谱系特异性转录因子介导的表观重编程中肌源性增强子“劫持”促进成脂分化

《Cellular and Molecular Life Sciences》：Myogenic enhancer snatching promotes adipogenic differentiation during epigenetic reprogramming mediated by lineage-specific transcription factors

本研究针对肌细胞-脂肪细胞转分化过程中染色质可及性与三维基因组互作动态不清的科学问题，通过整合多组学技术，发现成脂因子Cebps/Stats通过“增强子劫持”机制重定向肌源性增强子调控网络，揭示了细胞命运决定的新表观遗传范式。

　　

在骨骼肌中异常堆积的脂肪组织，被称为异位脂肪沉积（Ectopic Fat Deposition, EFD），与胰岛素抵抗、2型糖尿病和肌肉减少症等代谢疾病密切相关。有趣的是，畜牧业中肌内脂肪含量却直接影响肉类的风味与口感。传统观点认为EFD主要来源于循环中的脂肪前体细胞或肌肉间充质干细胞的分化，但近年研究发现，高脂饮食或特定脂肪酸（如DHA、EPA）甚至糖尿病药物TZDs均可直接诱导成肌细胞向脂肪细胞转分化。然而，这一过程中染色质开放性如何重构、三维基因组结构如何动态变化，仍是未被揭示的黑箱。

为解决这一难题，华中农业大学赵云霞团队在《Cellular and Molecular Life Sciences》发表研究，通过整合bulk/single-cell多组学（ATAC-seq、RNA-seq、Hi-C）数据，系统解析了C2C12成肌细胞向脂肪细胞转分化过程中的表观遗传重编程机制。研究发现，成脂转录因子Cebps和Stats驱动了染色质可及性的全局重构，但令人意外的是，63.46%在成脂过程中开放性增强的远端调控元件在肌分化阶段已处于开放状态。进一步通过Hi-C互作分析发现，这些预先存在的“肌源性增强子”在成脂诱导后发生“调控转向”，从原本调控肌源性基因（如Rbl1）转为驱动成脂基因（如Lbp）表达，研究者将这一现象命名为“增强子劫持”（enhancer snatch）。为验证该模型，团队对关键增强子Enhancer-R/L进行基因敲除，发现其缺失特异性抑制成脂分化中Lbp的上调，而不影响肌分化中Rbl1的表达，证实了增强子重定向的功能必要性。

关键技术方法

研究利用C2C12细胞模型，通过成脂诱导 cocktail（IBMX、地塞米松、胰岛素、罗格列酮）建立转分化体系；采用ATAC-seq分析染色质可及性动态，Hi-C 3.0技术捕捉三维基因组互作，单细胞多组学（scRNA-seq+scATAC-seq）解析细胞异质性；通过Wellington算法识别转录因子足迹，整合PCHi-C数据筛选成脂特异性染色质环；利用双荧光素酶报告实验验证增强子活性，CRISPR-Cas9增强子敲除模型功能验证。

结果分析

1. 成脂诱导剂引发肌细胞表观遗传重编程

PCA分析显示转分化脂肪细胞在染色质开放性与转录组层面显著区别于成肌细胞与肌管。GSEA验证成脂相关基因在转分化过程中特异性富集。

2. 多模型比较揭示成脂转分化核心基因

通过对比正常肌分化与转分化差异基因，筛选出219个成脂核心调控基因，GO分析显示其富集于脂代谢通路。

3. 超增强子仅发生局部重构

仅6.72%的超增强子（SEs）为成脂特异性，且信号强度低于共享SEs，提示全局染色质可及性变化更具主导性。

4. 成脂转录因子介导染色质开放性重构

Motif分析显示Cebps/Stats显著富集于成脂特异性开放区域；双荧光素酶实验证实其增强子活性。

5. 单细胞多组学验证增强子共享性

64.24%的成脂远端增强子在肌分化中同样开放，但成脂特异性区域更富集C/EBP motif，共享区域则同时富集C/EBP与MyoD/MyoG motif。

6. 染色质互作重定向驱动增强子劫持

89.89%的成脂特异性染色质环在肌细胞中不存在，其中近60%由共享增强子与新靶基因形成“劫持环”；CUT&Tag显示劫持环锚点区同时结合MyoD与Cebpβ。

结论与意义

本研究突破性地揭示了“增强子劫持”作为细胞命运转变的核心表观机制：成脂因子并非仅激活新增强子，而是优先“劫持”肌细胞中预建立的增强子，通过重定向其染色质互作推动转分化。该模型解释了有限转录因子如何高效实现细胞身份转换，为代谢疾病中异常细胞分化提供了新的理论框架，并为畜禽肉品质改良的靶点设计提供了新思路。