クローン造血

不確定な潜在性クローン造血（CHIP）は、造血幹細胞（HSC）またはその他の初期の血液細胞前駆細胞が遺伝的に異なる血液細胞のサブポピュレーションの形成に寄与する、一般的な老化関連現象です。^{[1] [2] [3]}名前が示すように、血液中のこのサブポピュレーションは、細胞のDNAにおける共通の固有の変異によって特徴付けられます。このサブポピュレーションは単一の創始細胞から「クローン的に」派生しており、したがって創始者の遺伝的「クローン」で構成されていると考えられています。^{[4] [5] [6] [7]}クローン集団の確立は、幹細胞または前駆細胞が、これらの変異を持たない幹細胞/前駆細胞よりも造血において競争上の優位性を与える 1 つ以上の体細胞変異を獲得したときに発生する可能性があります。[ ^{1] [3]あるいは、クローン造血は、幹細胞集団における}中立浮動などのメカニズムを通じて、駆動変異なしに発生する可能性があります。^[8]クローン造血は完全に健康な人にも起こることがあるが、血液疾患の人にも見つかっている。^{[1] [9] [10]}クローン個体群の大きさは人によって異なり、血液の2％未満のこともあれば、逆に100％近くまで増加することもある。^{[4] [9]}クローン造血の発生率は加齢とともに劇的に上昇することがわかっている。最近の研究では、40歳未満の人口の1％未満がクローン造血を示しているが、70歳以上の人口の約10～20％に観察可能なクローン造血が見られることが実証されている。^{[4] [5] [6]}クローン造血があると、血液がんを発症するリスクが10倍以上高まることがわかっているが、全体的な可能性はまだ低い。^{[4] [5]クローン造血では通常、目立った症状は現れないが、}心血管疾患のリスクが増加する。^{[1] [5] [11]}固形腫瘍やリンパ腫、クローン造血の患者では転帰が劣ることが示されている。^[12]

健康な人々におけるクローン造血の普及に関する最初の主要な証拠は、1990年代に提示されました。HUMARAアッセイを使用して、科学者は、一部の健康な女性の血液でX染色体の非ランダムなX不活性化があることを発見しました。 ^{[13] [14]}これは、予想よりも多くの血液の割合で、染色体ペアの特定のX染色体の1つがサイレンシングされていることを意味します。細胞のサブセットで同じDNA変異が観察されることが単一の創始源を示唆するのと同様に、このX不活性化の偏りは、予想よりも多くの細胞が同じ前駆細胞から生成されていることを示唆しています。重要なことは、これらの発見が、加齢とともにこの非ランダムな偏りが増加することを説明しており、加齢とともに獲得された観察されていない変異がクローンの拡大を促進している可能性があることを示唆していることです。同様に、HUMARA技術を使用した他の研究では、明らかな染色体異常がない場合でも血液悪性腫瘍はクローン性疾患であることが判明しており、^{[15] [16]}急性骨髄性白血病（AML）に先立つ前白血病クローン集団が存在することも判明している。^{[17] HUMARAアッセイは細胞の}エピジェネティック状態に基づいているため、クローン増殖の根底にある遺伝的決定因子は未だ明らかにされていない。

この一連の証拠から、2005年に白血病の駆動変異は段階的に獲得されるという示唆が生まれました。^{[18]このモデルは、}慢性リンパ性白血病（CLL）、^{[19] [20]} 有毛細胞白血病（HCL） 、^[21]およびAMLの患者において、開始性体細胞変異を有するが後期体細胞変異は有さない血液細胞のサブポピュレーションを示す研究によって裏付けられています。^{[22] [23] [24]}

クローン造血は高齢者によく見られるという考え方と、AMLは白血病前段階の集団から発生するという考え方の組み合わせから、悪性腫瘍関連変異が健常者の無症候性クローン造血にも寄与している可能性があるという仮説が生ま​​れました。^{[1]この見解は、X染色体不活化偏向によるクローン造血の証拠を示した女性の多くが、造血悪性腫瘍関連遺伝子}TET2にも変異を持っていることがわかったため、2012年にメカニズムの支持を得ました。^[25]

