血液病的致病机制与治疗 | 时空简讯34期

时空简讯第34期。

血液系统疾病指原发于造血系统的疾病，或影响造血系统伴发血液异常改变，以贫血、出血、发热为特征的疾病。比如我们常听说的各种贫血、白血病、血小板减少症，还有淋巴瘤、多发性骨髓瘤、朗格汉斯细胞组织细胞增生症等少见疾病。血液系统疾病一般来时凶险且极易复发，是医学领域治疗难度非常大的疾病之一。近年来，随着分子生物学和细胞生物学的快速发展，血液病的病因、致病机制等基础研究有了显著突破，临床诊断正确率、治疗疗效也有了进一步的提高。在此，本期选取了9篇有关血液病致病机制和治疗方法的代表性文献，供了解参考。

致病机制

Pathogenic Mechanism

RNA-seq反卷积分析急性髓系白血病的异质性和预测治疗反应

Nature Medicine [IF: 87.241]

① 分析12名急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）患者13,653个细胞的scRNA-seq基因表达谱，识别出白血病干细胞和祖先细胞（leukemia stem and progenitor cells，LSPCs），并分成Quiescent LSPC、Primed LSPC和Cycling LSPC三类。

② 通过对864个AML患者样本RNA-seq数据反卷积，表明通过bulk数据反卷积描绘的AML患者间的异质性可以整合AML在基因组和干细胞模型的异质性。此外，成年人AML队列和儿童AML队列数据显示，高丰度的Quiescent LSPC和低丰度的GMP（granulocyte-monocyte progenitor）样细胞意味着更差的预后。

③ 分析8名AML复发患者的scRNA-seq数据，发现LSPC群的扩增是AML化疗后复发的标志物。

④ 在LSC17评分的基础上，提出LinClass-7评分，可用于预测成年人AML患者对吉妥珠单抗（gemtuzumab ozogamicin，GO）治疗的反应；提出PC2-34评分，用于预测儿童AML患者GO治疗反应。

⑤ 对GEO和ArrayExpress中43个AML病人的RNA-seq数据集进行反卷积分析，揭示了药物治疗对细胞成分的改变，有益于临床上药物的选择。（大禹）

试验分析流程示意图

A cellular hierarchy framework for understanding heterogeneity and predicting drug response in acute myeloid leukemia.

2022.05.26, DOI: 10.1038/s41591-022-01819-x

研究文章；血液系统疾病，癌症；人，急性髓系白血病，数据挖掘，RNA-seq, scRNA-seq，反卷积，癌症治疗，LSPC; Andy G. X. Zeng, Suraj Bansal, Liqing Jin, John E. Dick; Princess Margaret Cancer Centre, University Health Network, University of Toronto；Canada.

scRNA-seq揭示免疫血小板减少症中骨髓造血的转录组改变

Signal Transduction and Targeted Therapy[IF: 38.104]

① 使用scRNA-seq比较分析免疫血小板减少症（Immune thrombocytopenia，ITP）患者和健康对照（healthy controls，HC）的骨髓CD34⁺造血干细胞和祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cells，HSPCs），共获得56,312个细胞（ITP，n = 28,507；HC，n = 27,805），注释成17种不同细胞类型，首次在ITP中构建了骨髓 CD34⁺ HSPCs的单细胞转录组谱，为ITP的发病机制提供了新的见解。

② ITP的HSPCs中，基因表达、细胞-细胞相互作用和转录调控网络各不相同，特别是在免疫细胞祖细胞（如preB3）中；差异表达基因分析显示，ITP的巨核生成功能受损。

③ 流式细胞术分析证实，ITP中来自Lin⁻CD34⁺CD45RA⁻ HSPCs的CD9⁺和HES1⁺细胞数量减少；液体培养试验表明，CD9⁺Lin⁻CD34⁺CD45RA⁻ HSPCs倾向于分化为巨核细胞，但在ITP患者中没有观察到这种趋势，且产生了更多的红细胞；与来自ITP患者的pre-B细胞共培养时，会降低CD9⁺Lin⁻CD34⁺CD45RA⁻ HSPCs的巨核细胞生产。

