Nat Genet：基于新分子类别和MRD的预测框架，可对儿童急性髓系白血病患者进行精细风险分层

急性白血病（AL）是常见的儿童恶性肿瘤（约占儿童肿瘤的三分之一），其中儿童急性髓系白血病（pAML）约占15-20%，通常在婴儿期发生，5年生存率约为65-70%，整体预后较差。近年来，随着诊断技术的发展，人们发现pAML中富集了NUP98和GLIS家族成员的隐性融合以及UBTF串联重复。最新的世界卫生组织分类（WHO 5th）和国际共识分类（ICC）将携带KMT2A和NUP98重排的AML定义为不同的疾病实体。因此，了解具有驱动基因改变的pAML的生物学和临床特征，对于改善pAML的分类及治疗十分重要。

pAML与成人AML（aAML）有许多共同的临床和病理学特征，也存在遗传差异。基于基因变异相关临床结果的积累，人们能够根据详细的突变图谱对aAML进行风险分层；但由于pAML的罕见性以及基因变异相关临床结果的缺乏，目前针对该疾病的风险分层仍在发展中。

为全面定义pAML基因组图谱并揭示其与临床结果的关联，美国圣裘德儿童研究医院的科研人员在Nature Genetics上发表了题为“A new genomic framework to categorize pediatric acute myeloid leukemia”的文章。研究团队对887例pAML患者进行转录组和基因组分析，系统地将其分为23个互不相同的分子类别，包括新的主要实体（如UBTF或BCL11B），共覆盖91.4%的研究队列；这些分子类别不仅与独特的表达谱和突变模式相关，也与临床结果密切相关。进一步，研究团队基于上述分子类别和微小残留病灶（MRD）构建了新的pAML预后框架，为未来pAML分类和治疗策略奠定了基础。

文章发表在Nature Genetics

研究团队基于已发表研究和圣裘德儿童研究医院收集的样本，最终构建了涵盖887个患者的独特pAML队列，其中包括诊断时或复发时的pAML样本；该pAML队列在诊断时显示出广泛的年龄分布（范围0-23.5岁；中位数9.3）（图1）。研究团队首先使用RNA测序（RNA-seq）数据评估了这些AML患者的基因组图谱，以检测融合、内部或部分串联重复（ITD/PTD）、拷贝数变异（CNV）以及单核苷酸变异（SNV）和插入/缺失（Indel）；然后，对其中665例（74.9％）进行全基因组测序（WGS，59.2％）或全外显子测序（WES，44.0％）。

结果显示，在84.4%的患者中发现1,924个致病性或可能致病性体细胞突变，包括具有分类定义的NPM1和CEBPA突变；大多数基因突变涉及信号通路、表观遗传学和转录因子，其中RAS通路基因突变最为常见。研究团队还发现了142个具有统计学意义的基因突变；RAS相关突变或具有VAF的FLT3-ITD与具有分类意义的改变基因高度共存。

根据上述数据，研究团队使用WHO 5th和ICC系统对pAML队列进行了分类，发现68.5%的病例在WHO5th中具有特定的遗传变异，但仅有10.7%的病例可被明确定义为“AML-MR”，这提示依据pAML独特的生物学特性对其进行更全面分类的必要性。

图1. pAML的综合遗传特征

研究团队将突变图谱与表达谱分析相结合，为pAML定义了细粒度的分子类别。基于聚类和分化状态的类似模式，研究团队发现NPM1融合或C端外Indel的病例与经典NPM1突变聚类在一起，将其归类为NPM1类别；类似地，根据与PML::RARA病例的表达相似性，将RAR家族融合TBL1XR1::RARB归类为急性早幼粒细胞白血病类别。在不具有分类意义变异的其余病例中，研究团队依据相互排斥的基因改变将其定义为独立的分子类别：UBTF串联重复、GLIS家族（GLIS2-3）融合、FET和ETS家族基因的融合（如FUS::ERG）、BCL11B结构变异、PICALM::MLLT10、KAT6A重排、MNX1结构变异、CBFA2T2-3与RUNX1融合（RUNX1::RUNX1T1-like）和新报道的CBFB插入（CBFB-GDXY）。

综上，除WHO 5th定义的11个类别外，上述pAML分类系统具有12个新的分子类别，捕获了91.4%的pAML病例。

图2. 由互斥基因改变定义的分子类别。

研究发现，表现为急性巨核细胞白血病（AMKL）或急性红细胞白血病（AEL）表型的类别在婴儿中明显富集，CBF白血病和突变定义的白血病在青少年和年轻人中富集（图3）。值得注意的是，在KMT2A融合中，MLLT3和MLLT10在单核细胞AML和AMKL中均有发现，但这些融合在婴儿中更倾向于显示AMKL表型，这表明AMKL表型由驱动基因突变和发育阶段共同决定。总体而言，除急性早幼粒细胞性白血病（AML-M3）或AMKL（M7）表型的类别外，每个分子类别均表现出不同的形态学特征；建立新的pAML分子类别为研究临床病理学关联提供了可能。研究团队进一步评估了分子类别之间的基因表达特征，发现新类别与经典类别显示出相似性和差异。此外，涉及信号通路、免疫或药物抗性的基因在不同类别中显示出独特的富集。

