HPV阳性头颈鳞癌中超级增强子驱动的表观遗传调控网络与治疗新靶点

《iScience》：Epigenetic profiling reveals key super-enhancer networks driving oncogenesis in HPV-positive HNSCC

本研究针对HPV阳性头颈鳞癌(HNSCC)表观遗传调控机制不清的问题，通过H3K27ac ChIP-seq绘制超级增强子(SE)图谱，发现肿瘤特异性SE域(T-SED)富集TP63、FOSL1等关键转录因子。BRD4抑制剂JQ1可显著抑制T-SED邻近基因表达，证实SE网络驱动致癌通路。该研究为HPV+HNSCC提供了新的表观遗传治疗策略。

头颈鳞状细胞癌(HNSCC)是全球第六大常见癌症，其中约三分之一病例由高危型人乳头瘤病毒(HPV)感染引起。与传统HPV阴性患者相比，HPV阳性头颈癌患者呈现年轻化、吸烟史较少的特点，虽然预后相对较好，但常规治疗导致的功能损伤严重影响生活质量。令人困惑的是，HPV阳性头颈癌的基因突变相对有限，而表观遗传失调却异常显著，这提示表观遗传调控可能在该疾病发生发展中扮演关键角色。

超级增强子(SE)作为基因组上的重要调控元件，能够通过形成染色质环远距离调控基因表达，在细胞分化和癌症发展中发挥核心作用。然而，HPV阳性头颈癌中超级增强子的具体功能及其与转录因子(TF)的相互作用网络仍不清楚。解决这一科学问题对开发新型靶向治疗策略具有重要意义。

为解决上述问题，研究人员开展了一项整合多组学分析的研究。他们首先利用H3K27ac染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)技术，对HPV阳性患者来源异种移植(PDX)模型和正常口咽黏膜样本进行超级增强子图谱绘制。通过LILY算法鉴定出启动子域(PD)、增强子域(ED)和超级增强子域(SED)，并区分为肿瘤特异性(T-SED)、正常特异性(N-SED)和共有(C-SED)三类。随后，他们利用cistrome数据库进行转录因子富集分析，结合RNA测序(RNA-seq)数据考察基因表达变化。功能验证方面，研究人员使用BRD4抑制剂JQ1处理两种HPV阳性头颈癌细胞系(UM-SCC-047和UPCI-SCC-090)，通过转录组分析评估表观遗传调控的效果。最后，通过基因集富集分析(GSEA)揭示相关信号通路。

关键技术方法包括：对2例PDX和2例正常样本进行H3K27ac ChIP-seq分析；使用LILY算法鉴定超级增强子；基于cistrome数据库的转录因子结合位点富集分析；47例肿瘤和25例正常样本的RNA-seq差异表达分析；两种HPV阳性细胞系的JQ1药物处理实验；MSigDB Hallmark通路富集分析。

转录因子富集分析揭示表观遗传域中的TF特异性

研究发现，肿瘤特异性增强子域(ED)和超级增强子域(SED)中显著富集了TP63、FOSL1、JUND等关键转录因子。这些TF在肿瘤组织中表达上调，且经JQ1处理后表达受到抑制，表明它们依赖于H3K27ac标记的表观遗传景观。

邻近肿瘤超级增强子域的基因在JQ1处理后表达下调

分析显示，肿瘤中上调的基因多数位于T-SED附近，且在JQ1处理后显著下调。RT-qPCR验证证实HPV16 E6/E7癌基因及宿主癌基因EGFR表达均受抑制，表明这些基因的表达依赖于超级增强子活性。

整合分析鉴定HPV阳性头颈癌中的核心SE相关基因

研究人员发现91个基因构成核心调控网络，这些基因在肿瘤中上调、位于T-SED附近、且对JQ1处理敏感。功能分析显示这些基因主要富集于有丝分裂核分裂、染色体分离等过程，表明HPV阳性肿瘤超级增强子协调了G2/M检查点和染色体分离程序。

超级增强子域活性的距离分析

研究表明，超级增强子的调控作用可延伸至1.3Mb以外，但最近区域(0.1Mb)的基因受调控最显著。肿瘤特异性SED对邻近基因的表达影响远大于正常特异性SED。

增强子RNA(eRNA)的差异表达分析

eRNA与mRNA表达变化呈正相关，表明增强子-启动子相互作用的协调调控。CLDN1、TP63和EGFR等癌基因附近的eRNA在肿瘤中显著上调，而PAX5、BLK等基因附近的eRNA则下调。

超级增强子介导的关键通路调控

通路分析显示，上皮-间质转化(EMT)、E2F靶点、G2M检查点等通路在肿瘤中上调且受JQ1抑制，而p53通路、凋亡等通路在JQ1处理后上调，表明BRD4抑制可能重新激活抑癌功能。

研究结论表明，HPV阳性头颈癌存在一种"病毒增强子成瘾"模式，类似于MYC驱动血液恶性肿瘤中的超级增强子依赖性。BRD4抑制剂JQ1通过瓦解以BRD4为中心的SE网络，同时抑制病毒癌基因(E6/E7)和宿主驱动因子，揭示了其治疗潜力。TP63、FOSL1、JUND等关键转录因子与HPV癌蛋白协同形成肿瘤特异性超级增强子簇，这一发现为理解疾病发病机制提供了新视角。

该研究的创新点在于首次系统描绘了HPV阳性头颈癌中超级增强子调控网络，并验证了BRD4抑制剂的治疗潜力。未来研究方向包括使用单细胞测序技术解析肿瘤内SE异质性，以及开发针对已识别靶点的联合治疗策略。这些发现不仅深化了对HPV阳性头颈癌表观遗传调控的理解，也为开发精准治疗策略提供了新思路。