✦
医学科研新动向
✦
Integration across biophysical scales identifies molecular and cellular correlates of person-to-person variability in human brain connectivity
Nature Cancer
<2024年10月30日>
研
究
背
景
乳腺癌作为高度异质性肿瘤，由多种分子亚型构成，不同亚型在基因组、表观基因组和转录网络上表现出显著差异。尽管乳腺癌的分子亚型已通过基因表达（如PAM50分型）得以初步分类，但对于其染色质结构、转录调控及细胞谱系的具体特征尚不清晰。尤其是乳腺癌中基底样、HER2富集和激素受体阳性亚型的起源细胞和谱系特征，迄今仍缺乏全面的表观基因组和单细胞水平的解析。为了进一步明确不同乳腺癌亚型的染色质可及性、关键转录因子及细胞谱系特征，本研究利用多组学手段对多个乳腺癌样本进行染色质和转录组的深入分析，以揭示乳腺癌亚型的分子机制与起源细胞的关系。
研究设计
1. 样本收集：从37位乳腺癌患者的61份肿瘤样本中提取数据，涵盖基底样、HER2富集和激素受体阳性亚型。
核心结果
1：乳腺癌亚型分类与临床特征
通过对37例乳腺癌患者的61份肿瘤样本进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单核RNA测序（snRNA-seq）分析，按PAM50基因分型将乳腺癌分为基底样、HER2富集、Luminal A和Luminal B亚型。
13例三阴性乳腺癌（TNBC）患者大多归入基底样亚型，HER2富集和激素受体阳性样本大部分符合各自的PAM50亚型定义。
基底样亚型表现出高度侵袭性分子特征，HER2富集亚型中则观察到HER2信号通路的显著激活。
使用单核ATAC-seq（snATAC-seq）技术分析不同乳腺癌亚型的染色质开放性，发现基因启动子和增强子区的染色质开放性在不同亚型间存在显著差异。 在基底样乳腺癌中，VIM（波形蛋白）和SOX4（性别决定区相关因子4）基因启动子区域染色质开放性增加，这些基因参与细胞的基底样特征和侵袭性调控。 HER2富集亚型中，ERBB2和GRB7启动子区域开放性显著增强，且染色质开放性与这些基因的高表达水平密切相关，说明这些基因在HER2富集亚型中可能通过染色质结构的开放直接促进其表达和信号传导。
多重成像分析显示，基底样乳腺癌中CD8+ T细胞显著增加且呈现耗竭状态，相关耗竭标志物PD-1和TIM-3的表达在基底样亚型中显著升高，表明免疫抑制在该亚型中显著存在。 在HER2富集亚型中，CD8+ T细胞的耗竭状态较弱，显示出活化标志，提示HER2亚型的免疫微环境中抑制性较低。 这种免疫细胞状态的差异表明不同乳腺癌亚型中的免疫环境存在显著差异，可能反映了肿瘤对免疫逃逸的不同调控机制。
结合染色质开放性和转录调控网络的谱系轨迹分析表明，基底样乳腺癌与基底样祖细胞（LP细胞）特征高度一致。 Luminal A和Luminal B亚型的特征与成熟腺泡细胞（LM细胞）相似，表现出更强的激素受体依赖性，这表明不同乳腺癌亚型的细胞来源具有显著谱系特异性。 这种谱系关联支持了不同亚型与各自起源细胞的紧密关系，从而解释了不同亚型的表观遗传和转录特征。
在基底样乳腺癌中，通过snATAC-seq数据发现BHLHE40和KLF5转录因子的富集，这些转录因子在基底样细胞特征调控中起关键作用，并通过促进细胞增殖和抑制分化增强肿瘤的侵袭性。 在Luminal亚型中，转录因子GATA3和ESR1显示显著富集，ESR1（雌激素受体α）在激素受体阳性乳腺癌中作为主要调控因子，GATA3与腺泡细胞特性密切相关，二者在维持Luminal细胞特性中发挥核心作用。 这些转录因子的富集模式在不同乳腺癌亚型中具有明显的特异性，为不同亚型的分子调控提供了依据。
在基底样乳腺癌中，SOX4和VIM基因的染色质开放性显著增强，其mRNA表达水平相应升高，显示出染色质开放性对基因表达的直接调控作用。 这些基因的高表达与基底样亚型的侵袭性特征相对应，表明染色质结构在该亚型的恶性特征形成中可能具有重要作用。 基底样乳腺癌中染色质可及性与基因表达的相关性进一步提示了表观基因组对侵袭性分子特征的支持作用。
在HER2富集亚型中，ERBB2（HER2编码基因）和GRB7的启动子区域染色质开放性显著增加，显示出高水平的mRNA表达。 这种染色质开放与基因高表达的直接关联表明，HER2信号通路的活性在该亚型中可能受到染色质结构的直接调控。 这些基因在HER2富集亚型中增强的表达和活性促进了该亚型的肿瘤生长特征，为HER2富集亚型的分子调控提供了关键证据。
空间转录组学分析显示，基底样亚型富集了基底细胞谱系的标记物，如VIM和SOX4，表明该亚型更接近于基底样细胞来源。 Luminal亚型中，LM细胞的标记物，如GATA3和ESR1显著表达，进一步表明激素受体阳性乳腺癌来源于成熟腺泡细胞。 不同乳腺癌亚型的谱系标记物特异性支持了不同亚型在细胞起源上的显著差异，为乳腺癌亚型的细胞来源提供了直接证据。
小
结
乳腺癌亚型的分类：通过单细胞测序数据将37位乳腺癌患者的61个样本分为PAM50亚型，验证了TNBC、HER2富集和激素受体阳性乳腺癌的特异性分子特征。 染色质开放性差异：不同乳腺癌亚型在染色质可及性上表现出特异性，基底样亚型富集VIM和SOX4启动子区域的开放性，而HER2富集亚型则在ERBB2和GRB7的启动子区域染色质开放性显著增强。 免疫微环境特征：基底样亚型中CD8+ T细胞显著耗竭，HER2富集亚型中CD8+ T细胞较为活跃，说明不同亚型的免疫抑制状态差异显著。 谱系轨迹关联：基底样乳腺癌与基底样祖细胞（LP细胞）关联紧密，而Luminal亚型更接近成熟腺泡细胞（LM细胞），表明不同亚型具有谱系特异的细胞来源。 转录因子特异性：基底样亚型富集BHLHE40和KLF5，Luminal亚型富集GATA3和ESR1，这些转录因子在亚型特异性基因调控中起核心作用。 基底样亚型染色质调控：基底样乳腺癌中SOX4和VIM的染色质开放性与其高表达相关，揭示染色质结构在侵袭性特征中的直接调控作用。 HER2富集亚型的分子调控：在HER2富集乳腺癌中，ERBB2和GRB7染色质开放性增强，直接促进基因表达，驱动HER2通路活性。 谱系标记物的空间分布：基底样亚型富集基底谱系标记物，而Luminal亚型富集成熟腺泡细胞标记物，明确不同亚型的细胞起源差异。
-END-
文字丨本人点滴积累，如有补充，下方留言即可
（左下角点击“阅读原文”即可获取全文）
