自体造血干细胞移植后造血干细胞克隆演化与化疗加速克隆衰老的机制研究

本研究针对癌症化疗对正常造血干细胞（HSPCs）基因组完整性和克隆动态的影响这一未解问题，通过单细胞全基因组测序（WGS）分析了1,276个来自多发性骨髓瘤患者和健康供体的HSPC克隆。研究发现，马法兰（melphalan）治疗显著增加突变负荷并产生特征性突变信号，而其他化疗药物影响有限。此外，化疗后HSPCs的克隆多样性降低，呈现与老年个体相似的寡克隆结构，提示化疗加速克隆衰老。整合系统发育分析揭示了治疗相关髓系肿瘤（t-MNs）起源于单个HSPC克隆的演化路径，为化疗长期血液学后果提供了重要见解。

癌症化疗对正常造血干细胞的长期影响一直是血液学领域的未解之谜。化疗药物在杀伤肿瘤细胞的同时，是否会对正常造血干细胞（HSPCs）的基因组稳定性造成不可逆的损伤？这种损伤又如何导致治疗相关髓系肿瘤（t-MNs）的发生？这些问题对于理解化疗的长期毒性和开发更安全的治疗方案至关重要。

美国德克萨斯大学MD安德森癌症中心的研究团队在《Nature Genetics》发表了一项开创性研究。他们通过对10例多发性骨髓瘤患者和6例健康供体的1,276个单细胞来源的HSPC克隆进行全基因组测序（WGS），首次系统揭示了化疗对HSPC基因组和克隆动态的双重影响：直接诱变作用和通过选择压力重塑克隆结构。研究发现马法兰治疗会产生特征性突变信号（SBS-C），显著增加突变负荷；而其他化疗药物（如环磷酰胺）则主要通过选择压力促进携带DNA损伤应答（DDR）通路基因（如TP53和PPM1D）突变的克隆扩增，加速克隆衰老进程。

研究采用了多项关键技术：单细胞来源HSPC克隆培养与全基因组测序（中位覆盖深度29×）；突变特征分析（SigProfiler）；系统发育树重建（PHYML）；以及小鼠模型验证（Trp53^-/-和Ppm1d^R451X/+嵌合移植）。患者队列包括接受不同化疗方案的多发性骨髓瘤患者，其外周血干细胞（PBSCs）在自体移植前采集。

WGS of single-HSPC colonies from chemo-treated patients
研究人员分析了经化疗处理的HSPCs基因组，发现马法兰暴露患者（PID0003和PID0004）的突变负荷是健康对照的2倍以上，并鉴定出特征性突变信号SBS-C（与已知马法兰相关信号SBS-MM1相似度达90%）。相比之下，环磷酰胺等药物未显示明显诱变效应，这与HSCs通过醛脱氢酶代谢灭活环磷酰胺的机制一致。

Mutation burden and signatures in post-treatment HSPCs
突变特征分析显示，马法兰诱导的SBS-C信号占患者突变总数的50-60%，且均匀分布于所有克隆。系统发育分析证实这些突变是在治疗后获得，为马法兰的直接诱变作用提供了因果证据。

Clonal diversity and architecture of post-treatment HSPCs
通过Simpson均匀度指数量化发现，化疗后HSPCs的克隆多样性显著降低，呈现与75岁以上健康人类似的寡克隆结构。数学模型模拟证实，细胞毒性化疗会立即且持续地减少克隆多样性，而携带TP53/PPM1D突变的克隆会进一步加剧这一过程。

Clone-specific analysis of mutation rate and telomere
有趣的是，虽然TP53/PPM1D突变克隆常显示较高突变率和较短端粒，但小鼠模型证实这些突变本身并不直接导致基因组不稳定。某些无驱动突变的克隆也表现出高突变率，提示增殖加速可能是主要原因。

Mapping the clonal origin of t-MNs in PBSC samples
对9例发展为t-MNs的患者进行整合分析显示，56%的t-MNs起源于PBSCs中已存在的单个HSPC克隆，这些克隆多携带TP53突变并后续获得17p缺失等二次打击。其余病例可能源自未动员的骨髓HSPCs，其突变特征显示曾暴露于移植预处理的高剂量马法兰。

这项研究首次系统阐明了化疗对HSPCs的双重作用机制：直接诱变（马法兰）和克隆选择（多数化疗药物）。临床意义在于：（1）TP53双等位基因失活是t-MNs转化的关键节点，提示应监测克隆动态；（2）马法兰的强诱变效应支持其在特定方案中的风险-获益评估；（3）揭示了t-MNs的两条发生路径（移植HSPCs vs. 残留骨髓HSPCs），为个体化监测提供理论基础。研究为理解化疗相关克隆演化和t-MNs预防策略奠定了重要基础，未来需要更大规模研究验证不同化疗方案的长期血液学风险。