引言：在骨髓增生异常综合征(MDS)中发现了反复突变的基因和染色体异常。MatteoBersanelli博士将这些基因组特征整合到疾病分类和预测中。方法回顾性分析例患者。利用贝叶斯网络和狄利克雷程序，将47个基因的突变与细胞遗传学异常结合起来，以确定遗传关联和亚群。随机效应Cox比例风险多状态建模用于发展预后模型。对例患者进行了独立验证。

01

Introduction

骨髓增生异常综合症（MDS）是异质性克隆性造血系统疾病，其特征是外周血细胞减少症和发展为急性髓细胞性白血病（AML）的风险增加。WHO提供的当前疾病分类主要使用形态学特征来定义MDS类别，从而导致亚型之间的临床重叠以及评估骨髓发育不良时观察者间的可重复性低。

MDS的发展是由涉及RNA剪接，DNA甲基化，染色质修饰，转录调控和信号转导的基因突变驱动的。染色体异常也有助于MDS病理生理。尽管最近在了解疾病生物学方面取得了进展，但具有单独的5q缺失的MDS是WHO分类中由特定基因组异常定义的唯一类别，迄今为止，仅报道了很少的基因型表型关联，主要是指SF3B1基因突变与具有环铁粒母细胞的MDS亚型。

在骨髓恶性肿瘤中，通过引入更接近疾病生物学并更好地捕获临床病理学实体的基因组特征，对基于临床和形态学标准的分类进行了补充。在这项研究中，我们旨在定义MDS的新基因组分类，并改善基于临床参数从系统到包括基因组信息的模型的个体预后评估。

02

Result

MDS的遗传学图谱

研究了来自EuroMDS联盟的名MDS患者。其中有例患者（59％）具有正常的核型，而例（32％）则表现出染色体异常。在47个髓系肿瘤相关基因中鉴定出45个突变。共有1,名患者（80％）出现一个或多个突变（中位数为2；范围为1-17）。仅有6个基因在超过10％的患者中发生突变，其中5个额外的基因在5％-10％的患者中发生了突变，另外36个基因在少于5％的患者中发生了突变（图1）。

图1：(A)EuroMDS队列中突变和染色体异常的频率(N=)，根据突变类型分层(错义、无义、影响剪接位点等)。插入和删除(del)的分类依据是它们是否导致密码子阅读帧的移位(1或2碱基对[bp])或在帧内。剪接因子基因的突变频率最高(49%)，其次是DNA甲基化相关基因(37.9%)、染色质和组蛋白修饰基因(31.3%)、信号基因(28.5%)、转录调控基因(24%)、肿瘤抑制基因(11.1%)和黏结复合体基因(7.6%)。(B)EuroMDS队列中基因反复突变和染色体异常的频率，根据年世卫组织标准按MDS亚型进行分解。(C)EuroMDS队列中驱动突变的VAF，按基因和基因功能分解(线图报告中位数，25-75百分位和范围);x-连锁基因(ATRX、BCOR、BCORL1、PHF6、PIGA、SMC1A、STAG2、UTX和ZRSR2，图中星号突出)的VAF在男性患者中减半。(D)基因组异常(突变和染色体异常)数目与结果(总生存率)之间的关系。MDS、骨髓增生异常综合征;MDS5q-，5号染色体长臂缺失的MDS;MDS-EB1，原细胞过多的MDS,1型;MDS-B2，原细胞过多的MDS,2型;MDS-mld,MDS伴多血统发育不良;MDS-RS-MLD、带环铁母细胞的MDS及多系异型增生;MDS-RS-SLD、带环铁母细胞的MDS和单系异型增生;MDS-SLD,MDS伴单系发育不良;变异等位基因频率。

克隆突变与亚克隆突变的突变获取顺序和预后价值

剪接和DNA甲基化较早发生，而与染色质修饰和信号转导有关的基因突变通常较晚发生。总共有14个基因，其突变与更差的预后相关，而基因SF3B1与更好的预后相关。变异等位基因分数用于估计携带给定突变的肿瘤细胞的比例，并鉴定克隆或亚克隆突变。其中，58％的患者仅显示克隆突变，而42％的患者被发现同时具有克隆和亚克隆突变。对于大多数研究的基因，在克隆和亚克隆突变之间没有观察到生存率的显着差异，这突出了在预测模型中包含亚克隆突变信息的重要性。

骨髓增生异常综合征基因组关联和亚群的鉴定

基因与细胞遗传学异常之间的成对关联揭示了正向和负向关联的复杂情况。通常，剪接基因的突变是互斥的。SF3B1突变与TP53突变互斥，而它们与JAK/STAT通路突变共存。SRSF2突变与TET2，ASXL1，CBL，IDH1/2，RUNX1和STAG2突变同时发生。U2AF1突变与7号和20号染色体异常以及NRAS突变共同发生。TET2突变与SRSF2和ZRSR2突变同时发生。DNMT3A突变与ASXL1突变互斥，而它们与BCOR，IDH1和NPM1突变同时发生。5q缺失经常作为单个基因组异常出现，但观察到它与TP53突变以及复杂核型的几个单个细胞遗传学组成共存。（附录）

