综述：免疫系统镶嵌错误的深入见解

本综述系统阐述了由体细胞或性腺镶嵌变异引起的免疫系统镶嵌错误（MEI）这一新兴领域。文章深入探讨了MEI的基因型-表型图谱（涵盖30个基因和27种临床实体），揭示了其发病机制中突变时机、细胞背景和克隆动态的关键作用，并强调了克隆造血（CH）相关共存突变对疾病演化的影响。作者为这一传统上专注于胚系变异（IEI）的领域提供了全新的研究视角和整合框架。

　　

遗传镶嵌现象作为非恶性免疫疾病的原因

过去二十年间，人类免疫遗传学领域因发现了超过500种由（单）基因驱动的免疫疾病（统称为先天性免疫错误（IEI））而发生了变革。然而，尽管临床实践中基因组测序的可及性日益增加，但常规DNA分析的诊断率仍然很低，尤其是在成年患者中。遗传镶嵌现象作为一个未被充分认识的实体，可能是造成这种诊断差距的原因之一。

人体是一个遗传镶嵌体，由个体一生中积累的突变以及这些突变细胞克隆的克隆动态所驱动。这些过程产生了一个复杂且动态的、由基因型不同的细胞群（镶嵌克隆）组成的拼图，所有这些细胞都源自同一个受精卵。尽管大多数合子后变异在表型上是沉默的或对突变细胞有害，但有些却会产生明显的表型效应，并使个体易患恶性肿瘤领域之外的疾病。

这种普遍存在的遗传镶嵌现象的影响在易于获取的血液 compartment 中得到了最广泛的研究。在这里，如果一个致病的镶嵌变异发生在胚胎发生过程中（胚胎镶嵌现象）或出生后或生命后期获得（出生后镶嵌现象），它就可以影响一部分造血细胞。一个70岁人的造血干细胞（HSC）库估计携带高达140万个不同的蛋白质编码变异，相当于每十年每个HSC发生一次外显子突变。只有一小部分这些基因变异通过提供选择性生长优势来促进克隆扩增。这种与年龄相关的克隆造血（CH）现象现在被认为是一种近乎普遍的现象，并与心血管、代谢和自身免疫共病相关联。此外，合子后变异不仅可以影响HSC的适应性，还可以深刻改变其子代的造血和免疫功能。

因此，镶嵌遗传变异不仅越来越被认为是复杂多基因疾病（例如炎症性肠病和斯蒂尔病）的贡献者，而且也被认为是导致非恶性免疫疾病的单基因元凶。致病的镶嵌变异已在表现为反复感染、自身炎症、自身免疫、过敏或其组合的患者中报道，症状从婴儿期一直到成年晚期都会出现。对这些罕见的、通常是单独报道的病例进行的二十年遗传和功能研究，为这一新认识的疾病类别提供了关键的分子基础见解。

免疫系统镶嵌错误的景观

在当前IEI的框架内，各种术语被用来描述和分类镶嵌免疫疾病，导致了潜在的误称和词汇混淆，包括“获得性免疫错误”或“体细胞IEI”。我们建议将这些情况称为免疫系统镶嵌错误（MEI）。这个总括术语指的是由体细胞（体细胞镶嵌现象）中单个合子后遗传缺陷的显性效应引起的原发性免疫疾病，可能伴有或不伴有性腺受累（性腺镶嵌现象）。这一定义与IEI提供了清晰的区分，IEI是由胚系突变引起的，这些突变要么从父母遗传而来，要么在亲代生殖细胞中自发产生，因此存在于身体的所有细胞中。

文献中总共报道了30个不同基因中的镶嵌变异。这些基因与27种不同的临床实体相关，涉及超过1000个个体病例。目前发现的大多数MEI都有胚系孟德尔对应物，但表型重叠程度变化很大。例如，当致病变异仅存在于一部分细胞中时，它不仅可能导致高度相似的表型（例如，镶嵌TLR8功能获得（GoF）），也可能导致不完全或不典型的疾病表现（例如，镶嵌STAT3相关的高IgE综合征（STAT3-HIES）），或比预期更晚的疾病发作，如镶嵌炎症小体病中所见。其他如导致液泡、E1酶、X连锁、自身炎症（VEXAS）综合征的UBA1变异，则缺乏胚系孟德尔对应物，因为此类突变可能在胚胎期是致死的。MEI相关基因的一个独特子集涉及Ras-MAPK信号通路，并与广泛的临床疾病相关，统称为“RAS病”，范围从先天性发育综合征（如努南综合征）到与表皮痣和罕见造血克隆疾病有关的镶嵌变异。第四组MEI相关基因主要以其在血液学和实体肿瘤中作为驱动基因的作用而闻名，强调了这种获得性遗传变异的情境依赖性疾病意义。