2014 年には、いくつかの独立した研究により、血液悪性腫瘍の臨床的兆候がない人の血液中に悪性腫瘍関連変異が存在することが確認されました。^{[4] [5] [6]}これらの研究を組み合わせることで、健康な成人集団におけるクローン造血の広範な発生が実証され、健康と病気におけるクローン造血の理解を広げるためのさらなる取り組みが刺激されました。その年の後半には、「不確定潜在性クローン造血」（CHIP）という用語は、世界保健機関の診断基準を満たす悪性腫瘍はないが、造血幹細胞および造血前駆細胞に、血液悪性腫瘍に関連する遺伝子を含む体細胞変異があり、これらの変異が、少なくとも 2% の変異対立遺伝子頻度で血液細胞に存在する人を表すために提案されました。^[3] 2%の閾値が選択された理由は、技術的な限界（すなわち、臨床的に利用可能なシークエンシングアッセイの分析感度）によるところが大きいが、非常に小さなクローンの臨床的意義が不明であることも理由である。

次世代DNAシーケンシングの登場により、クローン造血に関与する体細胞変異を集団レベルで標的として特定することが可能になった。2017年までに実施された研究は、主な知見においてほぼ一貫している。共通する知見の1つは、観察可能なクローン造血は40歳未満の人口では事実上見られず、60歳を超えると頻度が急激に上昇するということである。^{[4] [5] [6]}実際、これらの研究から得られた証拠は、70歳以上の人口の10％から20％がクローン造血を患っていることを示唆している。米国だけでも、低い方で約2,975,000人の70歳以上の高齢者がこの病気を抱えて生活していることになる。^[26]

もう一つの主な共通点は、クローン造血に関与するさまざまな変異が存在することです。これらの多くは、エピジェネティック制御因子（DNMT3a、TET2、ASXL1）、シグナル伝達タンパク質（JAK2）、スプライソソーム成分（SF3B1およびSRSF2）、またはDNA損傷応答のメンバー（TP53およびPPM1D）のカテゴリに分類されます。^{[4] [5] [6]}クローン造血があると特定された人の多くは単一の遺伝子に変異がありますが、2つ以上の遺伝子に変異がある人もかなりいます。^{[4] [ 5] [6]}観察された変異の数と種類は、これらの変異がいくつかの異なるメカニズムによってクローン造血に寄与していることを示唆しており、これについては以下で詳しく説明します。DNMT3Aは最も一般的なドライバー変異ですが、TET2とスプライシング遺伝子の変異は75歳以上の人により多く見られます。^[27]

クローン造血は健康な成人に遍在している可能性を示唆する限られた証拠もあるが、そのレベルは極めて低い（末梢血細胞の0.1％未満）である。超高感度デジタル液滴PCR法を用いた研究では、50歳から70歳までの被験者の95％（20人中19人）が少なくとも低レベルのクローン造血を有していた。^[28]この発見は、クローン造血がこの年齢層では遍在していないという以前の報告と必ずしも矛盾するものではない。なぜなら、これらの以前の研究の実験設計では、正当なクローン造血を識別するためにより高い閾値の使用を余儀なくされているからである。^{[4] [5] [6]}

現在進行中の研究では、クローン造血における突然変異の獲得にどのような遺伝的および疫学的要因が影響するかが調べられている。突然変異が起こると、相対的に適応度の高いHSCは、ダーウィンの選択により、増殖可能なクローンを生み出す。^[27]