骨髓增生异常综合征基因组分类的定义

通过分层聚类分析，获得了根据特定基因组特征定义的八组。在多数组中，主要的基因组特征包括剪接基因突变。其中确定了两组（1和6），主要特征是SF3B1突变，存在环状铁粒母细胞和输血依赖性贫血。第6组包括具有环形铁粒母细胞和独立的SF3B1突变（除TET2、DNMT3A和JAK/STAT通路基因等突变模式外）的患者，这些患者的特征在于孤立性贫血，血小板计数正常或较高，单系或多系发育异常以及骨髓母细胞百分比低（中位数为2％）。第1组包括伴SF3B1的患者，在其他基因（ASXL1和RUNX1）中同时存在突变，其特征在于与第6组相比，轻度中性粒细胞减少症和血小板减少症，多谱系异型增生和较高的骨髓母细胞比例相关的贫血（7％vs2％，P.）。

在3和5组中，主要的基因组特征由SRSF2突变为代表。在这些组中，最常出现的染色体异常是8号染色体三体。第3组包括SRSF2和伴随的TET2突变的患者。患者表现出单血细胞减少症（大多数情况下为贫血），相对于其他组的单核细胞绝对计数更高（P.）。骨髓特征包括多谱系发育异常和母细胞过多（中位数为8％）。第5组的特征是SRSF2突变和其他基因（ASXL1，RUNX1，IDH2和EZH2）共突变。患者出现两个或更多的血细胞减少症，多谱系发育异常和原始细胞扩增（中位值为11％；相对于第3组，明显更高；P.）。

第4组的主要特征包括与20q缺失和7号染色体异常相关的U2AF1突变。相对于其他组，患者表现出更高的输血依赖性贫血发生率（P从.到.）。在大多数情况下，骨髓的特征包括多谱系发育不良和母细胞扩增。第2组的特征在于TP53突变和/或复杂的核型。在大多数患者中，存在两个或多个血细胞减少症（具有较高的输血依赖性）和原始细胞扩增。

第7组包括具有AML样突变模式（DNMT3A，NPM1，FLT3，IDH1和RUNX1基因）的患者。患者的特征是两个或多个血细胞减少症（具有较高的输血依赖性）和原始细胞扩增，在大多数情况下（83％）为15％至19％。最后，第0组包括没有特定基因组谱的MDS。这些患者的特征是年龄较小，贫血，骨髓细胞正常或减少（相对于年龄调整后的正常范围），无环状铁粒母细胞和骨髓母细胞百分比低（中位数为2％）。（附录）

骨髓增生异常综合征基因组分类在预测生存率和对特定治疗的反应中的临床相关性

基于基因组的MDS组表现出不同的生存率（P0.），表明基因组特征的整合可以提高捕获预后信息的能力。以SF3B1突变为特征的第1和第6组相对于第2、3、4、5和7组（P为.至.）表现出更好的存活率，而单独列出的SF3B1（第6组）与较好预后结果相关：SF3B1具有共突变模式（组1，P=.）。包括无特定基因组异常患者的第0组也与良好的预后相关（对于第2、3、4、5和7组，P从.至.）。由剪接SF3B1以外的突变定义的组显示较差的存活率；其中，第5组（SRSF2突变与其他基因中同时存在的突变）与不良结局相关（对于第0、1、4和6组，P为.至.）。第2组（包括TP53突变和复杂核型的患者）显示出最差的预后（P为.至.）。包括AML样突变的患者在内的第7组显示出较高的白血病演变率，并且预后也较差（相对于第1、3和6组，P分别为.）。最后，在孤立性5q缺失患者中，无突变或单突变的患者相对于有两个或多个突变或TP53突变的患者预后更好（P=.）。之后测试了根据基因组特征对MDS患者进行分组是否可以提供有关对特定治疗的反应的信息。重点研究了例接受了同源异体移植的患者和例接受了低甲基化药物治疗的患者。由于无法分析特定患者的回顾性队列，基于基因组特征的MDS组不能确定使用低甲基化药物后未存活的不同可能性（未显示），但是它们能够显着地将移植后的结果分层（图2）。SF3B1相关组（第1和第6组），具有AML样突变的MDS（第7组）和无特定基因组异常的MDS（第0组）在移植后显示出更好的结局，而由TP53突变和/或复杂核型定义的组（第2组）和U2AF1突变（第4组）与较高的移植失败率相关（图2）

