非白血病源性体细胞点突变的遗传决定因素与基因组后果：GEM模型揭示克隆造血新机制

《Nature Communications》：Genetic determinants and genomic consequences of non-leukemogenic somatic point mutations

本研究针对缺乏已知驱动突变的克隆造血（CH-LPMneg）现象，开发了基于表观基因组注释的突变负荷估计新方法GEM，通过51,399例全基因组数据发现TCL1A、NRIP1等7个关键遗传位点，并证实其通过调控造血干细胞自我更新影响克隆扩张。该研究为解析衰老相关体细胞突变的起源与临床意义提供了新范式。

　　

随着人类年龄增长，细胞会不断积累体细胞突变。绝大多数突变对细胞适应性没有影响，但少数“驱动突变”会引发特定细胞谱系的扩张，这种现象被称为克隆造血（Clonal Hematopoiesis, CH）。其中，携带白血病相关点突变（Leukemogenic Point Mutations, LPM）的克隆造血被称为意义未明的克隆造血（Clonal Hematopoiesis of Indeterminate Potential, CHIP），与血液肿瘤和心血管疾病风险增加密切相关。然而，近年研究发现，许多克隆造血现象并未携带已知的驱动突变，这类情况被定义为非白血病源性克隆造血（CH-LPM_neg）。其遗传基础、生物学机制及临床后果仍不明确。

为解决这一难题，研究团队利用NHLBI TOPMed计划中51,399例深度测序的全基因组数据，开发了一种名为“基因组与表观基因组知情突变率”（Genomic and Epigenomic informed Mutation rate, GEM）的新方法。GEM通过整合染色质状态、功能注释等外部信息，有效区分真实体细胞突变与测序噪音，从而更精准地量化血液中的突变负荷。

基于GEM表型，研究团队开展了全基因组关联分析（Genome-Wide Association Study, GWAS），发现了7个与CH-LPM_neg显著相关的基因位点，包括TCL1A、TERT、SMC4、NRIP1、PRDM16、MSRA和SCARB1。其中，NRIP1和SMC4的功能实验表明，这些基因通过调节造血干细胞（Hematopoietic Stem Cell, HSC）的自我更新能力影响克隆扩张。进一步转录组学分析发现，GEM与404个基因的表达水平相关，尤其干扰素-α信号通路在多个组织中一致性下调。表型关联分析显示，GEM与白细胞计数升高及外周动脉疾病风险增加相关，但与冠心病事件无显著关联。

关键研究方法概述

研究利用TOPMed联盟51,399例全基因组数据，通过Mutect2进行体细胞突变初步检测，并建立GEM模型整合染色质状态（CD34+细胞的Roadmap表观基因组注释）、CADD评分等功能注释信息。采用SAIGE进行GWAS分析，通过ShRNA敲低和集落形成单位（Colony-Forming Unit, CFU）实验验证基因功能，并利用多组织转录组数据（全血、PBMC、单核细胞等）评估突变负荷的分子关联。

研究结果

GEM模型的开发与验证

研究发现，突变负荷与年龄的关联强度因基因组区域而异：静止染色质区域的突变与年龄相关性更强，而错义突变或高CADD评分突变与年龄关联较弱，提示后者可能富含假阳性信号。GEM模型通过弱监督概率图模型整合多种注释，显著提高了突变负荷估计的准确性。

CH-LPM_neg的遗传决定因素

GWAS识别出7个显著位点，其中TCL1A和NRIP1的精细定位提示多效性调控机制。NRIP1错义突变rs2229742通过改变HSC自我更新能力影响突变积累，而TCL1A位点存在多个独立因果变异，表明其调控复杂性。罕见变异分析发现CELF2等基因与GEM显著相关。

HSC池大小间接调控突变负荷

通过ShRNA敲低SMC4和NRIP1，实验证实其敲低导致CD34+细胞分化增加，CFU形成减少，表明这些基因通过维持HSC干性促进克隆扩张。随机模拟进一步验证：HSC池增大可提升克隆获得适应性突变的概率。

性别特异性突变通路的遗传基础

PCA分析发现第二条主成分（PC2）与X染色体突变富集相关，其GWAS识别出SRGAP2C位点，该基因仅在女性中与突变负荷相关，提示性别特异性调控通路。

GEM的转录组与表型关联

多组织转录组学揭示GEM与干扰素-α信号通路下调显著相关，尤其在T细胞中VEGFA-VEGFR2通路富集。临床关联分析显示GEM与外周动脉疾病风险上升（HR=1.15）和白细胞计数增加相关，但与冠心病、卒中无普遍关联。

结论与意义

本研究提出的GEM模型突破了CHIP依赖已知驱动突变的局限，实现了对普通人群突变负荷的无偏估计。通过遗传学、功能实验与多组学整合，揭示了NRIP1、TCL1A等基因在HSC稳态中的新作用，并发现干扰素通路抑制可能是克隆扩张的共性分子特征。尽管GEM与部分心血管表型关联有限，但其为衰老相关克隆演化的早期监测提供了新工具，未来有望拓展至非血液组织研究。