虽然大多数MEI相关变异被报道为体细胞状态，但由于测试性腺组织的实际限制，性腺受累通常难以排除。迄今为止，已在9个不同的IEI基因中发现了亲本性腺镶嵌现象，垂直疾病传播导致后代出现胚系疾病。在大多数情况下，报道的亲本携带者是无症状的。然而，一部分亲本携带者确实出现了与其严重受累的先证者相比衰减的表型。

MEI可以根据其主要临床表现分为四个表型组，尽管重叠或混合表型很常见。值得注意的是，鉴于镶嵌MAP2K1 GoF和STAT3 GoF与功能丧失（LoF）分别描述了两种不同的、临床明确的相关表型，这些基因被分配到两个不同的表型组。

第一组包括与以感染易感性为主的原发性免疫缺陷相关的基因。这包括吞噬细胞缺陷（ELANE和CYBB），伴有（MAP2K1）或不伴有（TLR8、RAP1B和IL6ST）综合征特征的体液或联合免疫缺陷。

第二组包括与自身炎症相关的MEI基因，包括单基因自身炎症性疾病（AID）的表型复制品。NLRP3中的镶嵌GoF突变是单基因AID最常报道的镶嵌原因，占表型为冷吡啉相关周期性综合征（CAPS）的“突变阴性”患者的13-35%。此外，在最近一个荷兰的未选 unexplained AID 患者队列中，158名患者中有两人（1.26%）携带了推定的致病性镶嵌NLRP3变异。镶嵌NLRP3 GoF的临床谱范围从伴有中枢神经系统受累的早发性自身炎症，到以孤立性慢性荨麻疹为主的晚发性、较轻形式。

第三组代表表现为自身免疫特征并结合慢性非恶性淋巴细胞增殖的患者，这是由胚系FAS信号缺陷（即FAS、FASLG和CASP10中的特定变异）引起的自身免疫性淋巴增殖综合征（ALPS）的主要特征。术语“ALPID”最近被提出，用于描述模仿ALPS但包含更广泛疾病谱的条件，包括炎症性疾病和增加的感染易感性。在一个儿科ALPID患者的前瞻性队列中，240名患者中有17名（7%）偶然发现了ALPID相关基因（FAS、RAS、STAT3和STAT5B）中可能的致病性体细胞变异。

最后，在血液炎症性疾病（第四组）中，发生在造血干细胞和祖细胞（HSPC）水平的致病性体细胞突变不仅引起系统性多器官炎症，还驱动（前）恶性骨髓病理。创始成员是VEXAS，由X连锁编码泛素起始酶UBA1的基因中的髓系 predominant 体细胞变异引起。自2020年发现以来，VEXAS已在先前无法解释的炎症表现和骨髓异常（从孤立性大红细胞症到骨髓增生异常肿瘤（MDS），以及更罕见的浆细胞疾病）患者中诊断出意料之外的大比例。估计患病率在50岁以上男性中为1/4000，目前文献中已报道超过720例VEXAS个体患者，为了解其复杂的表型谱、神秘的分子机制和潜在的治疗策略提供了线索。重要的是，几个公认的疾病实体符合血液炎症性疾病的标准，包括罕见形式的组织细胞增生症和系统性肥大细胞增多症。虽然传统上被分类为（前）肿瘤性疾病，但它们主要以免疫失调为特征，并且通常遵循相对惰性的克隆性疾病过程。

鉴于ALPID和血液炎症性疾病都存在恶性转化的风险，对于具有并发免疫失调的明显血液恶性肿瘤患者，也应考虑MEI的诊断。

经验教训与机制见解

对镶嵌基因缺陷致病作用日益增长的认识为了解这些免疫疾病的复杂生物学提供了独特的见解。在MEI中，一个镶嵌基因变异的效应大小不仅由其固有的致病潜力决定，还受到突变事件的确切时机和组织位置、受影响细胞类型的（表观）遗传背景，以及最终在造血系统内的竞争性克隆适应性的影响。

