克隆性造血在炎症性衰老与心血管疾病交汇处：机制洞察与转化前景 - 心脑血管

摘要

不确定潜能的克隆性造血(CHIP) increasingly被认可为心血管疾病(CVD)的风险因素。近期流行病学和实验研究已将CHIP确定为心肌梗死、中风和冠状动脉疾病的独立风险因素，特定突变携带更高的CVD风险。在衰老过程中，包括DNMT3A和TET2在内的基因在造血干细胞(HSCs)中积累体细胞突变，不仅赋予表观遗传和代谢优势，驱动造血向促炎性髓系倾斜，还重编程先天免疫细胞，促进持续性炎症状态。这些髓系衍生物通过增加IL-1β和IL-6产生，建立促动脉粥样硬化环境并促进斑块不稳定，导致血栓风险增加和血管老化加速。尽管不建议对无症状成年人进行常规筛查，但对高风险个体进行靶向检测可能从预防策略中获益。将CHIP纳入风险模型可能实现精准预防，但需要前瞻性试验来确定CHIP指导的干预是否能改善心血管结局。

引言

随着年龄增长，生理健康的组织如皮肤、结肠、食道和血液会获得与癌症相关基因的突变。在血液中，这种现象被称为克隆性造血(CH)。不确定潜能的克隆性造血(CHIP)特指在无血液疾病或细胞减少症诊断的情况下，存在白血病驱动基因的体细胞突变，且变异等位基因分数(VAF)≥2%。

CHIP increasingly被视为与年龄相关的全身性非恶性疾病风险因素。携带急性髓系白血病(AML)相关基因突变的CH在50-70岁人群中几乎普遍存在(95%)。这些突变在40岁前很少见，在70岁以上人群中出现率超过10%，在≥90岁人群中高达19.5%。

CHIP最常见涉及表观遗传调控因子突变，如DNMT3A、TET2和ASXL1，以及JAK2等信号基因，其中DNMT3A和TET2是最常突变的基因。这些"表观遗传守门人"的体细胞改变赋予竞争性增殖优势，导致克隆扩增。这些在骨髓增生异常综合征(MDS)和AML中常见的突变，使造血干细胞(HSCs)获得选择性优势，导致可在血液中检测到的克隆扩增。

研究表明，来自CHIP克隆的突变髓系细胞表现出促炎表型，增强白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-6(IL-6)的产生，这些是动脉粥样硬化和血管损伤发病机制中的关键介质。这种炎症轴将CHIP与"炎症性衰老"概念联系起来，后者是一种慢性低度炎症状态，越来越多地与各种年龄相关疾病相关。

CHIP的存在与心血管事件后预后较差、他汀类药物治疗耐药性增加以及血栓风险增加相关，特别是在携带JAK2 V617F突变的个体中。尽管如此，CHIP作为心血管疾病(CVD)风险可修改贡献者的认识，代表了我们对心血管病理生理学理解的重大转变。随着人口老龄化和精准医学的发展，将CHIP状态纳入心血管风险模型可能为预防和治疗提供新途径。

CHIP的遗传和环境决定因素

CH的发展风险主要与衰老过程中HSCs中体细胞突变的随机获得相关。然而，环境和遗传因素也起作用。它在老年男性和吸烟者中更为常见，在西班牙裔中较少见。最近研究表明，遗传倾向和微生物组可能影响其发展和进展。

表观遗传调控因子的突变破坏了调控HSC自我更新和分化的正常DNA甲基化动态。这些改变改变了干性与谱系承诺之间的正常平衡，以及CD150high HSCs的扩增，而PRC2介导的表观遗传"记忆"可能强化HSC自我更新和分化的长期功能障碍。结果，血液中单核细胞和巨噬细胞富集。

CH增加了CVD的风险，包括心肌梗死(MI)、中风、冠心病(CHD)和动脉粥样硬化，且独立于传统风险因素。这些CHIP相关髓系细胞浸润动脉壁，通过多种机制促进动脉粥样硬化。在包括Jak2VF突变在内的CH小鼠模型中，克隆扩增导致动脉粥样硬化病变中巨噬细胞增殖增加和坏死核心形成显著。同样，TET2下调与动脉粥样硬化斑块的形成和进展相关，而DNMT3A缺乏通过上调特定细胞因子和趋化因子改变髓系细胞功能并促进炎症。

