Spatial deconvolution from bulk DNA methylation profiles determines intratumoral epigenetic heterogeneity：从肿瘤整体 DNA 甲基化谱的空间反卷积解析肿瘤内表观遗传异质性

为解决缺乏快速便捷测定肿瘤内表观遗传异质性（eITH）方法的问题，研究人员开展了利用肿瘤整体 DNA 甲基化谱评估 eITH 的研究。他们开发了 MeHEG 算法和 QASM 检测方法，发现 eITH 与多种因素相关，该研究为肿瘤研究和临床应用提供了新工具。

　　肿瘤，这个医学界的 “头号难题”，一直以来让无数科研人员和医生绞尽脑汁。肿瘤异质性，作为肿瘤的一大显著特征，就像隐藏在肿瘤深处的 “暗礁”，极大地阻碍了个性化癌症治疗的发展进程。在肿瘤发生过程中，细胞遗传和表观遗传的异常不断累积，使得肿瘤内部的细胞呈现出高度的异质性。这种异质性不仅与肿瘤的恶性进展紧密相连，还会导致肿瘤对治疗产生抵抗，使得患者的治疗效果大打折扣，生存率降低。

目前，虽然有多种技术可以用于研究肿瘤异质性，如 SNP 阵列、RNA 测序（RNA-seq）、全外显子测序、全基因组测序、靶向深度测序和染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）等，单细胞测序也逐渐崭露头角，但这些方法要么成本高昂，难以大规模应用；要么存在技术局限性，如单细胞测序的序列覆盖度有限。在表观遗传层面，DNA 甲基化作为基因组表观遗传修饰的重要组成部分，在肿瘤中呈现出显著的异质性，对肿瘤的发生、发展以及患者的预后都有着至关重要的影响。然而，现有的评估表观遗传异质性的方法，无论是复杂的测序技术，还是已有的计算方法，都无法直接、快速地从肿瘤整体样本中计算出 eITH，这一现状严重限制了对肿瘤异质性的深入研究以及相关成果在临床中的应用。

为了攻克这些难题，来自中山大学第六附属医院等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们致力于开发一种能够利用肿瘤整体 DNA 甲基化谱评估 eITH 的工具，为肿瘤研究和临床治疗开辟新的道路。研究最终发表在《Cell & Bioscience》杂志上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，从多个患者队列（如 NEPDC 队列、HGTPBHVD 队列和 TCGA 项目中的 COAD 和 READ 队列）获取样本，确保研究结果的可靠性和普适性。接着，利用甲基化阵列分析技术对样本的 DNA 甲基化状态进行全面检测。之后，采用支持向量机（SVM）模型中的 nu - 支持向量回归（ν - SVR）方法构建 DNA 甲基化异质性（MeHEG）评估工具。此外，还开发了基于聚合酶链式反应（PCR）的单碱基分辨率 DNA 甲基化定量分析（QASM）检测方法，用于快速评估表观遗传异质性。

研究结果如下：

• MeHEG 评估工具的开发与验证：研究人员从 79 例结直肠癌患者的甲基化 450k BeadChip 数据集中筛选出肿瘤区域特异性的差异甲基化探针（DMPs），这些 DMPs 参与多种与肿瘤相关的生物学途径和功能。通过 ν - SVR 方法进一步筛选出 7 个代表性的 CpG 位点，构建了 MeHEG 算法。经检验，该算法能有效区分不同肿瘤区域的甲基化状态，且不同区域的 MeHEG 评分存在显著差异，初步证实了其评估 eITH 的可行性。此外，研究人员还开发了基于 QASM 的检测方法，该方法与 EPIC 阵列检测结果具有良好的相关性，进一步验证了其评估 eITH 的准确性。
• eITH 对肿瘤微环境免疫景观的影响：研究发现，肿瘤内遗传异质性（gITH）与 eITH 之间无显著相关性。同时，eITH 与肿瘤浸润免疫细胞的特征存在关联，MeHEG 评分与基于甲基化的肿瘤浸润淋巴细胞评估方法（MeTIL）评分呈负相关，且与 CD8⁺肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）的浸润密度呈正相关。此外，肿瘤突变负担（TMB）与 eITH 无直接关联，但将 TMB 和 MeHEG 评分结合，能更好地预测 CD8⁺TILs 的浸润情况，为全面了解肿瘤浸润免疫特征提供了新视角。
• eITH 在临床应用中的价值：在临床应用方面，MeHEG 评分与肿瘤的位置、KRAS/BRAF 突变状态、CpG 岛甲基化表型（CIMP）状态等临床特征无显著关联，但 MSI - H 患者的 MeHEG 评分有升高趋势。具有间质浸润行为和不良预后的共识分子亚型（CMS）4 肿瘤的 MeHEG 评分最高。将患者分为 MeHEG 高分组和低分组后发现，高分组患者的预后更差。进一步结合 MeHEG 和 MeTIL 评分，将患者分为四种类型，其中 MeHEG 低、MeTIL 低的患者预后最好，而 MeHEG 高、MeTIL 低的患者预后最差，这为临床治疗提供了新的参考依据。
• 药物治疗对 eITH 的影响：研究人员通过建立 5 - 氟尿嘧啶（5 - FU）耐药的结直肠癌细胞系和小鼠异种移植模型，发现 5 - FU 耐药的癌细胞系 MeHEG 水平较低，而药物治疗和禁食会使肿瘤的 MeHEG 评分升高。此外，对其他一线药物和靶向药物的体外分析以及对相关数据集的研究也表明，耐药组的 MeHEG 评分降低，这表明药物治疗会影响肿瘤的 eITH。

研究结论和讨论部分指出，该研究成功开发了快速可靠的 MeHEG 算法，结合 QASM 方法，无需依赖复杂的测序即可评估 eITH。研究证实 eITH 独立于遗传变异，且与 CD8⁺TILs 的存在呈正相关。通过 MeHEG 工具发现，CMS4 肿瘤的 eITH 较高，且在药物和能量应激条件下 eITH 会增加，而耐药肿瘤的 eITH 较低。这些发现不仅为评估肿瘤的表观遗传异质性提供了有力工具，还有助于深入理解结直肠癌的进展和治疗反应，为肿瘤免疫治疗和个性化治疗提供了新的思路和方向。然而，研究也存在一定的局限性，如对 7 个探针靶向的甲基化 CpG 位点在肿瘤进化和克隆多样性中的潜在机制尚不清楚，且需要更大规模、多中心的临床标本进一步验证 MeHEG 评分评估 eITH 的有效性。但总体而言，该研究成果为肿瘤研究和临床实践带来了新的突破和希望，具有重要的科学意义和临床应用价值。