Cell |骨质流失的真相！DNMT3A突变以及克隆性造血_

INTRODUCTION

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研究介绍

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研究背景

Background

骨髓中造血干细胞负责免疫细胞的生成。有的时候，造血干细胞会突变并获得增值优势，从而实现更快速的克隆扩增。表现为白细胞占比过高并且可被遗传给后代。在排除其他血液病的前提下，这种情况被称为意义不明的克隆性造血（clonal hematopoiesis of indeterminate potential,CHIP）（图1）。其中, DNA甲基转移酶-3A（DNMT3A）突变是最常见的突变。除了各种循环系统疾病以外，CHIP会引发骨质流失相关的疾病，如牙周炎和关节炎。

图1：意义不明的克隆性造血、牙周炎以及关节病

研究目的

Objectives

这项研究的目的在于通过调查与实验证明CHIP-DNMT3A突变和骨质流失的关系。其意义在于证明牙周炎、关节炎由于CHIP-DNMT3A造成的潜在发病因素，以及CHIP-DNMT3A引发的适应不良性造血可用雷帕霉素进行治疗。

METHODS

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研究方法

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骨髓移植

bone marrow transplantation

将10%的Dnmt3aR878H/+的小鼠骨髓细胞和90%野生型小鼠骨髓细胞移植入实验组小鼠体内。将10%的Dnmt3a+/+的小鼠骨髓细胞和90%野生型小鼠骨髓细胞植入对照组小鼠体内作为。在骨髓移植后的4至12周内，每隔一周对对照组和实验组进行血样分析，比对免疫细胞的扩增情况，炎症活性。并且分析小鼠的骨质变化，评估牙周健康。(图2)

12周后，对照组和实验组被人为引发牙周炎或关节炎，在此期间比较对照组和实验组的免疫细胞的扩增、炎症活性、牙周炎和关节炎的严重程度。(图2)

图2：实验流程（A）、Dnmt3aR878H/+扩增（B）、炎症反应（C）与牙周炎的观测(D)。

实验组小鼠的血细胞计数明显增加，而对照组小鼠的血细胞技术没有明显变化。同时，对照组的免疫细胞占比均高于实验组的同类细胞。而且对照组和实验组的白细胞计数没有明显差距。实验组小鼠的肿瘤坏死因子和干扰素浓度显著增加。血清中相同的细胞因子以及白细胞介素升高。通过评估小鼠牙周健康发现，对照组的牙周健康程度明显恶化，同时在牙龈组织中的促炎细胞因子和促破骨因子的mRNA表达升高。（图3）

实验组牙龈组织中的中性粒细胞、单核细胞和T细胞、破骨巨噬细胞的丰度与对照组相比显著增加。此外，实验组中性粒细胞的活性氧产量增加。中性粒细胞与单核细胞的趋化因子、配体或趋化蛋白表现出相当高的趋化能力。另外，实验组小鼠的牙龈髓细胞表现出更高的mRNA炎症因子的表达。（图3）

总之，CHIP-DNMT3A突变导致全身炎症反应和免疫细胞克隆扩增。（图3）

图3：Dnmt3aR878H/+扩增对免疫细胞(A、B、C)、骨质（D、E、F）、炎症反应（G）、活性氧的强度（H）、趋化因子（I）、mRNA表达（J）的影响。

雷帕霉素治疗

Rapamycin treatment

将Dnmt3aR878H/+小鼠分为对照组和实验组。实验组口服摄入雷帕霉素。收集雷帕霉素对于Dnmt3aR878H/+小鼠的免疫细胞扩增、牙周炎、以及骨质影响。（图4）

在雷帕霉素的研究中，未接受雷帕霉素的对照组相比，雷帕霉素明显抑制了免疫细胞的扩增、破骨因子mRNA的表达、骨质流失以及牙周病的恶化。(图4)

图4：免疫细胞扩增(H)、破骨因子mRNA表达(G)、骨质(I)以及牙周炎（J）所受到受到雷帕霉素的影响。

FINDINGS

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研究发现

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该研究表明，小鼠中DNMT3A驱动的CHIP会导致自然发生的牙周炎症和骨质流失。

当雷帕霉素通过口服被小鼠摄入时，可以抑制血细胞扩增、减轻牙周炎症和骨质流失。

DISCUSSION

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研究讨论

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局限性：

此项实验不能排除CHIP和牙周炎之间的双向关联，因为牙周炎相关的炎症在原则上会加剧CHIP，从而造成恶性循环。

尽管用雷帕霉素治疗小鼠阻断了CHIP-DNMT3A突变克隆的异常扩增及其对炎症性骨质流失的不利影响，但此药物在临床运用于人类身上的安全性无法确定。

参考文献

Wang, H., Divaris, K., Pan, B., Li, X., Lim, J. H., Saha, G., Barovic, M., Giannakou, D., Korostoff, J. M., Bing, Y., Sen, S., Moss, K., Wu, D., Beck, J. D., Ballantyne, C. M., Natarajan, P., North, K. E., Netea, M. G., Chavakis, T., & Hajishengallis, G. (2024). Clonal hematopoiesis driven by mutated DNMT3A promotes inflammatory bone loss.Cell, S0092-8674(24)00492-6. Advance online publication. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.05.003

PROFILE

王辉

宾夕法尼亚大学病理学与检验医学博士后研究员。华东农业大学研究生，宾夕法尼亚生物科技集团顾问。