Nature | 肠道菌代谢产物如何驱动前白血病细胞特异性扩增——ALPK1的新功能

摘要：不确定潜能的克隆性造血（CHIP, Clonal haematopoiesis of indeterminate potential）是老年人群中常见的造血系统变化，其起源于造血干细胞中白血病相关基因的体细胞突变，尤其集中于DNMT3A、TET2 和 ASXL

撰文 | 阿童木

不确定潜能的克隆性造血（CHIP, Clonal haematopoiesis of indeterminate potential）是老年人群中常见的造血系统变化，其起源于造血干细胞中白血病相关基因的体细胞突变，尤其集中于DNMT3A、TET2 和 ASXL1 等表观遗传调控基因。尽管CHIP患者的血常规多呈正常，但突变细胞的扩增显著提升了罹患骨髓增生异常综合征（MDS）、急性髓系白血病（AML）以及多种免疫和炎症性疾病（如冠心病、类风湿性关节炎）的风险【1】。已有研究表明，克隆负荷的大小与疾病发展密切相关，但推动这些突变克隆扩增的具体机制仍未厘清。

最近的研究发现，TCL1A 的异常激活可促进 TET2 或 ASXL1 突变克隆的扩张，却不影响 DNMT3A 突变克隆的行为【2】。尽管DNMT3A突变并不受该机制调控，其本身却与髓系肿瘤风险的显著上升密切相关，其致病机制仍有待进一步阐明。值得注意的是，DNMT3A突变不仅在老年人中多见，在患有慢性肠道炎症的人群中更为常见，提示肠道微环境或在其克隆扩增中扮演着潜在角色【3】。然而，老龄相关的肠道屏障功能障碍是否可能通过引发慢性低度炎症，从而促进携带DNMT3A突变的前白血病细胞扩增，目前仍不清楚。

近日，辛辛那提儿童医院Daniel T. Starczynowski实验室等在

Nature杂志发表了题为Microbial metabolite drives ageing-related clonal haematopoiesis via ALPK1的研究文章，揭示了老龄化相关的肠道屏障功能障碍可通过微生物代谢物ADP-七碳糖激活ALPK1-TIFA-NF-κB通路（NIBS邵峰研究组最早发现细菌来源的ADP-甘露庚糖能够被哺乳动物细胞中的激酶ALPK1特异性识别，进而激活NF-κB通路介导的天然免疫反应，详见：），特异性驱动携带Dnmt3a突变的前白血病细胞扩增，促进系统性炎症。这一发现为理解衰老相关克隆造血的分子机制提供了新视角。

在CHIP发生过程中，携带DNMT3A突变的前白血病细胞通常生长缓慢，但在老龄条件下却出现快速扩增。老龄化的一大特征正是肠道稳态的失衡，包括肠道通透性增强与微生物群紊乱。作者发现，高剂量辐射诱导肠道上皮损伤后，Dnmt3a缺失型造血干细胞（HSCs）显著扩增；而低剂量辐射（不损伤肠道上皮）则不引发这一变化，提示肠道屏障受损是突变HSCs扩增的重要诱因。通过DSS诱导的炎症性肠病模型及粪菌移植实验，研究进一步证实，老龄相关的肠道屏障功能障碍及以革兰氏阴性菌富集为特征的微生物群失调，构成了推动DNMT3A突变HSCs选择性扩增的核心机制。

进一步分析发现，老龄化相关的肠道屏障受损可诱导血液中ADP-七碳糖（一种革兰氏阴性菌LPS生物合成途径的中间代谢物）的升高。体内外实验均显示，ADP-七碳糖能够选择性促进小鼠Dnmt3a−/−、Tet2−/−及Dnmt3a^R878H/+ HSCs的扩增，并增强其自我更新和多系分化能力，而对野生型HSCs则无显著影响。在人类MDS患者来源的造血干祖细胞中，该代谢物同样促进细胞扩张，但对健康人群的骨髓细胞则无作用，显示出其特异性。因此，革兰氏阴性菌代谢物ADP-七碳糖是老龄相关肠道屏障功能障碍诱发前白血病细胞扩增的关键因子。