④ 进一步分析鉴定出7个巨核细胞祖细胞（megakaryocytic progenitors，MkP）的转录异质性亚群；ITP相关的DEGs是MkP亚型特异性的，大多数DEGs集中在亚群中，具有免疫调节和血小板生成的双重功能。（Lina）

实验设计流程示意图

Deciphering transcriptome alterations in bone marrow hematopoiesis at single-cell resolution in immune thrombocytopenia.

2022.10.07, DOI: 10.1038/s41392-022-01167-9

研究文章；血液系统疾病；人，骨髓，免疫血小板减少症，造血干/祖细胞，巨核细胞，scRNA-seq; Yan Liu, Xinyi Zuo, Peng Chen, Shihui Ma, Shuwen Wang, Jun Peng; 山东大学，中国医学科学院-北京协和医学院血液学研究所血液病医院，青岛大学附属医院；中国

单细胞转录组学解析再生障碍性贫血中的造血细胞破坏和T细胞参与

Blood [IF: 22.113]

① 利用单细胞转录组测序技术STRT-seq，克服骨髓残留造血干细胞和祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cells，HSPCs）数量不足的限制，对再生障碍性贫血（aplastic anemia，AA）患者的HSPCs和T细胞进行分析，分别获得了2,385个HSPCs和4,081个CD4⁺/CD8⁺ T细胞的单细胞转录组，定义了9类HSPCs细胞亚群，首次绘制了AA血液病理图谱，揭示了AA发病，特别是恶性转化的新机制。

② AA中残留的HSPCs在基因表达和转录调控网络中表现出谱系特异性的改变，提示存在谱系选择性造血损伤。此外，HSPCs与DNA损伤和修复相关的转录本中表现出选择性剪接和多聚腺苷酸化失调，这可能为驱动AA向骨髓增生异常综合征（myelodysplastic syndrome，MDS）的进展提供分子基础。

③ 综合分析HSPCs和T细胞的基因表达，确定了细胞类型特异性配体-受体相互作用是AA中免疫攻击的关键分子介质。

④ 通过追踪免疫抑制治疗后的患者，发现HSPCs和T淋巴细胞的基因表达没有完全恢复到正常水平，甚至接近治疗前的状态，这可能是AA患者需要长期维持免疫抑制治疗的主要原因之一。（Lina）

试验设计与主要发现

Single-cell transcriptomics dissects hematopoietic cell destruction and T-cell engagement in aplastic anemia.

2021.07.08, DOI: 10.1182/blood.2020008966

研究文章；血液系统疾病；人，骨髓，再生障碍性贫血，造血干/祖细胞，T细胞，scRNA-seq, STRT-seq; Caiying Zhu, Yu Lian, Chenchen Wang, Peng Wu, Xuan Li; 中国医学科学院-北京协和医学院血液学研究所血液病医院；中国

朗格汉斯细胞组织细胞增生症中循环单核吞噬细胞的转录组图谱

Blood [IF: 22.113]

① 招募217名儿童朗格汉斯细胞组织细胞增生症（Langerhans cell histiocytosis，LCH）患者，并结合免疫肾分型和临床观察与scRNA-seq方法分析LCH患者的血液和组织样本，提出致癌的BRAF^V600E突变可能导致循环单核吞噬细胞中广泛的MAPK激活，揭示了BRAF抑制剂治疗作用的可能机制。

② 儿童LCH通常与CD14⁺单核细胞的相对频率显著升高相关，而较低的浆细胞样树突状细胞（plasmacytoid dendritic cells，pDCs）频率还与疾病的严重程度和高突变负荷显著相关。

