文章題目(mu)：Super-Enhancer Reprograming Driven by SOX9 and TCF7L2 Represents Transcription-Targeted Therapeutic Vulnerability for Treating Gallbladder Cancer

中(zhong)文標題：SOX9和(he)TCF7L2驅動的超增強子重編程(cheng)揭示了膽(dan)囊癌靶(ba)向治療中潛在靶(ba)點

發(fa)表期刊：Advanced Science

影響因子：14.3

發(fa)表時(shi)間(jian)：2024年

研究對(dui)象：膽囊癌(ai)（組織和細胞）

組學策略：ChIP-seq, CUT&Tag, Single-Cell Sequencing, Transcriptome Sequencing

研究背(bei)景(jing)

膽囊癌(ai)(ai)是(shi)一種罕見且(qie)高(gao)度侵襲性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)惡(e)性(xing)(xing)腫瘤，其五年生存率僅為(wei)5%至10%。腺(xian)癌(ai)(ai)占據(ju)大多數(shu)病例(li)，而鱗狀細胞癌(ai)(ai)則相對(dui)少見。目前的(de)(de)(de)(de)外科(ke)手(shou)術和(he)化療僅能提供(gong)姑(gu)息性(xing)(xing)治(zhi)療，幾乎所有患者最終(zhong)均會(hui)因(yin)該病而失去生命。基因(yin)組分析(xi)揭示了如TP53和(he)ERBB2等高(gao)頻突變，但由于GBC的(de)(de)(de)(de)遺傳異質(zhi)性(xing)(xing)，突變靶向治(zhi)療的(de)(de)(de)(de)機會(hui)極為(wei)有限(xian)。因(yin)此，研究(jiu)者亟需探索其他生物學機制，以尋找有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)治(zhi)療策(ce)略。

表觀(guan)遺傳特(te)征，包括(kuo)組(zu)蛋白修飾和染色質可(ke)及性，在(zai)(zai)癌(ai)癥(zheng)中(zhong)(zhong)表現出(chu)顯著變(bian)化，并(bing)(bing)逐(zhu)漸顯示(shi)(shi)出(chu)在(zai)(zai)膽囊(nang)癌(ai)發病機制中(zhong)(zhong)的(de)重要(yao)(yao)作(zuo)用(yong)。增強(qiang)(qiang)子(zi)，尤其是(shi)超(chao)(chao)級增強(qiang)(qiang)子(zi)，在(zai)(zai)調(diao)節(jie)基因表達方(fang)面發揮關鍵作(zuo)用(yong)，并(bing)(bing)與主要(yao)(yao)轉錄因子(zi)形成核心調(diao)控回路。盡管(guan)已知超(chao)(chao)級增強(qiang)(qiang)子(zi)在(zai)(zai)癌(ai)癥(zheng)中(zhong)(zhong)的(de)重要(yao)(yao)性，但(dan)其在(zai)(zai)膽囊(nang)癌(ai)中(zhong)(zhong)的(de)具(ju)體功能尚(shang)未得到充分(fen)探討(tao)。本(ben)研究旨在(zai)(zai)系統分(fen)析膽囊(nang)癌(ai)的(de)超(chao)(chao)級增強(qiang)(qiang)子(zi)景(jing)觀(guan)，揭示(shi)(shi)其調(diao)控網絡，并(bing)(bing)評估超(chao)(chao)級增強(qiang)(qiang)子(zi)靶向轉錄抑制的(de)潛在(zai)(zai)治療效果(guo)。

研究思(si)路

步驟一：為研究膽囊癌(ai)中(zhong)的超級增(zeng)強(qiang)子，本文(wen)分(fen)(fen)析(xi)了多(duo)種膽囊癌(ai)組(zu)織(zhi)和(he)細(xi)胞系樣本中(zhong)H3K27ac的基因組(zu)分(fen)(fen)布，以建立超級增(zeng)強(qiang)子景觀(guan)及(ji)其相關(guan)的核心調(diao)控(kong)網(wang)絡。