图2：(A)EuroMDS队列异体移植后总生存率。根据特定的基因组特征对患者进行分层。共有例具有完整的移植程序和临床结果信息的病例进入分析。(B)不同基因型MDS组的生存概率比较(P值采用log-rank检验)。急性髓系白血病;MDS,骨髓增生异常综合症。

基于临床和基因组特征的个性化预后评估

通过结合63种临床和基因组变量的随机效应Cox多状态模型，用以估计个性化的生存概率。首先，人口统计学特征（年龄和性别）具有较高的预测预后能力。基因突变和共突变模式增加了细胞遗传学的预后能力。临床特征（骨髓原始细胞和贫血的百分比）仍然保留了强大的生存独立预测能力，这表明这些变量反映了疾病状态的重要特征，而基因组图谱并未捕获这些特征（图3）。而随机效应Cox多状态模型能够生成与EuroMDS队列中观察到的结果密切相关的生存预测（表1）。内部交叉验证分别显示了训练（67％的患者）和测试（33％的患者）的生存子集的一致性为0.74和0.71。该模型显示出优于常规评分系统的性能（在EuroMDS队列的训练和测试子集中，年龄调整后的IPSS-R一致性分别为0.62和0.65）。在图4中，举例说明了使用EuroMDS队列中的患者获得个性化生存预测的计算示例；根据年龄校正后的IPSS-R，在两名具有相同临床表型和相似预测预后的患者中，随机效应Cox多状态模型能够捕获其他预后信息并有效地预测临床结果。（附录）

图3：不同预后因素对总生存率的可解释变异的比例。

表1：(A)随机效应Cox比例风险多状态模型(CoxRFX)与IPSS-R在训练检验方法上的一致性比较。(B)CoxRFX模型和年龄调整IPSS-R在训练验证方法上的一致性

图4：个性化使用多态总体生存预后预测模型包括临床和基因特征及其相互作用的两个病人EuroMDS队列(标记为病人和病人B),都归类为MDSmultilineage异生根据年分类,属于低风险组根据年龄调整修订版本的国际预后评分系统(IPSS-R)。使用目前可用的预后预测，这两名患者的临床病程不明显，没有显著的疾病演化和死亡风险(在EuroMDS队列中，Kaplan-Meier曲线显示低风险年龄调整IPSS-R的中位生存期为79个月)。在观察突变谱时，这些患者的驱动突变涉及不同的剪接因子基因:患者A携带SF3B1突变，而患者B携带SRSF2突变。患者A按基因组学分类为6组，患者B按基因组学分类为5组。因该模型预测患者a(SF3B1突变)比患者B(SRSF2突变)有更好的生存概率。事实上，患者B在确诊后16个月因白血病进化而死亡，而患者a在随访60个月后仍然活着，没有疾病进展的证据。IPSS-R未能捕捉到这种临床结果的差异。

附录

附录

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03

Conclusions

RNA剪接是MDS中最常见的突变途径，发生在疾病发展的早期。这些突变在确定疾病表型方面起主要作用，其形态学特征和存活率存在差异。剪接突变也可能影响该疾病的后续基因组进化，因为合作突变的模式在SF3B1，SRSF2和U2AF1基因之间是不同的。总体而言，这些发现表明在MDS中进行基因组分类是可取的。根据特定的基因组特征确定MDS的八个亚组。WHO亚型在这些新的基因组类别中异质分布，这表明当前的分类无法捕获独特的MDS生物学特征。SF3B1突变定义了一种特定的MDS亚型，其特征是环铁粒幼细胞，低原始细胞计数和良好的预后。在SF3B1突变的患者中，JAK/STAT通路共存突变可以诱导骨髓增生性表型的获得。独特的疾病亚型包括具有SF3B1突变和其他基因（RUNX1和ASXL1）并存突变的患者，其特征是多谱系发育不良。该疾病亚组与较差的预后相关。SRSF2和U2AF1突变可识别具有特定共突变模式，血液学表型和相对于SF3B1定义的类别降低的生存可能性的独特疾病亚型。

具有TP53突变和复杂核型的亚组的预后很差。AML和骨髓增生性肿瘤中也鉴定出了同一亚组。我们确定了一种MDS亚型，其中包括在denovoAML中反复描述的具有突变的病例；该类别显示出非常高的白血病转化风险和不良预后，表明从生物学的角度来看，当前20％的骨髓原始细胞阈值可能不适合识别不同的疾病实体。此外，在没有特定基因组特征的人群中，患有骨髓细胞减少症的患者比例很高。这些MDS显示出与再生障碍性贫血重叠的临床特征。这些发现表明，基因组分类可以超越MDS的范围，并有助于对与其他髓样病况（当前形态学标准通常不充分）相邻的病例进行分类。关于预后，研究显示，包含基因突变和共突变模式可显著改善IPSS-R的患者预后，IPSS-R仅考虑细胞遗传学异常。并且，基因组特征与预测移植后生存率相关，实验结果支持将这些信息纳入MDS移植决策的理论基础。