HSCs存在于骨髓的低氧生态位中，依赖有氧糖酵解来最小化活性氧(ROS)并限制DNA损伤。然而，在CH中，氧化应激升高，可能进一步驱动突变和端粒缩短。过量ROS可能触发造血干祖细胞(HSPCs)过度增殖，即使在没有驱动突变的情况下也增加心血管风险。此外，CH诱导促炎环境，支持突变HSPCs的扩增。慢性炎症和氧化应激相互强化，放大克隆扩增和心血管并发症。

CHIP不仅增加心血管风险，还与代谢风险因素相互作用，放大疾病进展。具有CHIP和升高的低密度脂蛋白胆固醇水平的个体显示出动脉粥样硬化性心血管疾病(ASCVD)风险显著升高，而与其他脂质变量或传统风险因素则未观察到这种关系。连续冠状动脉计算机断层扫描血管造影(CCTAs)通过显示高LDL的CHIP携带者中早期动脉粥样硬化变化支持这一关联。

此外，CHIP与2型糖尿病发病率较高相关。从生物学角度看，CHIP突变可导致产生更多炎症性巨噬细胞。这些已知会促进胰岛素抵抗，这是2型糖尿病发展的关键因素。升高的LDL胆固醇放大这种炎症反应，从而显著增加糖尿病风险。从机制上讲，TET2突变干扰AMP激活蛋白激酶(AMPK)，这是细胞能量平衡的中央调节因子。这种破坏可能损害代谢稳态并促进胰岛素抵抗。

CHIP与心血管疾病的机制途径

训练免疫是指由各种内源性危险信号(包括细胞应激或组织损伤期间释放的损伤相关分子模式(DAMPs))或病原体相关分子模式(PAMPs)等病原体保守分子引发的先天免疫细胞的长期功能改变。训练免疫的概念为这些观察提供了统一机制。

来自人类和动物研究的见解表明，与CHIP相关的突变，特别是TET2和DNMT3A中的突变，将单核细胞和巨噬细胞等先天免疫细胞重编程为持续的促炎表型，从而促进动脉粥样硬化和其他心血管疾病(图1)。这一联系通过将TET2缺陷骨髓移植到易患动脉粥样硬化的小鼠中得到加强，导致斑块大小增加、坏死核心形成和血管炎症。

图1. 与克隆性造血相关的突变(TET2、DNMT3A、ASXL1)重编程免疫细胞功能并影响检查点抑制剂反应和毒性的示意图。由BioRender.com创建

虽然CHIP传统上由HSCs中的体细胞突变定义，但种系变异也可能起贡献作用。TET2和DNMT3A的种系突变罕见，但在血液恶性肿瘤的家族病例中已有描述。与通常是年龄相关的体细胞突变不同，从出生就存在的种系变异可能使个体更容易早期发生CHIP和更高的血液恶性肿瘤及CVD终生风险。比较研究表明，种系和体细胞变异共享功能后果，如DNA甲基化破坏、髓系生成偏斜和炎症反应增强，但根据基因剂量和环境背景在表现度和表型表达上存在显著差异。

CHIP相关白细胞表现出增强的自我更新能力、增加的动脉粥样硬化斑块浸润以及NLRP3炎性小体的放大激活。这导致促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、IL-18和IL-8)、基质金属蛋白酶(MMPs)和活性氧(ROS)分泌增加。MMP驱动的细胞外基质降解和ROS引起的氧化应激导致斑块不稳定和破裂，从而增加血栓风险并加速血管老化。

除了在动脉粥样硬化形成过程中激活炎症途径外，巨噬细胞还清除过量脂质含量。这成为导致斑块形成并进一步损害这些巨噬细胞吞噬能力的泡沫细胞。此外，TET2在pre-B细胞向巨噬细胞转分化过程中的CEBPA上调对于巨噬细胞标志物的上调以及吞噬能力是必需的，表明TET2在调节巨噬细胞吞噬作用中的作用。

