PNAS：AML衰老和综合分子图谱成功构建，揭示老年患者的基因融合减少而基因突变增加

衰老指机体对环境的生理和心理适应能力进行性降低、逐渐趋向死亡的现象，是一个自然而不可避免的过程。衰老与各种癌症的发病有关，与随之而来的死亡率升高也有关。已经有研究系统性地提出了衰老的十二个特征，包括基因组不稳定、表观遗传学改变、干细胞衰竭等。急性髓系细胞白血病（AML）就是一种与衰老相关的异质性造血恶性肿瘤，其特征是造血干/祖细胞（HSPC）的侵袭性增殖和分化受阻。

AML的发病率随着年龄的增长而增加，中位发病年龄为68岁，衰老与AML的不良预后密切有关。近年来，克隆性造血（CH）已成为研究衰老和癌症的常用模型，但在AML中，衰老过程中的基因组和转录组学改变尚未完全阐明，衰老对AML的具体影响在很大程度上尚不清楚。因此，全面了解衰老与AML之间的潜在分子机制，对于老龄化社会中疾病的管理至关重要。

近期，上海交通大学医学院附属瑞金医院、苏州大学附属第一医院、浙江大学附属第一医院等机构的科研团队合作在PNAS上发表了题为“Aging and comprehensive molecular profiling in acute myeloid leukemia”的文章。研究团队通过对一个大型AML队列进行分析，发现基因融合（GF）事件是年轻患者的主要驱动因素，而基因突变构成了老年患者的主要基因组异常。在没有基因融合的患者中，研究团队发现了三种突变模式，一种可能直接由CH转化而来（CH-AML），第二种通过/或与骨髓增生异常综合征（MDS）阶段相结合转化而来（CH-MDS-AML），第三种暂时称为另一种基因融合（GF-AML）；特别地，CH-MDS-AML多见于老年、男性患者，并伴有血细胞减少和显著不良的临床预后。综上，该研究深入揭示了衰老如何影响AML的发病机制，有助于确定风险因素和分子靶点。

文章发表在PNAS

一、AML的年龄相关预后分层

该研究共纳入1,474名具有RNA测序数据的新诊断AML患者，其中94%的病例获得了靶向或全外显子组测序数据。研究团队系统地分析了年龄与衰老相关因素的相关性，包括CH、性别和基因组/转录组特征（基因融合、基因突变和基因表达网络或途径）；AML综合队列的中位年龄为50岁（图1）。结果显示，基因融合阳性（GF+，n=559）AML患者略年轻；具有CH相关基因突变的基因融合阴性（GF-，n=915）患者大多在60-69岁年龄组中。此外，不同年龄组显示出不同的总生存期（OS）和无事件生存期（EFS）预后分层，60岁及以上AML患者的预后明显较差。

图1. AML年龄组的分布和预后分层。

二、老年AML患者的基因融合减少而基因突变增加

研究团队发现，基因融合和序列突变是AML中常见的分子改变，并表现出明显的年龄相关性；38%的AML患者检测到潜在的基因融合事件（图2）。Logistic回归分析结果显示，在AML中一些高频基因融合事件发生率与年龄呈显著负相关，20-29岁患者发生率为62%，70岁以上为16%，但某些罕见的基因融合事件在老年男性AML患者中更常见。

此外，随着年龄的增长，基因突变（特别是CH相关基因突变）的阳性率上升：35种最常见的基因突变在年轻患者的激活信号通路中显示出更高的参与率，而其他通路的基因突变在老年患者中更常见，尤其是剪接体、肿瘤抑制因子（TS）、DNA甲基化和染色质修饰基因；有9个基因突变显示出更高的中位年龄和年龄相关性。上述结果表明，基因突变次数可能是老年CH向AML转化的关键因素之一。

图2. AML中基因融合和常见基因突变的发病率随年龄的变化趋势。 

三、基因融合阴性AML的不同突变模式

接下来，研究团队分析了不同年龄组的基因融合状态和基因突变数量的相互关系（图3）。结果显示，在35个频繁突变基因中，约30%-60%为GF-AML患者；10%-20%的GF+AML患者在所有年龄组中都显示出≥4个突变；而绝大多数60岁或以上的健康CH人群包含≤3个突变。与GF+AML患者相比，GF-AML组中携带≥4个以上突变的患者比例高2-3倍。此外，在基因融合患者中，观察到的基因突变数量与年龄之间存在相关性。