③ 通过scRNA-seq分析，鉴定并注释了儿童LCH患者血液中单核吞噬细胞的主要亚群，该亚群中与RAS-MAPK-ERK相关的基因表达都发生了广泛的改变，且在高突变负荷的患者中观察到最高的RAS-MAPKERK通路活性。

④ 使用BRAF抑制剂达布拉非尼（dabrafenib）靶向治疗LCH患者，可抑制MAPK级联反应，预防炎症，调节单核吞噬细胞内的细胞代谢；在皮肤中，CD207⁺CD1a⁺细胞亚簇中RAS-MAPK-ERK信号相关基因的表达升高。（Lina）

儿童LCH队列及实验设计流程图

Transcriptomic landscape of circulating mononuclear phagocytes in Langerhans cell histiocytosis at the single-cell level.

2021.10.07, DOI: 10.1182/blood.2020009064

研究文章；血液系统疾病；人，血液，朗格汉斯细胞组织细胞增生症，循环单核吞噬细胞，RAS-MARK通路，scRNA-seq; Hui Shi, Han He, Lei Cui, Egle Kvedaraite, Zhilei Bian, Tao Huang; 首都医科大学附属北京儿童医院，郑州大学第一附属医院，郑州大学，Karolinska Institutet, Karolinska University Hospital；中国，Sweden.

弥漫性大B细胞淋巴瘤肿瘤免疫结构的单细胞空间分析

Blood Advances[IF: 7.637]

① 使用成像质量细胞术对33例弥漫性大B细胞淋巴瘤（diffuse large B-cell lymphoma，DLBCL）患者的41个肿瘤样本进行肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）特征分析，包括细胞类型、频率、功能状态和空间拓扑结构，并将其与临床病理特征，如细胞来源、基因突变和化疗反应性相关联，首次整合了B细胞淋巴瘤结构的瘤内异质性，识别了与细胞来源（cell-of-origin，COO）、肿瘤突变定义的簇和治疗反应相关的免疫表型。

② 利用空间分析研究DLBCL的肿瘤结构，在DLBCL的拓扑结构中确定了免疫激活、免疫抑制和免疫排斥的肿瘤中心亚区域；识别出候选的生物标志物和治疗靶点，如TIM-3、CCR4和CXCR3，它们与免疫肿瘤学和细胞治疗中的联合治疗策略相关。

③ 整合该研究结果和来自霍奇金淋巴瘤[对免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors，ICI）高度敏感]的IMC数据，发现在DLBCL和霍奇金淋巴瘤的TME中，免疫细胞上PD-1和PDL-1分子的表达存在显著差异，并提示了在DLBCL中观察到的ICI耐药的可能机制。（Lina）

试验思路与主要发现

Single-cell spatial analysis of tumor immune architecture in diffuse large B-cell lymphoma.

2022.08.23, DOI: 10.1182/bloodadvances.2022007493

研究文章；血液系统疾病，癌症；人，弥漫性大B细胞淋巴瘤，肿瘤微环境，免疫结构，成像质量细胞术，空间分析；Anthony R. Colombo, Monirath Hav; Keck School of Medicine of University of Southern California, Samuel Oschin Comprehensive Cancer Institute, Cedars-Sinai Medical Center; USA.

临床疗法

Clinical Treatment

CRISPR-Cas9介导的BCL11A增强子基因编辑治疗β⁰/β⁰型输血依赖性β-地中海贫血患儿的临床结果

Nature Medicine[IF: 87.241]

① 报告了一项正在进行的1/2期临床试验（NCT04211480）的初步结果，该临床试验评估了基因编辑治疗对输血依赖性β-地中海贫血（transfusion-dependent β-thalassemia，TDT）儿童的安全性和有效性。

② 将具有CRISPR（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）-Cas9编辑的BCL11A增强子的造血干细胞和祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cells，HSPCs）移植到两个患有β-地中海贫血的儿童（患者1：β⁰/β⁰；患者2：β⁺/β⁺）中，导致持久的HbF诱导。