クローン造血は、血液を作る造血幹細胞に由来すると考えられています。成人は約 10,000 ～ 20,000 個の HSC を持っています。^[29]これらの細胞は生涯維持され、各 HSC は10 年ごとにタンパク質コードエクソンに約 1 つの変異を獲得する可能性があるという事実^[30]は、高齢者の HSC 集団内に、ある程度の遺伝的モザイク、つまり異なる固有の変異を持つさまざまな細胞が存在することを意味します。ただし、これはすべての場合にクローン造血につながるわけではありません。遺伝子変異が宿主に選択的優位性を与える場合、または別の好ましい幹細胞ダイナミクスがある場合のみ、クローン増殖が起こります。

突然変異がこのような利点をもたらす一般的なメカニズムはいくつかあり、クローン造血で見られる突然変異は異なる経路を介して作用する可能性が高い。まず、突然変異は成長の利点をもたらし、HSC がより急速に分裂し、成熟した血液細胞の大部分を占めるようになる。これは、JAK2 シグナル伝達タンパク質の活性化 V617F 置換を引き起こすようなシグナル伝達に関連する遺伝子の突然変異の場合に当てはまる可能性がある。DNA 損傷応答遺伝子の突然変異は、通常は致死的な細胞毒性ストレス下での HSC の生存と増殖を可能にするという、2 番目のメカニズムを介して作用する可能性が高いと思われる。^[1]

その他のメカニズムは、クローン造血で観察される変異の 80% を占めるエピジェネティック制御因子の破壊に関連している可能性が高い。3 つ目の潜在的な作用メカニズムは、突然変異によって HSC 由来の前駆細胞が成熟血液細胞に分化する能力が低下することである。これにより、前駆細胞は分裂できるが通常の成熟血液細胞は分裂できないため、これらの細胞は通常は停止した後でも分裂を続けることができる。4 つ目の可能性は、突然変異によって前駆細胞とそれらから派生した細胞が分裂を続ける能力において幹細胞に似たものになるということである。前の 2 つの可能性は生理学的結果の点で非常に類似しており、主に DNA レベルで何が起こっているか、つまり分化遺伝子が抑制されるか幹細胞プログラムがアップレギュレーションされるかによって異なる。最後の可能性は、HSC と前駆細胞にエピジェネティック状態の勾配が作成され、最も好ましいエピジェネティクスを持つ細胞が変異していない細胞よりも速く成長できるということである。^[1]

単一の供給源から血液細胞を増やすには、必ずしも突然変異が原動力となる必要はない。クローン造血を示す集団の大部分は、既知の候補駆動遺伝子に識別可能な突然変異を持たない。^{[4] [8]} 1 つの説明として、遺伝可能なエピジェネティック状態の自然発生スペクトルの中に、幹細胞とその子孫の自己再生または増殖を増強するものがあることが挙げられる。^{[8]もう 1 つの説明として、「中立ドリフト」 [31]}のプロセスにより、時間の経過とともにクローン幹細胞集団が優勢になるというものがある。このシナリオでは、すべての幹細胞は同等の増殖能力を持っているが、そのうちのいくつかは確率的に死滅し、残りの細胞の一部が増殖してそれらを置き換えることになる。^{[8] [32]}これは、すべてのプレーヤーが同じ勝率で開始するチャンスゲームに等しい。ゲームが進むにつれて、開始位置が同等であるにもかかわらず、勝者と敗者が現れる。^[32]

クローン造血自体は血液癌とはみなされていないが、この病態が人間の健康に悪影響を及ぼす可能性があるという証拠が増えている。悪性腫瘍関連遺伝子の変異によって定義されるクローン造血を有するものの、疾患の証拠（血球減少症、異形成、骨髄中の未熟な「芽球」細胞など）がない個人のグループを、不確定潜在性クローン造血（CHIP）と分類することが提案されている。^{[1] [3] [33]}血液の2％のクローン関与（単に「クローン」のサイズと呼ばれることもある）が暫定的にカットオフとして提案されているが、より包括的なより低い下限も適切である可能性があるという議論もある。^{[1] [3] [28] [34]}このカットオフは、最終的には、健康に影響を与える前にクローンが特定のサイズに達する必要があるかどうかによって決まる可能性がある。クローンがどの程度のレベルで臨床的な影響を及ぼし始めるかは未解決の問題であるが、クローンの規模が大きいほど健康への影響が大きいことを示唆するデータはすでに存在している。^[5]

