AP-1通过桥接启动子-增强子互作促进肺癌致癌转录的新机制

《Cancer Gene Therapy》：AP-1 promotes oncogenic transcription in lung cancer cells by bridging promoter-enhancer interactions

本研究针对非小细胞肺癌（NSCLC）中致癌基因转录调控机制不清的问题，通过整合pcHiC、ATAC-seq、ChIP-seq和转录组学等多组学方法，发现转录因子AP-1在肺癌细胞中异常激活，通过介导启动子-增强子三维互作促进致癌基因表达。临床数据分析显示AP-1高表达与肺鳞癌患者不良预后显著相关，药理抑制AP-1可有效抑制致癌转录。该研究揭示了AP-1在肺癌中的关键作用机制，为靶向治疗提供了新思路。

　　

在肺癌研究领域，一个长期困扰科学家的问题是：致癌基因是如何在肿瘤细胞中被异常激活的？尽管我们知道转录失调是癌症的标志性特征，但对于转录因子如何精确调控致癌基因表达的深层机制，特别是它们在三维基因组层面的作用，至今仍不甚清晰。非小细胞肺癌（NSCLC）作为最常见的肺癌类型，其发病率和死亡率居高不下，迫切需要新的治疗靶点和策略。

以往的研究表明，转录因子AP-1在癌症中扮演着"双刃剑"的角色，既能抑制肿瘤又能促进肿瘤，这种上下文依赖性使得其作用机制更加复杂。更令人困惑的是，虽然AP-1的异常激活在多种癌症中被观察到，但它究竟通过什么具体机制来驱动致癌基因的表达，尤其是在三维基因组结构层面，仍然是一个未解之谜。

为了解决这些重要问题，来自加州大学洛杉矶分校的Xianglong Tan、Michael F. Carey等研究人员开展了一项创新性研究。他们建立了一个独特的实验体系，将肺癌细胞系A549与永生化支气管上皮细胞系BEAS-2B（B2B）进行对比，并结合TCGA数据库中1041例NSCLC患者样本和110例正常样本的多组学数据，旨在揭示AP-1在肺癌中的确切作用机制。

研究人员首先通过多组学分析发现，A549细胞系能够很好地重现NSCLC患者样本中的关键转录组和表观基因组特征。进一步的分析揭示了一个重要现象：在肺癌细胞中，AP-1转录因子家族异常激活，且这种激活与肺鳞癌（LUSC）患者的不良预后显著相关。更有趣的是，通过三维基因组分析，研究人员发现AP-1通过介导启动子与增强子之间的特异性互作，从而促进致癌基因的转录激活。

机制研究表明，AP-1在肺癌细胞中特异性地富集在活性启动子和增强子区域，而药理抑制AP-1活性（无论是直接使用AP-1抑制剂SR11302还是通过JNK-MAPK通路抑制剂SP600125间接抑制）均能有效抑制致癌基因的转录，并显著减少启动子-增强子环化事件。这些发现不仅揭示了AP-1在肺癌中的关键作用，更重要的是阐明了转录因子通过调控三维基因组结构来驱动致癌转录的新机制。

该研究主要采用了多项关键技术方法：启动子捕获Hi-C（pcHiC）用于高分辨率 mapping 启动子与其他调控元件的三维互作；ATAC-seq分析染色质可及性；ChIP-seq检测组蛋白修饰和转录因子结合；RNA-seq进行转录组分析；此外还整合了TCGA数据库中肺癌患者的多组学数据。细胞实验使用了A549、H23肺癌细胞系和BEAS-2B正常支气管上皮细胞系，通过药物处理、集落形成实验等功能验证探究AP-1的生物学作用。

A549/B2B重现NSCLC关键致癌转录组和表观基因组改变

研究人员通过系统分析TCGA数据库中NSCLC样本的转录组数据，发现A549细胞系能够很好地模拟临床患者样本的转录特征。差异表达分析识别出多个在肺腺癌（LUAD）、肺鳞癌（LUSC）和A549细胞中一致上调的致癌基因。染色质可及性分析显示，肺癌细胞和患者样本中均存在显著的染色质开放状态改变，特别是在致癌基因相关区域。

NSCLC中的表观基因组标志物改变

通过整合ChIP-seq数据分析，研究发现NSCLC中活性启动子（Pol II、H3K4me3）和增强子（Med1、H3K27ac）标志物显著增加，而绝缘子（CTCF、Rad21）活性相对降低。这种表观基因组特征的改变为致癌基因的异常表达提供了有利的染色质环境。

AP-1在NSCLC患者亚群中异常激活

多组学motif分析发现，AP-1转录因子家族在肺癌细胞中显著富集。临床数据分析表明，AP-1高表达与LUSC患者的不良生存率显著相关。UMAP分析进一步显示，AP-1驱动的致癌基因表达在AP-1高表达的NSCLC患者中特异性富集。

AP-1富集于NSCLC中活性转录基因的启动子和增强子

ChIP-seq分析显示，所有测试的AP-1亚基（JunB、cJun、JunD和Fos）在肺癌细胞的活性启动子和增强子区域结合显著增强。这种富集模式在致癌基因启动子区域尤为明显，进一步支持了AP-1与致癌转录的关联。

AP-1通过异常启动子-增强子环化关联致癌转录

pcHiC分析揭示，在肺癌细胞中，致癌基因位点的启动子-增强子互作数量和距离均显著增加。相关性分析表明，启动子-增强子环化强度与基因表达水平呈正相关。重要的是，AP-1特异性富集于这些环化锚点，如在POU5F1、EGFR和SRC等致癌基因位点均观察到AP-1介导的增强子-启动子互作。

AP-1调控NSCLC中的致癌表达

功能实验表明，AP-1抑制剂SR11302和JNK抑制剂SP600125均能显著抑制肺癌细胞生长，而对正常细胞影响较小。转录组分析发现，AP-1抑制特异性下调了肺癌细胞中与DNA复制和细胞周期相关的基因表达，而这些基因在NSCLC患者中显著上调。

AP-1通过启动子-增强子环化介导NSCLC中的致癌表达

机制研究表明，AP-1抑制导致c-Jun染色质结合显著减少，并特异性破坏致癌基因位点的启动子-增强子环化。例如，在KLF6和FGFR1基因位点，AP-1抑制显著降低了增强子-启动子互作和基因转录。

综合讨论表明，该研究首次在NSCLC中揭示了AP-1通过桥接启动子与增强子，促进三维基因组环化，从而驱动致癌转录的新机制。值得注意的是，AP-1的异常激活主要源于非遗传机制，而非基因扩增或突变，这为表观遗传靶向治疗提供了理论依据。研究建立的多组学整合分析策略为理解癌症转录调控提供了新范式，AP-1特异性抑制策略可能为NSCLC治疗开辟新的途径。这些发现不仅深化了对肺癌发病机制的理解，也为开发靶向转录因子和三维基因组的新型抗癌策略奠定了重要基础。