CHIP还与传统CVD风险因素协同作用。在喂食高脂饮食(20%脂肪、0.15%胆固醇)的ApoE−/−小鼠中，TET2过表达减少了以内皮功能障碍、炎症和自噬受损为特征的动脉粥样硬化病变。这些血管效应与CHIP中观察到的相似，其中TET2缺乏加剧斑块负担、巨噬细胞浸润和自噬受损，导致不稳定病变表型。

观察性研究将CHIP与房颤中的中风风险增加联系起来，表明在某些情况下可能需要更早或更强化的抗凝治疗。此外，外周血细胞中CHIP的存在与人类冠心病(CHD)风险增加1.9倍和心肌梗死(MI)风险增加4倍相关，并在小鼠中加速动脉粥样硬化。因此，CHIP不仅增强血管炎症，还损害动脉粥样硬化斑块的完整性，为CVD铺平道路。

因果关系和临床关联

CHIP increasingly被视为CVD的风险因素，但它是否是直接因果因素或仅仅是衰老和炎症的标志仍处于研究中。由于CHIP患病率随年龄显著增加，混淆的可能性很大。几项前瞻性研究对此进行了扩展，调整了传统的心血管风险因素，并发现CHIP与不良心血管结局之间存在强烈的独立关联。在一项招募了8000多名患者的标志性试验中，Jaiswal等人证明CHIP携带者面临冠心病风险增加1.9倍，心肌梗死(MI)风险增加4.0倍，与非携带者相比。此外，该试验确定DNMT3A、TET2、ASXL1和JAK2中的特定突变为冠心病风险增加的独立贡献者。此外，骨髓中TET2受损的小鼠由于其巨噬细胞显示促炎基因表达增加而发展出更严重的动脉粥样硬化，突显了该基因通过控制炎症对CVD的保护作用。

这些结果在其他大型数据集中得到支持。使用UK Biobank，Bick等人证明CHIP与CVD风险增加27%相关，在较大CHIP克隆(VAF > 10%)中风险增加59%，而Zuo等人提出CHIP作为中老年人群中 cardiometabolic disease (CMD)进展的独立风险因素。

为了了解观察性研究之外的因果关系，孟德尔随机化(MR)提供了令人信服的证据，将CHIP相关DNA甲基化(Dnam)与冠状动脉疾病(CAD)风险联系起来。关键的突变CHIP基因DNMT3A和TET2，作为表观遗传调控因子，被发现具有不同的但相反的Dnam模式，有助于CAD风险。另一方面，Jaiswal等人的研究在大型人类队列中使用全外显子组测序将特定CHIP基因突变(DNMT3A、TET2、ASXL1、JAK2)与CAD风险增加联系起来，这通过小鼠模型中的实验体内研究得到进一步加强，证明TET2功能丧失导致动脉粥样硬化加速。这些研究通过遗传研究将CHIP确立为CAD的因果因素，突显了其在CVD进展中的作用。

尽管有这些见解，各种亚组仍未得到充分研究。虽然CHIP在年轻人中罕见，但与同龄非携带者相比，CAD和其他CVD的风险仍未知。此外，突变特异性分析表明心血管风险存在异质性。例如，携带DNMT3A、TET2和ASXL1突变的携带者与CAD风险增加1.7-2.0倍相比，JAK2 V617F突变携带者CAD风险增加12.1倍。CHIP患病率的性别和种族差异也仍未探索。

重要的是，大多数数据反映的是人群水平的关联。将这些发现整合到临床实践中需要结合突变类型、传统风险因素和炎症标志物的个体风险模型。机器学习和纵向多组学整合的发展可能允许对CHIP携带者进行个性化CVD风险预测。

血液学影响和移植考虑

除了其心血管关联外，CHIP在血液学中具有重要意义。与没有CHIP的人相比，CHIP患者每年发展为血液恶性肿瘤的风险为0.5-1%，而前者风险<0.1%。它们与血液癌症风险增加十倍和全因死亡率增加相关。存在CHIP突变，特别是TP53、剪接因子基因和IDH1/2，携带较高的不良结局风险和更快进展为明显的血液恶性肿瘤。