已有研究表明，ADP-七碳糖通过结合细胞质非典型激酶ALPK1（细菌感应机制中的关键因子），激活TRAF相互作用蛋白TIFA，形成寡聚TIFAsome复合体，并诱导NF-κB信号通路活化【4】。本研究发现，老龄相关的肠道屏障功能障碍及革兰氏阴性菌富集与循环ADP-七碳糖的升高及前白血病细胞中TIFAsome形成密切相关。老年人、CHIP、MDS及IBD患者血浆中ADP-七碳糖水平较高，可诱导TIFAsome形成并激活NF-κB信号，而在缺失ALPK1或TIFA的THP1细胞中，这一效应完全消失。这一发现表明，老龄化及肠道功能障碍所致的循环ADP-七碳糖通过TIFAsome-NF-κB通路深刻影响前白血病细胞的炎症状态，并进一步证明ALPK1作为ADP-七碳糖的唯一已知受体，在驱动携带Dnmt3a突变细胞扩增中发挥了核心作用。

为探究ADP-七碳糖为何选择性扩增Dnmt3a突变细胞，作者进行了全转录组分析。结果显示，ADP-七碳糖可在Dnmt3a−/−HSPCs中诱导显著的基因表达变化，涉及先天免疫、炎症反应及抑制髓系分化等路径，并上调多种与未成熟造血状态相关的基因，显著增强其自我更新与白血病干细胞程序，而对野生型细胞影响甚微。此外，Dnmt3a−/−细胞中特异富集NF-κB下游靶基因，进一步支持其对白血病相关转录程序的敏感性和依赖性。Dnmt3a突变细胞在ADP-七碳糖刺激下更易激活白血病相关转录程序。

在体内实验中，ADP-七碳糖可显著促进Dnmt3a−/− HSCs的骨髓扩增和持续增殖，并在二次受体小鼠中表现出更强的嵌合能力和多系分化优势。相比之下，Dnmt3a−/−Alpk1−/−或野生型HSCs对ADP-七碳糖无显著反应，提示该效应高度依赖ALPK1。体外竞争实验进一步证明，ADP-七碳糖可赋予突变HSCs对野生型细胞的竞争优势，并维持其比例上的扩张。连续集落形成实验显示，ADP-七碳糖增强Dnmt3a−/−及Dnmt3a^R878H/+ HSCs的自我更新能力，而Dnmt3a−/−Alpk1−/−细胞则对此无应答，印证了ADP-七碳糖通过ALPK1介导转录重编程，特异性驱动Dnmt3a突变HSCs的增殖和自我更新。

研究还发现，ADP-七碳糖处理Dnmt3a−/−小鼠后，骨髓液中NF-κB下游靶基因（如IL-1β、G-CSF和TNF）显著上调，提示这一代谢物不仅促进前白血病细胞扩增，也可能激发与心血管疾病相关的系统性炎症。进一步研究表明，该过程依赖UBE2N和IKKα/β的功能，而不依赖IL-1R通路中的IRAK1、IRAK4或TAK1。UBE2N抑制剂可阻断TIFAsome形成与NF-κB激活，并抑制Dnmt3a−/−及MDS来源HSPCs的集落形成能力，进一步证实ADP-七碳糖通过TIFAsome与UBE2N依赖的NF-κB信号轴，驱动前白血病细胞的扩张和活性。

综上所述，本研究揭示了老龄化导致的肠道屏障功能障碍可促使革兰氏阴性菌代谢物ADP-七碳糖进入循环系统，并通过激活前白血病细胞中的ALPK1-TIFA-NF-κB通路，特异性驱动携带Dnmt3a突变的造血干细胞扩增，增强其自我更新与多系分化潜能，同时诱导系统性炎症反应。该机制不仅揭示了衰老相关克隆造血的关键驱动因素，也为慢性炎症与肿瘤发生之间的联系提供了新思路。

制版人：十一

参考文献

1. Belizaire, R., Wong, W. J., Robinette, M. L. & Ebert, B. L. Clonal haematopoiesis and dysregulation of the immune system.Nat. Rev. Immunol.23, 595–610 (2023).

2. Weinstock, J. S. et al. Aberrant activation of TCL1A promotes stem cell expansion in clonal haematopoiesis.Nature616, 755–763 (2023).

3. Midic, D. et al. Prevalence and dynamics of clonal hematopoiesis caused by leukemia- associated mutations in elderly individuals without hematologic disorders.Leukemia34, 2198–2205 (2020).

4. Zimmermann, S. et al. ALPK1- and TIFA-dependent innate immune response triggered by the Helicobacter pylori type IV secretion system.Cell Rep. 20, 2384–2395 (2017).

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