③ 两例患者在治疗18个月后均获得了的输血独立性，其血红蛋白从筛查时的8.2~10.8 g⁻¹增加到最后一次就诊时的15.0~14.0 g⁻¹，骨髓细胞的编辑持续性分别为85.46%和89.48%。

④ 对编辑后的外周血单个核细胞进行scRNA-seq分析，并全面分析未编辑或编辑的HSPCs重组的血液细胞谱系，显示BCL11A增强子编辑不会导致非红细胞发生实质性转录变化，说明该治疗没有明显的副作用。（Lina）

临床结果的关键实验数据

CRISPR–Cas9-mediated gene editing of the BCL11A enhancer for pediatric β⁰/β⁰ transfusion-dependent β-thalassemia.

2022.08.04, DOI: 10.1038/s41591-022-01906-z

研究文章；血液系统疾病；人，外周血，输血依赖性β-地中海贫血，造血干/祖细胞，BCL11A增强子，基因编辑，治疗，scRNA-seq; Bin Fu, Dali Li, Mingyao Liu, Yuxuan Wu; 中南大学，湘雅医院，华东师范大学，Bioray实验室有限公司；中国

阻断TIGIT有望改善靶向CD19的CAR-T细胞治疗对非霍奇金淋巴瘤的疗效

Cancer Discovery[IF: 38.272]

① 采用scRNA-seq和蛋白质表面标记物分析接受靶向CD19的嵌合抗原受体T细胞（chimeric antigen receptor T cell，CAR-T）疗法治疗的复发/耐治性非霍奇金淋巴瘤（non-Hodgkin’s lymphoma，NHL）患者的血液样本，提供了以TIGIT（T cell immunoreceptor with Ig and ITIM domains）表达导致NHL患者反应不良为标志的CAR-T细胞功能障碍的证据。

② 在转录和蛋白质水平上，CAR-T细胞在不同时间点（产物、第14天、第30天）、细胞周期阶段、细胞类型和患者之间表现出显著的异质性，且大多数CAR-T细胞向非增殖和高度分化状态进化。

③ 与预后良好的患者相比，预后差的患者中观察到耗竭的CD8 CAR-T细胞更明显地富集。

④ TIGIT是一种新的预后生物标志物，在具有耗竭表型的CAR-T细胞中，TIGIT的表达增加，并证实了使用TIGIT抑制可以改善CAR-T细胞的疗效。（Lina）

试验设计流程示意图

Sequential single cell transcriptional and protein marker profiling reveals TIGIT as a marker of CD19 CAR-T cell dysfunction in patients with non-Hodgkin’s lymphoma.

2022.08.05, DOI: 10.1158/2159-8290.CD-21-1586

研究文章；血液系统疾病，癌症；人，血液，非霍奇金淋巴瘤，TIGIT，CAR-T细胞治疗，scRNA-seq，蛋白质表面标记物；Zachary Jackson, Changjin Hong, Tae Hyun Hwang, David N. Wald; Case Western Reserve University, Cleveland Clinic Foundation, University Hospitals Cleveland Medical Center; USA.

内源性T细胞受体谱系鉴定高效的CD19特异性CAR T细胞的共同轨迹

Cancer Discovery [IF: 38.272]

① 对16例儿科复发/难治性B细胞急性淋巴细胞白血病（B-cell acute lymphoblastic leukemia, B-ALL）患者（其中15例使用CD19-CAR T细胞治疗）的外周血单核细胞和骨髓样本进行单细胞TCR-seq，包括118,749个输注前（即GMP产物）和66,042个输注后的CAR-T细胞，生成了一个全面的单细胞基因表达和TCR-seq数据集，解析了输注前和输注后CAR-T细胞的异质性，并跨时间重建了克隆谱系。