供体CHIP在造血干细胞移植(HSCT)中 increasingly被视为临床相关因素。供体年龄增加与较差的生存结局和增加的治疗相关死亡率一致相关。随着CHIP患病率随年龄增加，CHIP阳性供体在老年供体中相对常见，CHIP克隆传递给受者可能导致供体来源的白血病。此外，最近一项研究表明，携带CHIP的供体对总生存率没有影响，但慢性移植物抗宿主病(cGVHD)风险几乎增加两倍。

虽然CHIP通常被认为是与年龄相关并由随机体细胞突变驱动的，但新兴证据表明对其存在遗传倾向。在有髓系恶性肿瘤一级亲属的个体中CHIP更频繁，表明共享的遗传易感性。然而，双胞胎研究表明CHIP患病率无显著差异，表明非遗传因素也可能起主要作用。当有更年轻、无突变的替代供体可用时，排除CHIP阳性供体可以降低长期发病率，提高生存结局和移植后生活质量。

有趣的是，并非所有供体CHIP都导致不良结局，最近的研究支持了这一点。与CHIP阴性供体相比，接受来自CHIP供体的异基因HSCT的受者显示出较低的复发/进展累积发生率。这种效应在未完全缓解(non-CR)情况下接受移植的患者中尤为明显。另一项研究表明，DNMT3A突变的供体克隆可能增强移植物抗白血病效应，特别是在没有移植后环磷酰胺(PTCy)的情况下，有助于降低复发率和改善无进展生存率。重要的是，在仅携带DNMT3A突变的移植物受者中未观察到供体细胞白血病病例。这些发现突显了DNMT3A与其他CHIP变体相比相对良性的作用，并强调了供体选择中突变特异性决策的必要性。

筛查、治疗前景和伦理考虑

在无症状成年人中筛查CHIP仍然是一个有争议的话题。虽然由于缺乏正式指南和临床证据不明确而目前不推荐，但新兴数据表明在特定情况下可能有价值。在有不明原因细胞减少症的老年人中，或在50岁以上的潜在HSC供体中，可考虑进行靶向检测，以最大限度降低供体来源恶性肿瘤、GVHD和细胞减少症的风险。识别常见的CHIP突变基因可以早期识别CVD和血液恶性肿瘤风险升高的个体。对于CHIP阳性个体，预防策略包括血脂管理、血压优化、戒烟、健康饮食习惯以及监测血液变化可能特别有益。此外，特定驱动突变可能指导个性化治疗。例如，IL-1β抑制剂卡那单抗在CANTOS试验中减少了心血管事件，事后分析表明CHIP携带者获益增强。

新型心血管风险模型正在超越仅胆固醇和血压的范围。结合CHIP突变(包括JAK2或TET2)、AIM2、IL-6等炎症标志物以及更多的多基因风险评分和传统风险因素，提供了一种更个性化的方法来预测和预防心脏病。UK Biobank和MESA等大型研究表明，这种方法可以更好地识别人群，特别是那些具有高风险CHIP突变或炎症特征的人，他们可能从早期干预中获益。

CRISPR和慢病毒载体研究表明，造血细胞中DNMT3A和TET2的失活突变通过促进RAAS诱导的心脏功能障碍、肥大、纤维化和炎症，对CVD有贡献，对心脏重塑和造血细胞扩增有基因特异性影响。虽然这些发现提供了机制见解，但此类基因编辑方法仍然是实验性的，目前不适用于临床。同样，修改骨髓生态位或增强野生型HSC适应性以抑制突变克隆扩增具有理论前景，但在人类中缺乏经过验证的靶向干预措施。

更相关的临床策略也在研究中。例如，维生素C治疗已在临床前模型中显示出恢复TET2缺陷HSCs中TET2活性并逆转异常自我更新的能力，可能限制克隆扩增。在JAK2突变CHIP中，JAK2抑制剂芦可替尼已证明通过调节小鼠模型中的IL-8通路来减少血栓和中性粒细胞胞外陷阱(NET)形成的能力。虽然这些药物方法提供了更直接的转化潜力，但需要进一步的临床试验来确定其在CHIP相关CVD中的有效性和安全性(表1)。