步驟二：通(tong)過調控網(wang)絡分析識(shi)別出的(de)(de)兩(liang)個(ge)轉(zhuan)錄因子(zi)(zi)候選因子(zi)(zi)——膽(dan)(dan)道譜系因子(zi)(zi)SOX9和(he)Wnt通(tong)路效應(ying)因子(zi)(zi)TCF7L2，CUT&Tag驗(yan)證二者占據彼此的(de)(de)超(chao)級(ji)增(zeng)強子(zi)(zi)區域，形成相(xiang)互自我(wo)調節回(hui)路，從而驅動(dong)部(bu)分膽(dan)(dan)囊癌中的(de)(de)腫瘤發生性超(chao)級(ji)增(zeng)強子(zi)(zi)的(de)(de)重編程。細胞學實驗(yan)證明SOX9/TCF7L2雙高表達(da)的(de)(de)膽(dan)(dan)囊癌細胞對這兩(liang)個(ge)轉(zhuan)錄因子(zi)(zi)高度(du)依賴，并富含與stemness、ErbB和(he)Wnt通(tong)路相(xiang)關的(de)(de)超(chao)級(ji)增(zeng)強子(zi)(zi)關聯基(ji)因特征(zheng)，并且此類膽(dan)(dan)囊癌細胞的(de)(de)患(huan)者預后顯著較差。

步驟三(san)：建立SOX9/TCF7L2雙(shuang)高表達的膽囊癌臨床(chuang)模型，在體外和體內對超級增強(qiang)子靶向CDK7抑制(zhi)療法表現出敏感性。

研究內(nei)容

1.定義膽(dan)囊(nang)癌的超級增強子(zi)景觀(guan)

為建立膽囊癌基(ji)因組(zu)中活(huo)躍(yue)調(diao)控元件的(de)景觀，我(wo)們采用了CUT&Tag方法，檢測了十個新(xin)鮮冷凍組(zu)織樣本(ben)(ben)中活(huo)躍(yue)增強子標記(ji)H3K27ac的(de)基(ji)因組(zu)分布。這些(xie)樣本(ben)(ben)包括八(ba)個GBC原發腫瘤和兩個慢(man)性(xing)膽囊炎(yan)的(de)良(liang)性(xing)膽囊樣本(ben)(ben)。通過兩種樣本(ben)(ben)比(bi)較，識別出820個GBC特異性(xing)超(chao)級增強子，并(bing)發現與(yu)多(duo)條已知的(de)膽囊惡性(xing)腫瘤信號通路相關。

2.識別(bie)膽囊癌中的(de)超級(ji)增強(qiang)子驅(qu)動(dong)核心調(diao)控網(wang)絡

為了識別(bie)在(zai)膽(dan)囊(nang)癌(ai)(ai)中(zhong)調(diao)控表(biao)(biao)觀遺傳重編(bian)程的(de)核心調(diao)控因子，我們使用“Coltron”算法分析(xi)膽(dan)囊(nang)癌(ai)(ai)和對照樣本(ben)的(de)超級增強子特征，最(zui)終確(que)定了43個膽(dan)囊(nang)癌(ai)(ai)候選(xuan)核心轉錄(lu)因子，其(qi)中(zhong)SOX9和TCF7L2表(biao)(biao)現出相(xiang)互轉錄(lu)依(yi)賴(lai)性。SOX9和TCF7L2在(zai)膽(dan)囊(nang)癌(ai)(ai)中(zhong)的(de)表(biao)(biao)達水平與(yu)H3K27ac信號強度顯著相(xiang)關，表(biao)(biao)明它們可能構成膽(dan)囊(nang)癌(ai)(ai)中(zhong)的(de)關鍵超級增強子驅動膽(dan)囊(nang)癌(ai)(ai)的(de)發生發展。