② 鉴定了输注前和输注后的CAR-T细胞之间不同的基因表达谱：CD4⁺和CD8⁺ GMP产物CAR-T细胞参与了T细胞增殖相关途径，而输注后的CAR T细胞有分化为效应T细胞的迹象，显示出强大的细胞毒性转录谱。

③ 输注后的CAR-T细胞随着时间增加效应增强，在第2周效应相关基因表达最高，第8周后效应细胞比例显著降低，可能与T细胞功能失调有关；输注后的CAR-T细胞沿着2条不同的轨迹进行分化：一种轨迹显示CAR-T细胞早期发生功能失调并且高表达凋亡相关基因，另一轨迹则终止于强效应表型。

④ 将给定的αβTCR出现在多个时间点的细胞定义为谱系，在10名患者中追踪了多个源自GMP产物的谱系，发现TCR可以作为CAR-T细胞谱系的条形码。

⑤ 能够产生效应细胞的GMP产物前体细胞已经表达效应T细胞相关基因，具有可识别的表达特征，可用于鉴定效应GMP产物前体细胞；通过实验证实TIGIT⁺ CD27^- CD62L^lo的效应前体CD8⁺ CAR-T细胞较相反表型的细胞表达更多的IFNγ，且后者在刺激后立刻表现出功能失调的特征。（大禹）

临床试验示意图

Common trajectories of highly effective CD19-specific CAR T cells identified by endogenous T cell receptor lineages.

2022.07.06, DOI: 10.1158/2159-8290.CD-21-1508

研究文章：血液系统疾病，癌症；人，血液，骨髓，B细胞急性淋巴细胞白血病，CAR-T细胞治疗，单细胞TCR-seq; Taylor L. Wilson, Hyunjin Kim, Stephen Gottschalk, Jeremy Chase Crawford, Paul G. Thomas; St. Jude Children’s Research Hospital, University  of Tennessee  Health  Science  Cente; USA.

异基因造血干细胞移植后CD8⁺ T细胞上CD94的早期表达和CD96的缺失可预测预后的复发和生存情况

Haematologica [IF: 11.047]

① 研究了CD8⁺ T细胞在移植后第一个月的转录和表型谱，并将其与随后复发的风险联系起来，确定了CD94和CD96是异体移植后早期CD8定向免疫治疗的潜在靶点，有可能降低长期复发率并提高患者生存率。

② 使用scRNA-seq分析异体干细胞移植后2周时3例急性髓细胞白血病患者的血液样本，生成了外周CD8⁺ T细胞亚群的转录谱，并识别出5个不同的细胞亚群。

③ 利用该转录数据集定义了CD8⁺ T细胞中一个与疾病复发相关的39个基因特征；在持续遭受疾病复发的患者中，参与TCR信号通路的基因表达强烈上调，包括JAK1、LCK、STAT1和STAT4，表明强烈的早期激活可能导致GvL免疫反应的耗竭。

④ 在34例多种血液系统恶性肿瘤患者的确认队列中评估了47个基因的复发相关基因特征，发现移植后1个月内CD8⁺ T细胞上CD94和CD96的差异表达可高度预测后续复发情况。（Lina）

注：异基因造血干细胞移植（stem cell transplantation，SCT）是一种治疗许多血液系统恶性肿瘤患者的有效治疗方法，能够长期控制疾病的进展。

scRNA-seq试验设计流程图

Early expression of CD94 and loss of CD96 on CD8⁺ T cells after allogeneic SCT is predictive of subsequent relapse and survival.

2022.08.04, DOI: 10.3324/haematol.2021.280497

研究文章；血液系统疾病，癌症；人，血液，血液系统恶性肿瘤，异基因造血干细胞移植，CD8⁺ T细胞，CD94, CD96, scRNA-seq; Kriti Verma, Wayne Croft; Institute of Immunology and Immunotherapy, University of Birmingham; UK.

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