接下来，研究团队在pAML数据集中调查了细胞干性或层次结构与预后或药物反应的关联，发现每个类别均具有独特的干性和细胞层次评分模式。已知具有良好预后的分子类别（RUNX1::RUNX1T1、CBFB::MYH11和CEBPA）往往具有较高的粒细胞-单核细胞祖细胞（GMP）评分，但NPM1类别具有较低GMP评分和中高干性相关评分；与不良预后相关的KMT2Ar显示出低干性相关评分和可变的分化相关评分。此外，各种预后评分（如LSC17、iScore46）也与分子类别相关，这共同表明分子类别与独特的病理生理特征相关。

图3. 分子类别的临床和分子特征

除具有独特的表达和突变图谱外，一些分子类别还显示出类别间的关键的相似性，可形成AMKL/AEL、不成熟AML、CBF白血病、CEBPA类别以及由HOXA和HOXB基因表达界定的两个类别（图4）。其中一个类别的特征是HOXA基因高表达而HOXB基因低表达，主要包括KMT2Ar和KAT6Ar（以下称为HOXA组）；另一个类别的特征是HOXA和HOXB基因均高表达，包括NPM1、NUP98r、UTF、KMT2A-PTD和DEK::NUP214（HOXB组），一般与不良预后相关（除NPM1外）。

差异基因表达分析显示，HOXB组干性相关基因或分化基因（CD96和WT1）表达较高，HOXA 组单核细胞或信号相关基因的表达量较高；HOXA、HOXB组的突变模式具有显著差异。FLT3上述两个类别中均发生了显著变异，但突变类型不同；FLT3-TKD在HOXA组中占主导地位，而FLT3-ITD在HOXB组中占主导地位。此外，HOXA组与KRAS突变密切相关，HOXB组与WT1突变密切相关；NRAS突变在HOXA组和HOXB组中均普遍存在，p.G12或p.G13突变在两个类别中的比例相当，但p.Q61突变在HOXA组中更为常见。上述结果表明，虽然临床关联各不相同，但这些分子类别的转录和突变模式可能反映了每个HOX组内的共同生物学特性，不同的信号依赖性则提示这些生物学特性可指导靶向治疗。

图4. 由HOXA和HOXB聚类表达划分的类别

虽然KMT2Ar或NUP98r与不良预后之间的关联已得到广泛认可，但新分子类别的临床关联仅在单独的研究中进行了讨论。为了弥补这一不足并将其转化为临床框架，研究团队利用COG AAML1031研究队列对这些分子类别的预后进行了调查，使用相同的流程对AAML1031 RNA-seq数据进行分析，发现了相似的分子类别聚类和总体类别频率。AAML1031队列证实了分子类别与年龄和FLT3-ITD状态之间的关联，并显示出不同分子类别之间存在不同的MRD阳性率。预后良好的主要类别与先前报告一致；特别地，新分子类别MNX1、RUNX1::RUNX1T1-like和CBFB-GDXY显示出较好的预后。

研究团队还分析了主要类别中分子异质性的临床关联。Cox危险模型显示，融合伙伴、表达聚类均具有预后意义，与SEPTIN家族和MLLT11或不成熟表达模式的融合相关联的预后良好。

通过上述发现，研究团队基于分子类别和MRD阳性构建了一个简单预测框架，可得到6个具有细化结果预测的风险分层。 研究团队在独立的AML08研究队列中，对该预测框架进行了评估。结果显示，在第一次缓释期进行造血干细胞移植，MRD高风险类别患者可获益，其余组别需要进一步评估；与目前用于pAML或ELN2022的各种风险分层方法下班，该预后框架的预测价值相当或更优。上述数据表明，该研究所提出的预后框架可作为未来风险分层和临床决策的基础。

图5. 分子类别的临床关联

综上所述，研究团队通过转录组和基因组分析对887名pAML患者进行表征，将其分为23个分子类别，以更好地反映pAML的生物学特性，其中有12个目前尚未被WHO 5th定义。这些分子类别显示出独特的表达和突变图谱，而一些类别也显示出关键的相似性，这可能表明其存在共同的分子机制，提示了潜在的治疗方法。该研究还展示了分子类别与临床结果之间的强关联，并使用分子类别和 MRD 建立了简单的诊断和预后框架，用于pAML的分类和治疗。

参考文献：

Umeda, M., Ma, J., Westover, T. et al. A new genomic framework to categorize pediatric acute myeloid leukemia. Nat Genet (2024). https://doi.org/10.1038/s41588-023-01640-3