クローン造血/CHIPの存在は、血液がんのリスクを高めることが示されており、全体的な死亡リスクの増加と相関しています。^{[4] [5] [8]}これは、既知の候補ドライバーがあるクローン造血の場合と、そのようなドライバーがない場合の両方に当てはまります。^[8]

CHIP が影響を与えることが明確に示されている健康の 1 つの領域は、血液がんへの進行リスクです。特定の年では、一般人口のごく一部が骨髄異形成症候群 (MDS)や AML などの血液がんを発症します。特定の年に MDS を発症するのは 100,000 人あたりわずか 3 ～ 4 人、^[35] 100,000 人あたり 4 人が AML を発症すると推定されています。^[36] CHIP では、MDS や AML などの血液悪性腫瘍を発症するリスクが 10 倍以上増加します。^{[4] [5]}このリスクの増加にもかかわらず、CHIP 患者の血液がんを発症する全体的なリスクは依然として低く、年間約 0.5 ～ 1.0% の転換に過ぎません。^[1]

骨髄悪性腫瘍への転化リスクは、特定の変異とクローンのサイズによって異なります。DNMT3A の単一変異は進行リスクが最も低く、スプライシング因子遺伝子、JAK2、TP53、IDH1、IDH2、FLT3、およびRUNX1 はリスクが最も高くなります。クローン造血リスクスコア (CHRS) は、骨髄悪性腫瘍への進行リスクを推定するために使用できます。CHRS は、高リスク遺伝子の変異の有無、クローンのサイズ、異なる変異の数、大赤血球症( MCV ≥ 100 fL)、大赤血球症(RDW ≥ 15%)、血球減少症 (貧血、好中球減少症、または血小板減少症)、および年齢 ≥ 65 歳に基づいて、高、中、または低リスクを予測します。^[37]

CHIP の影響を受ける可能性がある 2 つ目の健康分野は、心臓発作と脳卒中のリスクです。あるヒト遺伝子データセットでは、CHIP と心臓発作/虚血性脳卒中の強い関連性が特定されており、喫煙者、高血圧、高コレステロール、太りすぎの患者よりも、CHIP が心臓発作/脳卒中の強力な予測因子であることが示されています。相関関係は示されていても因果関係は示されていないこの研究では、CHIP のある人は、CHIP のないマッチした対照群よりも心臓発作を起こす可能性が 2.3 倍高く、血液中の変異対立遺伝子頻度 (VAF、クローンサイズの尺度) ^[38]が 0.10 を超える場合は 4.4 倍高かった。^[5] CHIP を呈し、自己由来幹細胞移植を受けた患者では、心血管疾患による死亡リスクが増加することもわかっています。^{[10]心臓発作と脳卒中に加えて、ヒト研究では、CHIP と}心不全および不整脈との関連性も示唆されています。^{[39] [40]}

CHIPがヒトの心臓発作/脳卒中の原因となるという考えは、マウスのTet2 CHIP遺伝子の障害が動脈硬化の加速につながることを示した2017年の研究によって裏付けられており、^[41]マウスでのこの発見は独立して検証されています。^[11]血液中の体細胞変異が癌のリスクだけでなく心臓発作や脳卒中の原因にもなる可能性は、トップレベルの科学出版物で多くの議論を呼んでいます^{[42] [43]}また、2017年に発表された大規模なマルチコホート研究では、CHIPとヒトの心血管疾患の因果関係が確認されているようです。^[11]