3.膽(dan)囊癌中SOX9和TCF7L2的超級(ji)增強子自我(wo)調控與相互調控機制

為闡明SOX9與(yu)TCF7L2之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)錄(lu)調(diao)控(kong)機制，我(wo)們采用(yong)了(le)(le)CUT&Tag技術以(yi)映射其在雙(shuang)高表(biao)達(da)(da)NOZ細(xi)胞中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基因組占(zhan)據情況。結果(guo)顯示，兩(liang)(liang)者共同占(zhan)據了(le)(le)各自(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)啟(qi)(qi)動子(zi)(zi)及超(chao)級增強(qiang)子(zi)(zi)，形(xing)成(cheng)相互(hu)自(zi)我(wo)調(diao)控(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)路。對SOX9和TCF7L2超(chao)級增強(qiang)子(zi)(zi)區域的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特征分析表(biao)明，SOX9的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增強(qiang)子(zi)(zi)E2在NOZ細(xi)胞中展現出顯著的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)，且(qie)SOX9與(yu)TCF7L2的(de)(de)(de)(de)(de)(de)共同過表(biao)達(da)(da)進一(yi)步(bu)增強(qiang)了(le)(le)該活(huo)性(xing)。使(shi)用(yong)CRISPR干擾(rao)系(xi)統靶向E2顯著降低了(le)(le)SOX9的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)達(da)(da)，并(bing)抑制了(le)(le)GBC細(xi)胞的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增殖(zhi)，而對SOX9啟(qi)(qi)動子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)靶向則在兩(liang)(liang)種細(xi)胞系(xi)中均抑制了(le)(le)其轉(zhuan)錄(lu)。

4.SOX9與(yu)TCF7L2在膽囊癌中協同(tong)調控超級增強子驅動的轉錄失調

我(wo)們(men)的(de)(de)(de)研究(jiu)表明(ming)，SOX9與TCF7L2形成的(de)(de)(de)核心調(diao)控回路通(tong)過共(gong)同占據膽囊癌特異性超級增強(qiang)子(zi)區域，驅動與發育譜(pu)系和(he)(he)惡性基因(yin)相關的(de)(de)(de)轉(zhuan)錄失調(diao)。在NOZ細胞中(zhong)，我(wo)們(men)識別出大量SOX9和(he)(he)TCF7L2的(de)(de)(de)結(jie)合(he)位點，其(qi)中(zhong)61.6%的(de)(de)(de)超級增強(qiang)子(zi)與兩者重(zhong)疊。抑制SOX9或(huo)TCF7L2顯著(zhu)降低(di)了(le)相關基因(yin)的(de)(de)(de)轉(zhuan)錄水(shui)平，并(bing)影響了(le)ErbB和(he)(he)Wnt信號通(tong)路及干細胞標記基因(yin)的(de)(de)(de)表達。這些(xie)結(jie)果強(qiang)調(diao)了(le)SOX9和(he)(he)TCF7L2在GBC轉(zhuan)錄重(zhong)編(bian)程中(zhong)的(de)(de)(de)重(zhong)要作用。

5.SOX9和TCF7L2表達水(shui)平較高的(de)腫瘤細胞亞群富含(han)膽(dan)囊癌特(te)(te)異性超級(ji)增強(qiang)子基因特(te)(te)征，并且與較差(cha)的(de)預(yu)后顯著相關(guan)

我(wo)們(men)的單細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)轉錄組分析(xi)顯示，SOX9和TCF7L2雙高表達的腫瘤(liu)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)富含膽(dan)(dan)囊(nang)癌特異性超級增(zeng)強子基(ji)因特征(zheng)，并與較差的預(yu)后(hou)相(xiang)關(guan)。通過對單細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)RNA測序數據的再處理，我(wo)們(men)識別出兩種腫瘤(liu)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)亞群(qun)，其中“Cluster_1”表現出更高的SOX9和TCF7L2表達水平，以及(ji)與干細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)維持、ErbB和Wnt信號通路相(xiang)關(guan)的基(ji)因特征(zheng)。這(zhe)些結果強調了SOX9-TCF7L2雙高細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)在膽(dan)(dan)囊(nang)癌中的致惡性作用。

6.SOX9和(he)TCF7L2的(de)表達(da)與(yu)膽囊癌的(de)預后相關

為了(le)驗證SOX9和(he)TCF7L2在(zai)(zai)膽囊(nang)癌中的(de)(de)(de)(de)潛(qian)在(zai)(zai)預(yu)后作用，在(zai)(zai)擴展的(de)(de)(de)(de)臨(lin)床(chuang)(chuang)隊列中通過(guo)免疫組(zu)化分(fen)(fen)析評估了(le)兩(liang)個基因的(de)(de)(de)(de)表達(da)。結果顯(xian)示，這(zhe)兩(liang)個轉錄因子在(zai)(zai)腫瘤組(zu)織中的(de)(de)(de)(de)表達(da)顯(xian)著(zhu)高于配對的(de)(de)(de)(de)腫瘤旁(pang)組(zu)織。盡管SOX9和(he)TCF7L2的(de)(de)(de)(de)表達(da)與(yu)(yu)其他臨(lin)床(chuang)(chuang)病理因素未顯(xian)示顯(xian)著(zhu)關(guan)聯，但較高的(de)(de)(de)(de)表達(da)水平(ping)與(yu)(yu)較差(cha)的(de)(de)(de)(de)總體生存和(he)無復發生存顯(xian)著(zhu)相關(guan)。多變量(liang)分(fen)(fen)析進一步確認，SOX9和(he)TCF7L2的(de)(de)(de)(de)表達(da)獨立(li)地與(yu)(yu)總體生存期顯(xian)著(zhu)相關(guan)，強調了(le)它(ta)們(men)在(zai)(zai)臨(lin)床(chuang)(chuang)分(fen)(fen)層中的(de)(de)(de)(de)重要性。