基于CH和骨髓增生异常综合征（MDS）相关突变的状态，研究团队在GF-AML队列中确定了3个突变亚组，即 CH-AML、CH-MDS-AML 和其他GF-AML。进一步，研究团队比较了上述3个突变亚组的临床和分子学特点，发现女性和男性患者比例分别在CH-AML和CH-MDS-AML亚组更高；CH相关亚组临床预后较差，而CH-MDS-AML亚组最差。特别地，具有性别偏好性的分子学事件可能是导致相关疾病进展和预后差异的关键因素之一，例如NPM1、DNMT3A基因突变常见于女性；而CEBPA、ASXL1、RUNX1以及剪接体相关基因突变则在男性中突变比例更高。

图3. GF-AML患者的基因组景观。

四、AML年龄组的转录组相关性分析

基于患者转录组学数据，研究团队确定了潜在、与年龄相关的基因表达特征（图4），有1,867和1,247个基因的表达水平分别与年龄呈正相关和负相关，大多数这些基因的表达模式在使用调整后的P<0.05阈值年龄组的合并差异表达基因（DEG）分析中显示出统计学意义。通过对基于转录组测序数据、新定义的AML年龄相关性基因集、衰老特征通路和表观遗传学相关基因进行监督分级聚类，研究团队在AML患者中观察到三种不同类型的衰老模式（状态），具有不同的性别偏好和分子学特点, HOXA/B、血小板因子（PF4等基因）和炎症反应在内的基因表达网络是与衰老和不良预后相关最显著的特征。

轻度衰老状态组富集PML::RARA、RUNX1::RUNX1T1基因融合以及双等位CEBPA患者，其炎症性基因通路富集程度较低，而蛋白质合成相关通路表达水平更高。相反，CH-MDS-AML以及一部分单核细胞富集的CH-AML主要聚集在重度衰老状态组，炎性相关基因通路表达水平上调，而蛋白质合成通路下调。上述结果表明，该研究揭示了AML患者中不同年龄、性别和分子群体之间相互作用的复杂调节回路。

图4. AML年龄相关基因和途径的转录组学特征。 

五、AML中年龄相关基因融合、突变和基因表达的性别差异

Pearson卡方检验显示，与男性相比，女性的基因融合总频率往往更高（图5），尤其是KMT2A和NUP98基因融合。在30岁以上的患者中，男性罕见基因融合的发生率开始随着年龄的增长而增加，而女性中发生率在40-60岁之间有所减缓。除了基因融合状态外，CH-AML和CH-MDS-AML组以及性别都可能影响AML中基因突变的积累和异常基因表达调节回路。

图5. AML患者基因融合、基因突变和年龄相关基因表达标志物的性别差异。

六、结合年龄相关基因和克隆性造血类型揭示AML中性腺相关免疫调节

鉴于男性和女性中炎症途径表现出不同的富集，研究团队探究了免疫调节诱导的不同克隆性造血模式的潜在性腺因子，使用CH类型和年龄组之间的DEG来筛选候选靶点，并通过MsigDB中已知的性腺相关基因集来缩小基因的数量（图6）。结果显示，共68个基因被定义为是可能参与免疫调节过程的潜在性腺相关基因；有10个代表性基因的表达与单核细胞或造血干细胞高度正相关。此外，基因-免疫细胞对可以促进免疫调节模式的识别，其中性腺和分子亚型相关因子可能存在相互作用。

图6. 克隆性造血组年龄/性腺相关基因表达模式和免疫特征的相关性分析。

综上所述，该研究分析了年龄与CH、性别、基因组/转录组学特征等衰老相关因素的相关性，发现随着年龄的增长，世界卫生组织分类中定义的基因融合频率下降，而基因突变的阳性率上升；基因融合阴性患者的基因突变数量高于基因融合阳性患者；并观察到三种衰老模式。这些分子和临床特征、年龄、性别以及预后之间的潜在相关性形成了AML中衰老的总体模型，这可能为未来成人AML的分子分类和预后分层提供更佳的信息。

论文原文：

Jian-Feng Li, Wen-Yan Cheng, Xiang-Jie Lin Astashyn, et al. Aging and comprehensive molecular profiling in acute myeloid leukemia. PNAS. Published 2024 Feb 29.

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319366121