染色质重构抑制前列腺癌的致癌功能：基于染色质区室化图谱的预后标志物发现

《Nature Communications》：Chromatin remodeling restrains oncogenic functions in prostate cancer

本研究针对原发性前列腺癌（PCa）的异质性和预后预测难题，通过4f-SAMMY-seq技术分析初诊患者活检样本的染色质三维结构，首次揭示了染色质高度解区室化（HDD）和低度解区室化（LDD）两种分子亚型。研究发现HDD亚型通过大规模染色质重构抑制细胞外基质（ECM）重塑和上皮-间质转化（EMT）等促癌通路，并基于此开发出18基因转录标志物，在超过900例患者的多队列验证中显著区分预后良好与不良群体。该研究为PCa的早期风险分层提供了新型表观遗传学工具，具有重要临床转化潜力。

　　

前列腺癌（Prostate Cancer, PCa）是全球男性第二高发的恶性肿瘤，其临床进程具有高度异质性——多数患者表现为惰性病程，但约20%会进展为转移性致命疾病。目前，PCa诊断依赖前列腺特异性抗原（PSA）筛查和穿刺活检的病理评估，但由于肿瘤的多灶性（multifocality）和细胞行为的多变性，现有手段难以准确预测哪些患者会发展为侵袭性类型。这种不确定性导致大量惰性患者被过度治疗，而部分高危患者却未能及时干预。近年来，尽管基因组学研究揭示了PCa的驱动突变，但其预后预测价值有限，迫切需要能反映肿瘤细胞可塑性的新型生物标志物。

表观遗传调控，特别是三维基因组（3D genome）结构，在肿瘤进化中扮演关键角色。染色质在细胞核内分层组织为活跃的常染色质（euchromatin）和压缩的异染色质（heterochromatin），其空间区室化（compartmentalization）模式的改变与癌症发生密切相关。然而，此前研究多聚焦于晚期或手术切除的肿瘤样本，缺乏对初诊阶段染色质结构的系统解析。

为此，意大利国家研究委员会（CNR）等机构的研究团队在《Nature Communications》发表最新成果，通过对25例初诊PCa患者的新鲜穿刺活检样本进行多组学分析，首次绘制了早期PCa的染色质区室化图谱。研究团队采用其自主研发的4f-SAMMY-seq技术，该技术能通过染色质可溶性和可及性差异分离并测序不同功能状态的染色质片段，从而在少量细胞（10,000–50,000个）中实现三维基因组架构的高分辨率解析。

关键技术方法概述

研究纳入初诊PCa患者的穿刺活检样本，同步进行4f-SAMMY-seq（染色质分馏测序）、RNA-seq（转录组测序）和流式细胞术分析。通过计算S2L（高可溶性）与S3（低可溶性）片段的基因组分布比值定义“溶解性图谱”（solubility profile），进而识别活跃（A区室）与沉默（B区室）染色质区域。利用差异表达基因（DEGs）分析和基因集富集（GSEA）等功能注释方法，结合独立队列（如TCGA-PRAD）验证染色质衍生标志物的预后价值。

染色质区室化揭示PCa分子亚型

研究团队发现，健康对照组（CTR）的染色质区室模式高度保守，而PCa样本呈现显著异质性。根据区室改变程度，患者被分为LDD（低度解区室化）和HDD（高度解区室化）两个亚群（图2）。HDD患者基因组中约14%的区域发生“B→A”或“A→B”区室转换，且这些改变与组蛋白修饰标记（如H3K27ac、H3K9me3）的相关性显著降低，提示大规模染色质重构。

HDD亚型关联抑癌性转录重编程

转录组分析显示，HDD患者相比LDD有更多基因表达失调（572个DEGs），且上调基因富集于“细胞运动负调控”等通路，下调基因涉及ECM重组和细胞塑性（图3）。值得注意的是，HDD中“B→A”转换区域内的上调基因（如FAS）与凋亡调控相关，而“A→B”区域的下调基因（如PIK3R5）则与PI3K通路等促癌机制有关。此外，Polycomb抑制复合体（PRC2）亚基SUZ12被鉴定为HDD转录表型的关键调控因子。

18基因标志物实现跨队列预后分层

通过对比HDD与LDD的转录谱，研究团队筛选出101个差异基因，并进一步优化为18基因标志物（包括SC5D、IQGAP2等）。基于该标志物构建的“前列腺区室化指数”（PCI）在TCGA队列（499例）中成功将患者分为HDD样（良好预后）和LDD样（不良预后）两组（图4）。多变量Cox回归分析证实，PCI是独立于Gleason评分、肿瘤纯度等临床参数的预后预测因子（HR=0.5, p=0.01）。

标志物表征肿瘤微环境重构

单细胞RNA测序（scRNA-seq）和免疫组化（IHC）验证显示，18基因标志物中的上皮细胞标志（如SC5D）和基质细胞标志（如COL5A1）分别在不同细胞群中特异性表达（图5）。体外共培养实验进一步证明，沉默基质基因（COL5A1、COL18A1等）可显著抑制前列腺癌上皮细胞（VCaP）的迁移能力，提示HDD相关基质特征通过细胞间通讯抑制肿瘤进展。

结论与展望

本研究首次在PCa初诊活检层面建立了染色质三维结构指导的分子分型框架，揭示了染色质大规模重构的抑癌作用。所开发的18基因标志物不仅克服了活检样本肿瘤纯度低的限制，还在多平台（RNA-seq、微阵列）和多队列（>900例）中展现出稳健的预后预测能力。这一发现为PCa的精准医疗提供了新型表观遗传学工具，有望在临床实践中实现更早、更准确的风险分层。