表1. 针对CHIP驱动的心血管风险的治疗策略

治疗方法 机制 主要发现 参考文献 抗炎疗法 CHIP突变(TET2、DNMT3A)促进IL-1β/IL-6信号传导、炎性小体激活和血管炎症。阻断这些通路可降低CVD风险。 CANTOS事后试验：TET2突变携带者在使用IL-1β抑制剂卡那单抗后，复发性心血管事件减少更明显。IL-6信号传导缺陷降低了CHIP的CVD风险。IL-6阻断减弱了TET2缺陷小鼠的动脉粥样硬化。 62 抗血栓治疗 CHIP增加炎症、内皮激活和促血栓风险(包括肺栓塞、NET形成)。抗血栓疗法可能减轻这种额外风险。 CHIP与肺栓塞之间的观察联系。NET形成促进骨髓增殖性肿瘤中的血栓形成，与CHIP相关。 21,68,69 传统CVD疗法标准降脂和风险因素调节疗法可能对CHIP携带者有益。他汀类药物可能减轻血管炎症；生活方式/代谢干预减少附加风险。评论强调需要在CHIP携带者中更积极地应用传统疗法。CHIP与心力衰竭、房颤和糖尿病中恶化结局相关。 49,63 基因编辑/实验方法直接纠正CHIP突变(如DNMT3A、TET2)或恢复其功能可防止突变克隆扩增。临床前CRISPR研究表明可行性。TET2恢复逆转异常自我更新。CRISPR编辑TET2/DNMT3A突变减少了小鼠CVD负担。恢复TET2功能阻止了白血病进展。 31 代谢/再利用药物降低突变HSPCs适应性优势或抑制CHIP驱动炎症的药物可能具有保护作用。在临床前模型中，二甲双胍降低了DNMT3A突变HSPCs的竞争优势。 66 炎症风险的遗传修饰孟德尔随机化显示遗传性IL-6R缺陷减弱CHIP中的CVD风险，突显宿主基因相互作用作为潜在治疗靶点。遗传性IL-6信号传导缺陷降低了CHIP携带者的CV风险。 48

CHIP的偶然发现带来了伦理和临床挑战。尽管通常无症状，但CHIP与不良心血管结局相关，包括在射血分数降低的心力衰竭患者中。较大的克隆(VAF >10%)携带显著更高的风险，如经导管主动脉瓣植入术(TAVI)后结局更差和冠状动脉事件增加。然而，对无症状CHIP携带者的干预仍然存在争议，因为存在过度诊断、不必要的随访以及因了解预后不确定的突变而产生的心理困扰的潜在风险。

伦理问题包括知情同意的重要性。患者必须了解不确定的含义和有限的治疗选择。存在遗传歧视的风险，测试和监测的高成本可能限制获取，加剧医疗保健不平等。社会经济地位和医疗保健素养可能进一步影响CHIP的解释和管理。在进一步研究定义明确的临床路径的同时，关注个性化风险评估和公平护理的谨慎、以患者为中心的方法至关重要。

结论

CHIP代表了多个生物系统的交汇点，包括衰老、免疫、血液学和血管生物学。它传统上局限于血液恶性肿瘤风险，但最近的研究揭示了其在CVD中的作用，将造血干细胞中的体细胞突变与全身炎症过程联系起来。随着个体衰老，包括TET2、DNMT3A和ASXL1在内的基因突变导致突变克隆的扩增，其影响通过各种炎症通路扩展到骨髓之外。这些又导致内皮功能障碍、加速动脉粥样硬化和心力衰竭。

CHIP有望成为年龄相关CVD的预测标志物和治疗轴。CHIP突变的存在可能使我们能够改进当前的心血管风险预测模型，特别是在缺乏传统风险因素的老年人中。此外，包括1β和NLRP3炎性小体通路在内的促炎通路可作为潜在治疗靶点。未来的转化策略，包括基因编辑或小分子抑制剂，可以抑制克隆扩增和下游促炎通路，以减轻CHIP相关CVD的风险。

未来前瞻性临床试验对于理解和评估CHIP知情干预策略至关重要。此类研究应评估针对高风险个体中的CHIP是否减少心血管事件，这反过来可能有助于改善患者分层并指导个性化预防策略。单细胞测序和AI驱动的风险模型的整合可能对这种个性化方法至关重要，允许最大限度地降低CVD风险。随着我们人口继续老龄化，解决CHIP可能是减轻心血管疾病负担和推进血管健康精准医学的关键。