克隆造血DNMT3A基因突變、Tet2基因缺失對慢性阻塞性肺疾病炎癥反應調控作用的研究進展

嚴銳，朱梓良，招軒娜，黎東明

1 廣東醫科大學附屬醫院呼吸與危重癥醫學科，廣東湛江 524000；2 廣東醫科大學第一臨床醫學院

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一種常見的慢性氣道疾病，其特征是慢性呼吸系統癥狀（如呼吸困難、咳嗽、咳痰等），表現為持續性、進行性加重的氣流阻塞［1］。世界衛生組織2020年公布的報告顯示，COPD已成為繼腦卒中和缺血性心臟病之后的世界第三大死亡原因［2］。隨著老齡化的加重，我國COPD發病率也呈逐年上升趨勢［3-4］。最近研究顯示，除已知的吸煙等傳統危險因素外，克隆造血或許是COPD發生發展的一個非傳統的獨立危險因素［5］。克隆造血是指造血系統體細胞基因突變的非惡性增殖性現象，可導致突變白細胞比例升高，其遺傳模式包括白血病驅動基因突變、常染色體鑲嵌染色體交替和性染色體缺失等［6-7］。研究表明，基因突變的白細胞克隆行為可能會增強血管壁的炎癥反應，這提示克隆造血可能是誘導炎癥反應、導致肺功能下降的一種新機制，但其具體病理生理通路尚不明確［8］。目前研究多聚焦于血液系統腫瘤、腫瘤及炎癥所致的心血管疾病（CVD）與克隆造血之間的關系，關于COPD與克隆造血的研究較少，但學者已經逐漸注意到了體細胞基因突變，尤其是甲基化DNA轉移酶3a（DNMT3A）基因突變和Tet2基因缺失在COPD發生發展中的作用。因此，本研究對通過促炎反應參與COPD發生發展的克隆造血相關體細胞DNMT3A基因突變、Tet2基因缺失情況進行總結，為深入了解克隆造血與COPD的關系提供依據。

1 DNMT3A基因突變對COPD炎癥反應的調控作用

克隆造血可以簡單地認為是攜帶一個或多個體細胞基因突變的造血干細胞/祖細胞（HSPCs）克隆的數量增加，而不考慮突變細胞比例的變化［9］。不確定的潛在克隆造血（CHIP）是指由具有白細胞易感性且變異等位基因頻率（VAF）＞2%的基因突變引起的克隆造血，是一種常見的與年齡相關的現象。研究顯示，CHIP會使患者的全因死亡風險升高40%～50%［10-11］。CHIP與COPD的發病率均隨著年齡的增長而增長，且二者均與炎癥反應密切相關［12］。因此，近年來學者們通過臨床研究及基礎實驗去驗證體細胞突變與COPD之間的關系。MILLER等［13］的研究共納入了48 835例吸煙患者，并對其進行了全基因組及全外顯子組測序，結果顯示攜帶CHIP的患者發生中重度、重度或極重度COPD的風險分別是非CHIP患者的1.6倍和2.2倍，證實CHIP與COPD的發生風險相關。DNMT3A是目前已知的CHIP中常見的基因突變類型，參與了DNA的去甲基化，并可通過誘導炎癥因子的產生促進COPD的發生發展［14-15］。DNMT3A基因突變除了利于造血細胞的自我更新外，也會產生過度表達的炎癥因子。研究表明，隨著年齡的增長，由于細胞中體細胞基因突變的逐漸積累，特別是在生物體中負責組織穩態的干細胞增長，可表現出較高水平的氣道反應及全身炎癥反應［16］。有研究在DNMT3A基因突變的心力衰竭患者中觀察到白細胞介素（IL）-1β、IL-5、IL-8和NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NLRP3）等炎癥因子表達升高，DNMT3A基因突變還可誘導單核細胞和CD58等T淋巴細胞刺激基因表達，從而促進炎癥發生以及血管壁損傷［17-19］。此外，在接受經導管主動脈瓣置換術的主動脈瓣狹窄患者中也發現了類似現象，即攜帶DNMT3A基因突變的患者也表現出促炎性T淋巴細胞特征［20-21］。上述研究表明，DNMT3A基因突變產生的泛炎癥現象與心血管疾病的發生發展有關。這也為我們提供了一個思路，DNMT3A基因突變引起的炎癥反應或許也與其他慢性炎癥性疾病有關，比如COPD。