免疫系统中的遗传镶嵌现象：单一的力量

合子后遗传变异作为复制内在错误或外部因素引起的DNA损伤的一部分，在细胞分裂过程中随机产生，这些损伤逃脱了精确修复。已识别的MEI主要由单核苷酸变异（SNV）引起，但也报道了插入或缺失（indels）和染色体异常，例如镶嵌染色体获得（例如，镶嵌8号三体）。仅影响一个等位基因的MEI相关SNV通常引起GoF效应，并通常导致免疫过度激活，例如由NLRP3、NLRC4和NOD2中的GoF变异引起的镶嵌炎症小体病。或者，单等位基因LoF变异在发挥显性负效应或单倍体不足的情况下可能具有致病性。镶嵌显性负效STAT3变异 underlying 常染色体显性高IgE综合征（AD-HIES）的较轻表型复制品就是例证。对于X连锁基因，LoF变异不仅导致男性患者患病，在（体细胞）X单体或极少数情况下 skewed inactivation 时也会影响女性患者，这在VEXAS和慢性肉芽肿病（由镶嵌UBA1和CYBB变异引起）中均有描述。值得注意的是，在体细胞逆转镶嵌现象的情况下，体细胞突变也可能导致胚系IEI变异的自发拯救。这种独特的遗传机制在其他地方另有综述。

镶嵌变异也可能作为对杂合胚系突变的“第二次打击”，通过影响同一基因的另一个等位基因。这种组合等位基因失活是体细胞ALPS（sALPS-FAS）的典型分子基础，其中双等位基因FAS失活几乎只影响双阴性T细胞。此外，体细胞单亲二体（sUPD；一个亲本等位基因的丢失与另一个的重复）通常由同源染色体姐妹染色单体之间的有丝分裂重组引起，并导致受影响染色体片段上所有遗传变异的纯合性。该机制最近被证明是CBL单等位基因胚系LoF变异携带者中 severe 自身炎症、免疫缺陷和幼年型粒单核细胞白血病（JMML）风险的基础。

有趣的是，还描述了几种镶嵌双基因模型。2015年，一名表型为晚发性家族性地中海热（FMF）的患者被显示携带MEFV（p.R652H）中的镶嵌变异。该MEI变异仅限于髓系，并被显示在继发性骨髓纤维化的背景下与JAK2突变克隆共分离。类似的“驱动-乘客”模型在两例患者中报道，一例有镶嵌NLRC4，另一例有镶嵌NLRP3驱动的自身炎症。在这两例中，同时发生的体细胞TET2 LoF被提出作为克隆生长的驱动因素。在VEXAS中，CH基因（最显著的是DNMT3A和TET2）中的获得性变异可能发生在疾病定义的UBA1突变克隆出现之前或之后，并通过促进异常的髓系克隆扩增和激活，可能有助于其血液学和炎症表现。最后，在一例具有复杂表型的患者中发现了KRAS和STAT5B中两种不同MEI相关变异的 combined 镶嵌获得，该表型可能反映了与两个基因相关的特征。这些观察结果强调了细胞遗传背景在调节镶嵌基因变异的表型表达性方面的普遍影响。

从镶嵌变异到免疫失调：错误的时间，错误的地点

为了功能性影响强大的免疫通路，一个镶嵌变异必须存在于相当大比例的细胞中，并且其突变基因产物必须在相关的免疫（或非免疫）细胞类型中充分表达。

在胚胎发生早期获得的变异通常会影响源自所有三个胚胎层的组织，导致全身广泛的镶嵌现象，包括性腺受累的风险。相比之下，出生后生命过程中发生的突变事件通常局限于特定的组织或细胞谱系，例如血液和骨髓 compartment。

无论其时空起源如何，变异在子代细胞中的分布可能是随机的，导致在受影响组织或细胞类型中近乎均匀的分布和可比较的变异等位基因频率（VAF）。然而，一部分改变蛋白质的变异可能由于情境特异性的选择优势而选择性地分离到特定的细胞类型或组织 niche，和/或由于谱系特异性的劣势而在其他细胞类型中被选择 against。这种谱系偏向性扩增在几个MEI中观察到，克隆选择发生在终末分化的免疫细胞（例如，sALPS-FAS中的双阴性T细胞），或发生在造血过程的早期阶段（例如，VEXAS、NLRP3-AID和NLRC4-AID中的髓系 predominant 镶嵌现象）。在其他谱系中以较低VAF水平检测到该变异的低水平存在，与突变首次发生的共同祖细胞一致。

这些时空决定因素和情境依赖性疾病表达也导致了观察到的表型变异性。在NLRC4-AID中，伴有肠道受累的广泛镶嵌现象与危及生命的巨噬细胞活化综合征（MAS）风险相关，而局限于造血 compartment 的变异通常引起较轻的疾病表型。这一观察结果强调了非造血细胞在MEI中的潜在致病作用，这一点迄今为止在这些疾病中 largely 未被探索。

