Setd^(2−/−)急性髓系白血病小鼠模型中白血病起始细胞的转录和化疗抵抗异质性

背景与目的白血病起始细胞(leukemia-initiating cell,LIC)的异质性是急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)治疗的主要障碍。越来越多的证据表明,AML中同一患者体内经常共存多种具不同致病性的LIC。然而,这些共存的LIC在药物反应性等功能方面是否存在异质性尚不明确。因此,本研究旨在阐明LIC的内在异质性以帮助预测白血病的行为以开发更有效的治疗手段。方法将原代Setd2^(-/-)-AML发病鼠的全脾细胞移植入C57BL/6受体小鼠中,建立疾病的可移植模型。采用流式细胞术对白血病小鼠进行免疫表型分析,并利用全基因组测序技术检测诱导白血病发生的二次打击事件。另外,通过连续移植实验评判Setd2^(-/-)-AML细胞的自我更新能力,进行有限稀释实验确定不同细胞亚群中的LIC频率。群体细胞和单细胞RNA测序技术被用于分析LIC的转录异质性。同时,通过小分子抑制剂筛选以及体内药物实验揭示了不同LICs亚群在药物反应方面的差异性。结果本研究中,我们观察到一只年老Setd^(2−/−)小鼠出现了AML表型,并伴有Nras^(G12S)和Braf^(K520E)共突变。进一步研究发现,此小鼠体内共存2种不同的LIC,分别富集于c-Kit^(+)B220^(+)Mac-1^(−)和c-Kit^(+)B220^(+)Mac-1^(+)亚群。体内移植实验揭示,这2种LIC存在分化差异。此外,转录组分析显示c-Kit^(+)B220^(+)Mac-1^(+)亚群富集了阿霉素抗性相关的转录信号。后续实验证实,AML标准化疗方案阿霉素联用阿糖胞苷确实可以特异性杀伤c-Kit^(+)B220^(+)Mac-1^(−)细胞,但几乎不影响c-Kit^(+)B220^(+)Mac-1^(+)细胞的存活。进一步的研究显示,c-Kit^(+)B220^(+)Mac-1+亚群RAS下游信号通路的激活水平高于c-Kit^(+)B220^(+)Mac-1^(−)亚群,DA联合RAS通路抑制剂可同时有效杀伤这两个亚群,进而显著减缓Setd2^(-/-)-AML小鼠的疾病进展。结论本研究在Setd^(2−/−)-AML小鼠模型中鉴定到2个LIC富集群,同时揭示了LIC在转录和功能上的异质性,并证实共存于这一模型中的2种LIC具有不同的药物反应性。