Mol Cancer：北京大学高毅勤等团队合作通过口腔癌的表观遗传特征，揭示染色质结构在癌症发展中的关键作用

表观遗传改变，如染色质结构和DNA甲基化，已在许多肿瘤类型中得到广泛研究。但口腔癌，尤其是口腔腺癌，受到的关注要少得多。

2024年9月6日，北京大学高毅勤、黄岩谊、张建运共同通讯在Molecular Cancer 在线发表题为“Unraveling the key role of chromatin structure in cancer development through epigenetic landscape characterization of oral cancer”的研究论文，该研究结果表明，在两种不同类型的口腔癌中，结构变化既显著又保守，与转录组学改变和癌症发展密切相关。尽管与鳞状细胞癌相比，口腔腺癌的基因组拷贝数改变发生率低得多，甲基化改变程度也小得多，但结构变化仍然明显。

研究结合激光捕获显微解剖和多组学小批量测序来系统地表征口腔癌的表观遗传景观，包括染色质结构、DNA甲基化、H3K27me3修饰和基因表达。在癌变过程中，肿瘤细胞表现出重组的染色质空间结构，包括受损的室结构和改变的基因-基因相互作用网络。在非恶性的癌旁细胞中观察到一些结构改变，而在正常细胞中却没有。研究开发了变压器模型来确定单个基因组位点的癌症倾向，从而确定每个样本的致癌状态。对癌症表观遗传景观的深入了解提供了证据，证明染色质重组是口腔癌进展的重要标志，这也与基因组改变和DNA甲基化重编程有关。特别是，在癌症和正常样本中，癌细胞中频繁的拷贝数交替区域与强空间绝缘有关。口腔鳞状细胞癌的异常甲基化重编程与染色质结构和H3K27me3信号密切相关，而H3K27me3信号进一步受到固有序列特性的影响。研究期望通过对不同类型和亚型原发性口腔肿瘤表观遗传重编程的综合分析，为设计新的口腔癌检测和治疗方法提供额外的指导。

口腔鳞状细胞癌(OSCC)和腺样囊性癌(AdCC)占口腔恶性肿瘤的多数，其主要原发部位分别为上皮和唾液腺。OSCC也是头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)中最常见的一类，每年占全球新诊断癌症病例的1.8%。OSCC患者的5年总生存率约为50%。AdCC是一种较为罕见的癌症类型，仅占头颈部肿瘤的1%，占唾液腺肿瘤的10%。虽然AdCC进展相对缓慢，但它也是一种无情的癌症。5年生存率约为60%。显微镜下，AdCC的肿瘤细胞主要排列为筛状和实状两种形态。关于AdCC的分子机制，特别是它的表观遗传知之甚少。

多年来，肿瘤细胞的遗传和表观遗传变化已被广泛研究。它们被发现在许多方面与肿瘤的发展有关。遗传变异，如单点突变、基因融合、重复、缺失，以及大范围的拷贝数变异和易位，都有可能直接影响基因的表达水平或改变下游蛋白质的功能。在OSCC中，经常发生突变的基因主要是肿瘤抑制基因(TSGs)，如TP53、CDKN2A、FAT1、NOTCH1，而AdCC的外显子体细胞突变率较低。在肿瘤细胞中经常观察到异常的DNA甲基化，许多研究集中在与高甲基化相关的肿瘤抑制基因的转录抑制和与低甲基化相关的癌基因的激活上。此外，越来越多的证据表明，染色质三维结构在调节基因功能和细胞状态以及癌症发展中起着至关重要的作用。在结肠癌中，观察到开放和封闭基因组区室的空间划分受损，这可能抑制干性和侵袭程序。在T系急性淋巴细胞白血病(T-ALL)和急性髓性白血病(AML)中也发现了亚型特异性染色质结构。此外，由结构变异诱导的劫持增强子被证明与AML细胞生长有关。

不同类型正常细胞和肿瘤细胞的实验程序（图源自Molecular Cancer ）

虽然表观遗传重编程在肺癌、结肠癌和白血病等几种恶性肿瘤中有部分特征，但对口腔癌，特别是AdCC的了解较少。此外，由于已知肿瘤组织具有高度异质性，因此对大块组织的高通量测序测量可能会引起对细胞类型组成不明确的担忧。与原代组织相比，细胞系具有细胞纯度高、易于获取等优点，在癌症研究中得到了广泛的应用。然而，据报道，它们的性质在许多方面与原发性癌细胞不同。因此，研究将激光捕获显微解剖(LCM)和多组学小批量测序相结合，利用精确采样的优势，系统地表征口腔癌的表观遗传。研究对401例原发肿瘤、癌旁正常腺体和上皮样本进行了原位高通量染色体构象捕获(Hi-C)、全基因组酶甲基化测序(EM-seq)、H3K27me3的靶下切割和标记(CUT&Tag)和RNA-seq。这些样本来自27例AdCC患者和24例OSCC患者，能够全面了解正常到肿瘤细胞的表观遗传重编程，两种口腔恶性肿瘤之间的差异，以及AdCC不同的亚型。

研究发现染色质结构和DNA甲基化都表现出组织和肿瘤类型的特异性。口腔癌细胞中的染色质表现出远程接触减少和区隔化减弱，导致空间基因相互作用(GGIs)改变。在之前的研究中发现组织特异性GGI网络与转录调控和下游蛋白-蛋白相互作用密切相关。后者已被发现直接影响癌细胞表型。因此，研究从网络的角度描述了AdCC和OSCC的异常GGIs的蓝图，以及中心性特征。研究还发现了保守拷贝数改变(CNA)事件。有趣的是，CNAs显示出与染色质结构的密切联系，因为它们倾向于出现在癌症和正常样本中空间分离的基因组区域。在DNA甲基化方面，发现OSCC具有全局异常DNA甲基化的特征，而AdCC几乎没有变化。研究试图研究异常甲基化变化的原因，包括甲基转移酶水平、细胞分裂史、染色质结构和H3K27me3的空间分布。

参考消息：

https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-024-02100-0