7.SOX9與TCF7L2雙高(gao)表達的(de)膽(dan)囊癌模型(xing)在體內(nei)和體外均對顯示出對超級(ji)增強子的(de)CDK7抑制(zhi)治療展現出顯著的(de)敏感性

研究(jiu)表明(ming)，SOX9與TCF7L2雙高表達的(de)膽囊(nang)癌模型在體(ti)(ti)內和體(ti)(ti)外(wai)對(dui)針對(dui)超級增強子的(de)CDK7抑(yi)制治(zhi)療(liao)(liao)表現出顯(xian)著敏(min)感(gan)性(xing)。全(quan)基因組CRISPR篩選和體(ti)(ti)外(wai)藥物敏(min)感(gan)性(xing)測試結果均(jun)顯(xian)示，CDK7抑(yi)制劑THZ1有效(xiao)抑(yi)制了多(duo)種膽囊(nang)癌細胞系中的(de)超級增強子驅動轉(zhuan)錄。進一步的(de)體(ti)(ti)內實驗驗證了THZ1的(de)治(zhi)療(liao)(liao)效(xiao)果，顯(xian)著降低了腫瘤(liu)負擔(dan)。這些發現為(wei)治(zhi)療(liao)(liao)較(jiao)為(wei)嚴重的(de)膽囊(nang)癌提供(gong)了新的(de)有效(xiao)策略。

文章總結

本(ben)(ben)文分(fen)析(xi)了(le)多種(zhong)膽囊(nang)(nang)癌(ai)(ai)組織和細胞系樣本(ben)(ben)中(zhong)的(de)H3K27ac分(fen)布，建立了(le)超(chao)級(ji)增強子(zi)的(de)全景圖及其(qi)核心調(diao)控(kong)網絡(luo)。研(yan)究(jiu)發(fa)現，膽道譜(pu)系因(yin)子(zi)SOX9與Wnt通路(lu)效應因(yin)子(zi)TCF7L2共(gong)同占據對(dui)方(fang)的(de)超(chao)級(ji)增強子(zi)區域，形(xing)成相(xiang)互自我調(diao)控(kong)的(de)環路(lu)，從而(er)驅動膽囊(nang)(nang)癌(ai)(ai)中(zhong)的(de)腫瘤(liu)發(fa)生性(xing)超(chao)級(ji)增強子(zi)重編程(cheng)。SOX9/TCF7L2雙(shuang)(shuang)高(gao)表(biao)達(da)的(de)膽囊(nang)(nang)癌(ai)(ai)細胞對(dui)這兩種(zhong)轉錄因(yin)子(zi)高(gao)度依賴，富(fu)含(han)與stemness、ErbB和Wnt通路(lu)相(xiang)關的(de)基因(yin)特征，且這類患者預后(hou)顯(xian)著(zhu)較(jiao)差(cha)。此外(wai)，SOX9/TCF7L2雙(shuang)(shuang)高(gao)表(biao)達(da)的(de)前(qian)臨(lin)床(chuang)(chuang)模(mo)型在體(ti)內和體(ti)外(wai)對(dui)CDK7抑制治療表(biao)現出敏感性(xing)。本(ben)(ben)研(yan)究(jiu)為(wei)部分(fen)預后(hou)較(jiao)差(cha)的(de)膽囊(nang)(nang)癌(ai)(ai)的(de)腫瘤(liu)發(fa)生機制提供了(le)新見解，并(bing)為(wei)未來(lai)臨(lin)床(chuang)(chuang)試驗(yan)中(zhong)的(de)預后(hou)分(fen)層和治療策略指明了(le)方(fang)向(xiang)。