CHIPは、本来は健康であると考えられる人々に対する影響に加えて、特定の疾患の状況にも影響を及ぼす可能性がある。リンパ腫の治療の一環として自家幹細胞移植（ASCT）を受けたCHIPの患者は、CHIPのない患者よりも転帰が悪いことがわかっている。これらの患者の予後が悪いのは、その後の治療関連骨髄腫瘍の増加と心血管疾患による死亡リスクの増加の両方によるものである。^[10] クローン増殖は、加齢に伴う慢性疾患に関係する低レベルの全身性炎症であるインフラメージングと関連している可能性がある。 ^[44]加齢と持続性炎症はどちらも、免疫細胞を補充するために増殖の増加を必要とするため、正常な造血幹細胞を消耗させる。 ^{[45] CHIPは、HIV感染者[46]}と自己免疫疾患の患者で報告されている。^[47]インターフェロン、インターロイキン-6、TNF-α、TGF-β経路はすべて、造血悪性腫瘍に関連する炎症性老化に役割を果たしていると考えられています。 ^[48]

遺伝性骨髄不全症候群は、特にCEBPA、DDX41、GATA2、RUNX1、または SAMD9/9Lの生殖細胞系列変異がある場合に、骨髄悪性腫瘍のリスクを伴います。例としては、 EIF6の変異が異常なp53活性化につながる可能性があるシュバッハマン・ダイアモンド症候群などのリボソーマ症、CSF3R変異が骨髄過剰増殖につながる可能性がある重症先天性好中球減少症、 TERTプロモーターにおける後天性変異を伴う先天性角化異常症やファンコニ貧血などのテロメロパシーなどがあります。^[49]遺伝性DNMT3A変異は、大きな体型と知的障害を特徴とするタットン・ブラウン・ラーマン症候群を引き起こします。^[50]

遺伝性骨髄不全症候群は、骨髄の早期老化の一種です。これらの症候群の患者や高齢患者では、徐々に悪化する造血ニッチ、すなわち造血幹細胞の枯渇に対する適応反応として、クローン造血に関連する変異が発生する可能性があります。変異した幹細胞は、その後、自己複製の利点を獲得します。^[48]

現在、CHIP変異を遅らせたり標的とする治療法はありません。CHIPから血液悪性腫瘍への進行はまれであるという事実と合わせて、医療専門家はCHIPの予防的スクリーニングに反対し、偶発的なCHIP所見に対する定期的なフォローアップを提案しています。^{[1] [3]}

クローン性造血は、無関係な血液疾患である意義不明の単クローン性免疫グロブリン血症（MGUS）や単クローン性B細胞リンパ球増多症（MBL）と比較されることがあります。これらの疾患は、症状がほとんどなく、進行リスクが全体的に低いことに加え、より進行した血液疾患の明らかな誘発因子であるという点でクローン性造血と類似しています。^{[1] [3]}

さらなる変異の獲得により、CHIPは関連する血液疾患であるMDSおよびAMLに変化する可能性がある。^{[3] [33]}意義不明のクローン性血球減少症（CCUS）は次のように定義される^[51]。

• 骨髄または末梢血細胞で検出された骨髄性腫瘍の患者にみられる1つ以上の体細胞変異で、対立遺伝子負荷が2%以上である
• 1つ以上の末梢血細胞系統における持続性血球減少症（4か月以上）
• 骨髄腫瘍の診断基準を満たしていない
• 血球減少症および分子異常の他の原因はすべて除外される

CCUSはCHIPよりもMDS/AMLへの進行リスクがはるかに高い。CCUSで最も頻繁にみられる変異は、エピジェネティック制御因子（DNMT3A、TET2、ASXL1）、RNAスプライシング因子（SF3B1、SRSF2）、TP53、PPM1Dである。^{[48]スプライシング因子はMDS発症の早期に変異し、シグナル伝達経路（} FLT3、PTPN11、RAS）および転写因子（CEBPAおよびRUNX1 ）の変異は後期に発生するなど、変異進行が起こる可能性が高い。^[48]

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