Острый миелоидный лейкоз: первые мутации за полвека до диагноза

Острый миелоидный лейкоз может проявиться внезапно и развиваться очень быстро. Но история клеток, из которых возникает эта болезнь, иногда начинается за десятилетия до первых симптомов. Согласно новому исследованию, опубликованному в Nature, у двух третей будущих пациенток первая мутация, способствовавшая развитию заболевания, предположительно появилась ещё до 20 лет.

В среднем более чем за полвека до постановки диагноза.

Причём учёные смогли восстановить эту историю по образцам крови, которые первоначально собирали совершенно для другой цели.

Архив крови, который позволил заглянуть в прошлое

В Великобритании много лет проводилось масштабное исследование скрининга рака яичников. Десятки тысяч женщин регулярно сдавали кровь, а образцы сохранялись для последующего анализа.

Спустя годы выяснилось, что некоторые участницы заболели острым миелоидным лейкозом (ОМЛ). И у исследователей появилась редкая возможность: изучить кровь этих женщин за много лет до того, как у них обнаружили заболевание.

Команда Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона проанализировала 249 образцов, полученных от 47 женщин, впоследствии заболевших ОМЛ. Для сравнения использовали образцы 46 женщин того же возраста, у которых заболевание крови не развилось.

У некоторых участниц сохранились ежегодные образцы за период до десяти лет, причём самые ранние были взяты за 15 лет до диагноза. Медианный возраст пациенток на момент обнаружения лейкоза составлял 72 года.

Обычный генетический анализ мог бы показать, какие мутации присутствовали в крови в определённый момент. Здесь же удалось проследить, как менялась доля клеток с каждой мутацией от года к году.

Для этого применили высокочувствительное дуплексное секвенирование ДНК, позволяющее выявлять редкие мутации и снижать вероятность ошибок чтения. Затем с помощью математических моделей исследователи восстановили последовательность появления мутаций и оценили скорость размножения клеток, которые их несли.

Получилась своеобразная история эволюции крови, записанная в последовательных образцах.

Почему первая мутация ещё не означает рак

Кроветворение поддерживается стволовыми клетками костного мозга. Если в одной из них возникает мутация, которая даёт ей преимущество в размножении или выживании, её потомки постепенно могут занять всё большую долю кроветворной системы.

Такая группа клеток называется клоном, а увеличение её численности — клональной экспансией.

С возрастом подобные клоны обнаруживаются у многих людей, не страдающих лейкозом. Это явление известно как клональный гемопоэз.

В новом исследовании мутантные клоны обнаружили у 72% женщин из контрольной группы и у 89% будущих пациенток с ОМЛ. Само наличие мутации, следовательно, плохо отделяет людей с высоким риском от тех, кто никогда не заболеет.

Разница оказалась прежде всего в том, как развивались клеточные популяции.

Ранние мутации обычно давали клеткам относительно небольшое преимущество. Клон рос медленно, иногда удваивая численность лишь раз в несколько лет. Он мог существовать десятилетиями, не нарушая нормального кроветворения.

У многих будущих пациенток первая такая мутация, согласно математической реконструкции, возникла ещё в первые десятилетия жизни. У двух третей — до 20-летнего возраста.

Здесь есть принципиальное различие: исследователи не находили эти мутации непосредственно в детских образцах крови. Их предполагаемый возраст был рассчитан по более поздним измерениям и моделям роста клонов. Поэтому речь идёт об оценке времени возникновения ранних предраковых изменений, а не о существовании самого лейкоза с детства.

По мере накопления дополнительных мутаций ситуация менялась.

Каждое следующее значимое генетическое изменение в среднем сопровождалось увеличением темпа роста клона примерно в два-три раза. Некоторые клеточные популяции, накопившие четыре такие мутации, удваивались уже за недели или месяцы.

В одном из подробно разобранных случаев первый мутантный клон, предположительно возникший примерно в 39 лет, удваивался каждые 2,4 года. Спустя почти 30 лет его потомки приобрели дополнительные мутации, после чего время удвоения сократилось примерно до восьми недель.

Именно такая последовательность помогает понять, почему болезнь, имеющая длительную предысторию, способна проявиться столь стремительно.

Когда один клеточный клон захватывает кроветворение

Исследователи обнаружили ещё одну особенность, которая может оказаться особенно полезной для оценки риска.

У части будущих пациенток один мутантный клон задолго до диагноза практически вытеснял остальные клеточные популяции. Такой процесс называют селективным замещением, или somatic sweep.

Он означает, что подавляющая часть кроветворения начинает происходить от одной стволовой клетки-предшественницы, потомки которой получили преимущество перед конкурентами.

Признаки подобного замещения присутствовали как минимум у трети женщин, впоследствии заболевших ОМЛ. В контрольной группе таких событий не обнаружили.

Дополнительный анализ данных британского биобанка UK Biobank подтвердил сильную связь подобного преобладания мутантного клона с повышенным риском последующего миелоидного лейкоза.

Есть и любопытная техническая деталь. Когда мутация обнаруживается в очень большой доле клеток крови, стандартные алгоритмы генетического анализа иногда принимают её за наследственный вариант ДНК и исключают из рассмотрения. Таким образом, потенциально значимый признак риска может остаться незамеченным.

Но даже столь выраженное преобладание клона не означает неизбежного развития рака. Чтобы оценивать индивидуальный риск, необходимо учитывать конкретные мутации, их сочетания, динамику роста и другие факторы.

Можно ли остановить лейкоз до его появления?

Наиболее перспективный результат работы связан с относительной предсказуемостью роста клонов.

Несмотря на сложные взаимодействия между клеточными популяциями, многие наблюдаемые изменения удалось описать достаточно простой эволюционной моделью. Зная скорость роста клона и его конкурентов, исследователи могли воспроизвести динамику их распространения в течение многих лет.

Это открывает возможность не просто обнаруживать потенциально опасные мутации, но и наблюдать, насколько быстро растут несущие их клетки.

Авторы также рассматривают возможность профилактического вмешательства: если удастся безопасно замедлить размножение клона высокого риска, за годы до предполагаемого диагноза это может существенно изменить вероятность развития заболевания.

Пока это результат моделирования и направление для будущих клинических исследований, а не доказанная стратегия профилактики ОМЛ.

У работы есть существенные ограничения. Основная группа включала всего 47 женщин, а даты ранних мутационных событий были восстановлены математически. Исследование охватывало не все возможные генетические изменения. Кроме того, примерно в 21% случаев подозрительные клеточные популяции становились обнаружимыми лишь за один-два года до диагноза либо не выявлялись использованным методом раньше.

Следовательно, не каждый случай лейкоза обязательно имеет одинаково длительный и доступный для обнаружения предраковый период.

Тем не менее восстановленная картина существенно уточняет представление о развитии ОМЛ. Первые мутантные клоны могут возникать в молодом возрасте, десятилетиями медленно расширяться, конкурировать между собой и лишь после приобретения дополнительных генетических изменений получать преимущество, способное привести к злокачественному заболеванию.

Образцы крови, которые когда-то собирали для исследования рака яичников, позволили проследить эту последовательность задним числом. И оказалось, что самые ранние события в истории некоторых случаев лейкоза происходили за полвека до того, как болезнь получила своё название в медицинской карте.