克隆大小很重要：从低丰度镶嵌现象到克隆优势

MEI患者外周血中致病性镶嵌基因缺陷的VAF范围从 barely 可检测（例如，系统性肥大细胞增多症中为0.002%）到近胚系水平（例如，由于半合子性或杂合性丢失，UBA1或CBL中接近100%）。高度流行的镶嵌变异可能源于产前起源和/或出生后造血过程中的选择性优势。在后者中，MEI相关变异可以作为驱动克隆扩增的祖先 primary 事件（例如，胚系CBL LoF变异杂合患者中野生型等位基因的白细胞杂合性丢失），或者可以作为克隆轨迹中的次级事件出现，取决于预先存在和同时发生的突变（例如，“驱动-乘客”机制）。此外，血液中的致病性镶嵌克隆可能包含几个分支或独立产生的亚克隆，而不是单个 dominant 克隆，正如在VEXAS中所证明的那样。

在某些MEI中，克隆优势主要发生在组织水平，而不是在循环中。这尤其适用于KIT^D816V驱动的系统性肥大细胞增多症和BRAF V600E相关的组织细胞疾病。在这两种血液炎症性疾病中，骨髓和血液中的克隆负荷通常很低，通常低于大规模平行测序（MPS）的常规检测限（通常约1%）。在周围组织环境中发生强选择，促进致病性肥大细胞和组织细胞的积累，导致病变组织中的VAF高达100%。或者，真正的低水平镶嵌现象当少量的效应细胞镶嵌克隆通过启动炎症级联反应，随后被野生型旁观者细胞传播和放大，从而引发强烈的免疫反应时，可以驱动系统性疾病。这种疾病模型已被假设用于低水平镶嵌NLRP3变异，在某些情况下，只有不到10%的髓系细胞受到影响。

虽然更高的克隆负荷预计会导致更严重的表型，但MEI中的基因剂量效应很少被仔细研究。据报道，在两例镶嵌NLRP3-AID和NLRC4-AID患者中，缓慢增加的VAF与疾病严重程度相关。相反，使用低甲基化药物在VEXAS中实现了（近乎）根除UBA1突变克隆，并与炎症症状的无治疗缓解相关。有趣的是，似乎可以耐受一定水平的UBA1突变负荷，因为对245,368名个体的社区外显子组分析显示，74名参与者（其中12名为男性）存在致病性p.M41L变异，但没有VEXAS定义的症状，其外周血VAF为5-15%。虽然这种无症状携带状态可能代表一种风险状况，但驱动克隆进展和/或疾病表现的因素仍然未知。这些可能包括获得额外的镶嵌变异、暴露于炎症或感染刺激，或缺乏或失去防止临床疾病表达的保护性（表观）遗传或免疫学因素。

情境中的克隆：免疫环境的作用

骨髓、血液和周围组织中特定克隆的发育和扩增受自然选择和遗传漂变支配。这些进化机制发生在自然出现的镶嵌克隆共存并竞争于一个经历发作性炎症事件和外源性暴露（包括免疫抑制和细胞毒性治疗）的（免疫）环境中。这些免疫扰动可能创造一个许可性环境，选择性地驱动突变特异性克隆的出现、扩增和持续存在。例如，香烟烟雾促进了肺朗格汉斯细胞组织细胞增生症小鼠模型中BRAF-V600E突变髓系单核细胞在肺部的积累。在VEXAS中，突变髓系细胞上调抗凋亡通路，这可能解释了它们在自我强化的炎症环境中优先存活的原因，尽管UBA1 LoF对细胞存活施加了内在劣势。

因此，这些内部和外部压力也可以作为造血发育中的进化瓶颈，有利于具有对这些压力源内在抵抗力的HSC的存活。这很可能驱动在癌症幸存者中观察到的CH和继发性骨髓恶性肿瘤发生率的增加，这些幸存者接受了潜在的基因毒性治疗。

此外，反复的免疫事件和终身累积暴露（“暴露组”）也可能加速体细胞突变发生，超越被认为在整个生命过程中以稳定速率发生的基线突变过程，从而加速这种所谓的“分子钟”。另外，表观遗传和代谢重编程可能有助于造血 compartment 组成的长期变化，影响HSC输出和下游免疫功能。