為了研究DNMT3A基因突變引起的炎癥反應在COPD發生發展中的作用，KUHNERT等［22］對125例COPD患者的突變基因進行深度測序。結果發現，CHIP的突變發生率約為20%，且DNMT3A基因突變占顯著優勢，這些基因突變會導致甲基轉移酶活性降低甚至喪失，出現明顯的低甲基化現象；在進行二次分析時發現，由DNMT3A-CHIP介導的磷脂酶D家族成員5（PLD5）低甲基化與COPD患者二氧化碳分壓（PaCO2）水平及炎癥因子表達均呈正相關關系，參與促進肺功能的降低。SINGH等［23］研究發現，攜帶DNMT3A基因突變的小鼠肺巨噬細胞炎癥反應增強，同時促炎癥狀態增強了DNMT3A的克隆性造血擴增，由此形成一個惡性反饋通路，這提示DNMT3A基因突變可通過誘導炎癥反應及氧化應激參與COPD的發生發展。但是，目前尚缺乏關于DNMT3A-COPD的大規模臨床及基礎實驗，其與炎癥反應及COPD的關系仍需更多的研究進行驗證。

2 Tet2基因缺失對COPD炎癥反應的調控作用

Tet2是第二常見的CHIP突變類型，其作為細胞分化和炎癥反應的表觀遺傳學調節因子，在髓系細胞功能的發揮中具有關鍵作用［24-25］。為了驗證Tet2基因丟失是否通過促進炎癥反應而加速COPD的進展，MILLER等［13］建立了Tet2基因敲除的小鼠模型模擬CHIP，隨后將Tet2野生型和Tet2敲除型小鼠暴露于煙草煙霧環境下，并對小鼠肺巨噬細胞分泌的44種炎癥因子和趨化因子進行檢測及分析。結果發現，Tet2敲除型小鼠肺巨噬細胞和單核細胞可以分泌更多的IL-6（Tet2是IL6的轉錄調控的介質）和IL-1β，從而加劇炎癥反應。FERRONE等［25］在敲除Tet2基因的小鼠模型中發現其巨噬細胞數量增多，而且可以觀察到與DNMT3A基因突變類似的現象，Tet2基因缺失會導致炎癥反應加重，并通過對炎癥環境的對抗而促進Tet2的突變克隆，形成惡性循環。因此，造血細胞Tet2基因缺失可通過促進巨噬細胞分泌炎癥因子，從而加重肺部炎癥反應。

除了巨噬細胞之外，造血干細胞Tet2基因缺失還會對中性粒細胞的發育產生影響［26-27］。研究表明，中性粒細胞抗菌功能缺陷與Tet2基因突變有關，如脫顆粒、吞噬作用，特別是中性粒細胞胞外誘捕器（NETs）的釋放。HUERGA等［14］對Tet2野生型小鼠和Tet2突變型小鼠骨髓和外周組織中21個不同的免疫細胞亞群進行比較，結果發現共有7個差異表達的細胞亞群，其中4個細胞亞群與粒細胞增多有關；為進一步了解粒細胞的異質性，該團隊對這4個細胞亞群進行分析，結果發現CD11b、CD16和S100A8-9（成熟中性粒細胞標志物）的表達降低；這提示Tet2基因突變會增加中性粒細胞祖細胞的再增殖能力，并產生低顆粒中性粒細胞，從而促進炎癥因子表達。后續也有研究在人肺組織及骨髓組織中發現了類似的現象［28］。

既往研究多認為，Tet2基因缺失與心血管疾病、肝病、痛風及腎臟疾病等的發生發展有關［26］。FUSTER等［8］研究顯示，小鼠巨噬細胞中Tet2基因缺失可促進NLRP3炎癥小體依賴性產生炎癥因子IL-1β，而IL-1β增多會導致主動脈上單核細胞內皮黏附標志物的表達升高，增加動脈硬化的風險。MILLER等［13］通過小鼠實驗及大規模隊列研究證明，Tet2基因缺失還會對COPD等慢性炎癥疾病產生重要影響。FERRONE等［25］研究顯示，Tet2基因缺失或許可促進小鼠自發性發展的肺動脈高壓及肺部炎癥反應。因此，Tet2基因缺失可通過影響巨噬細胞及中性粒細胞的功能，加速COPD進展，最終導致肺功能的惡化［29-30］。這也為COPD的治療提供了一個新的思路，或許可以利用下一代測序技術針對靶點基因進行深入研究，進一步觀察突變的造血細胞影響肺部炎癥反應和肺氣腫發展的時間和機制，為尋找COPD的新療法提供依據。

綜上所述，DNMT3A基因突變及Tet2基因缺失是體細胞突變最常見的兩種類型，可誘導炎癥反應的發生，引起肺功能下降，從而參與COPD的發生發展。CHIP是影響COPD發生的一種非傳統危險因素，可幫助識別缺乏傳統危險因素的COPD高危患者，也是COPD發病風險隨著年齡增長而急劇增長的原因之一。未來需進一步了解滅活DNMT3A基因突變和Tet2基因缺失對髓系細胞的影響，這對于闡明CHIP、炎癥反應和COPD之間的關系至關重要。CHIP可能是導致COPD發生發展的一種新機制，未來或許可考慮針對體細胞基因突變患者的巨噬細胞炎癥抑制劑及基因靶向藥物研發，從而減少CHIP對COPD的影響，也為存在CHIP的COPD患者的治療提供了新思路。