PPM1D和TP53突变克隆的扩增。该研究为化疗相关继发恶性肿瘤和造血功能障碍的机制提供了直接证据，为优化化疗方案提供了分子层面的科学依据。

癌症治疗中，化疗药物通过诱导DNA损伤杀死癌细胞，但长期以来，其对正常组织的"附带损伤"程度和后果仍不明确。尤其令人担忧的是，约30%的癌症患者（占发达国家总人口的10%）会接受化疗，这些药物可能增加继发血液系统肿瘤、肺/膀胱/结肠癌的风险，并导致肾脏、心脏和神经系统毒性。然而，正常组织在化疗后究竟积累多少突变？这些突变是否具有药物特异性特征？造血系统作为化疗敏感组织，其干细胞群体结构会如何改变？这些问题直接关系到数千万癌症幸存者的长期健康管理。

为回答这些问题，Wellcome Sanger研究所联合剑桥干细胞研究所等机构的研究团队在《Nature Genetics》发表了一项开创性研究。通过对23名3-80岁接受不同化疗方案患者的造血干细胞和成熟血细胞进行全基因组测序，结合单细胞克隆培养和NanoSeq双链测序技术，首次系统描绘了化疗药物对正常血细胞的基因组影响图谱。研究团队建立了包含189个化疗暴露者和90个对照的造血干细胞(HSPC)单细胞克隆库，通过深度测序（平均23×覆盖度）分析体细胞单碱基替换(SBS)和小插入缺失(indel)突变；对6名典型病例进行大规模克隆追踪（589个单细胞）；并采用双链测序技术分析18名患者B细胞、T细胞和单核细胞的突变特征。

化疗诱导的血液细胞体细胞突变
研究发现17/23患者造血干细胞携带超出年龄预期的额外突变负荷（P<2.2×10^-16），其中4例突变增加>1,000个SBS。通过突变特征分析鉴定出8个化疗相关特征：SBSA（丙卡巴肼特异性）、SBSC（苯丁酸氮芥）、SBSD（苯达莫司汀）、SBSE（美法仑）、SBSF（顺铂/卡铂）、SBSG（5-氟尿嘧啶）等。值得注意的是，同类药物中不同成员 mutagenicity差异显著：苯丁酸氮芥诱导的突变负荷是环磷酰胺的20倍，顺铂的突变活性显著高于奥沙利铂。

血细胞亚群的特异性响应
不同血细胞类型对化疗的敏感性存在明显差异。5-氟尿嘧啶相关特征SBSG主要在B/T淋巴细胞中检测到，而铂类药物特征SBSF在造血干细胞和单核细胞中更显著。这种细胞类型特异性反应可能与代谢酶表达谱或DNA修复能力差异相关。

造血克隆结构的早衰性改变
长期随访（30-39年）显示，化疗暴露导致造血系统呈现"早衰"特征：48岁患者PD47703（10岁接受丙卡巴肼+苯丁酸氮芥，47岁接受苯达莫司汀）的造血干细胞出现多克隆PPM1D突变扩增，这种模式通常只在70岁以上老年个体中出现。43岁患者PD37580（长期苯丁酸氮芥治疗）则发展为TP53双等位基因突变的急性髓系白血病(AML)。值得注意的是，这些克隆扩张更多源于化疗对已有突变克隆的选择压力，而非新发突变诱导。

这项研究建立了化疗药物与正常组织基因组损伤的定量关联，揭示了药物特异性突变特征和造血系统克隆动态变化规律。其发现具有重要临床意义：首先，证实某些临床常用药物（如丙卡巴肼、苯丁酸氮芥）具有显著更强的致突变性，这与其已知的高继发肿瘤风险一致；其次，造血干细胞中PPM1D/TP53突变克隆的扩增可能解释化疗后造血功能恢复障碍；最后，研究为"突变负荷"作为化疗方案优化指标提供了理论基础。未来在同类疗效的化疗药物中选择致突变性较低的品种（如用环磷酰胺替代苯丁酸氮芥），可能显著改善患者长期预后。该研究也为开发针对DNA损伤修复通路的保护性药物提供了新靶点。