最后，衰老的骨髓环境以克隆多样性急剧丧失为标志，这是由于HSC质量和数量的下降，以及慢性低度炎症。在这种“炎症性衰老”的环境中，具有适度增加适应性的镶嵌克隆可以获得动力并扩增，即使它们是在生命更早时期出现的。这一概念在髓系肿瘤的发病机制中众所周知，但也可能适用于晚发性MEI。尽管近年来克隆造血与（自身）炎症在MDS及其前体状态（意义未定的克隆造血；CHIP）中观察到的关联激发了研究兴趣，但精确的分子联系仍未解决。此外，虽然（系统性）炎症被认为在CH和MDS中促进竞争优势和 dominance，但来自血液炎症性疾病的新证据表明，在特定情况下，炎症反而限制了疾病进展和恶性转化的风险。

解码MEI：方法学视角

由于可靠检测镶嵌变异的困难以及评估其致病性和临床相关性的复杂性，建立MEI的分子诊断具有挑战性。然而，先进的技术正在稳步帮助克服这些诊断障碍。

检测和识别候选镶嵌变异

大多数MEI基因是通过对先前 germline 遗传工作up阴性的患者现有测序数据应用体细胞变异调用管道而发现的。然而，准确检测镶嵌变异，特别是那些存在于低VAF的变异，通常需要更灵敏的测序方法和定制的分析方法。对于常规MPS方法，通常可以通过增加全基因组（WGS）或全外显子组测序（WES）的测序读长深度，或通过对特定基因或感兴趣基因组区域进行靶向深度测序来增强灵敏度。此外，纠错测序技术通过结合独特分子标识符（UMI）和/或测序同一DNA分子的两条链（双链测序）以构建高精度一致性读段，进一步提高了准确性。接下来，包含一系列启发式过滤器的、用于体细胞变异调用的定制生物信息学管道，对于区分真实和潜在致病的遗传变异与测序伪影和良性DNA变化至关重要。

此外，通过MPS识别的镶嵌候选变异通常使用变异特异性正交方法进行验证。常见的确认技术包括桑格测序（对于等位基因频率>15-20%的变异可靠）和数字PCR（dPCR）（为低频变异提供高灵敏度和精确度）。

此外，针对镶嵌变异的遗传测序理想情况下应扩展到外周血或骨髓之外。首先，通过磁力或流式细胞术分选富集最可能携带该变异的组织或细胞群体，可以显著提高灵敏度，并提供对造血系统内谱系 predominance 的洞察。其次，对非造血组织作为对照进行测序（例如，源自皮肤活检的成纤维细胞、口腔上皮或指甲剪屑）有助于确认该变异的体细胞起源，特别是当它们的VAF接近胚系变异时（对于杂合变异约为读段的50%）。研究造血和非造血组织中的组织和细胞类型分布也有助于重建突变克隆的发育时间线和进化。

从镶嵌变异到免疫疾病：证明MEI中的因果关系

与验证胚系单基因缺陷类似，证明MEI中的因果关系涉及计算机预测模型和体外功能测定，旨在相关原代细胞或细胞系中重现患者的疾病表型。然而，在镶嵌条件下，区分携带变异的细胞与野生型细胞可能很困难。这可以通过先进技术来克服，例如使用患者来源的CD34+ HSPC或基因编辑的诱导多能干细胞（iPSC）的单细胞组学和克隆形成测定。此外，对存档或系列样本（包括症状出现前获得的样本）进行纵向分析，能够追踪随时间推移的克隆动态。这些方法对于通过评估潜在的基因剂量效应和“表型阈值”，以及免疫压力对MEI克隆轨迹的影响，来完善MEI中的基因型-表型相关性至关重要。

结论

从上述研究可以清楚地看出，影响造血 compartment 的镶嵌变异，当存在于相关类型和比例的免疫细胞中时，可以驱动广泛的免疫疾病谱系。这些见解正在重新定义免疫遗传学的边界，并 warrent 我们对这些免疫疾病进行分类和调查的概念转变。

实施深度基因组测序以及检测胚系和体细胞变异的计算工具，可能会揭示MEI在遗传学上未解决的免疫错误患者中的真正贡献，超越众所周知的IEI基因。利用单细胞技术研究个体MEI患者将有助于阐明MEI克隆如何产生、进化并被选择性维持。这些见解对于解释血液中的镶嵌变异并将这些发现转化为基因和通路 informed 的临床管理至关重要。最后，对免疫疾病中镶嵌变异的认识挑战了良性疾病和恶性疾病之间的传统二元区分，并 presents 了一个在癌症领域之外研究克隆命运决定的独特机会。