《Research》：Epigenetic Inflammation Supports Tumorigenesis: Activator Protein 1 Drives Stem Cell Memory to Augment Colitis and Cancer
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近期发表于《Nature》的一项研究揭示，炎症消退后，结肠干细胞可通过激活蛋白1（activator protein 1, AP-1）转录因子介导的表观遗传重塑保留长期记忆。慢性炎症是公认的癌症风险因素；然而，组织如何维持炎症历史记忆并在炎症消退后驱动恶性转化
近期发表于《Nature》的一项研究揭示，炎症消退后，结肠干细胞可通过激活蛋白1（activator protein 1, AP-1）转录因子介导的表观遗传重塑保留长期记忆。慢性炎症是公认的癌症风险因素；然而，组织如何维持炎症历史记忆并在炎症消退后驱动恶性转化，其机制在很大程度上仍不清楚。这种预激状态（primed state）在获得致癌突变后显著加速肿瘤发生。以溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）为例的慢性炎症是结直肠癌（colorectal cancer, CRC）的关键驱动因素。与炎症通过脱氧核糖核酸（DNA）损伤促进肿瘤发生的经典观点相反，Nagaraja et al. 表明，炎症在结肠干细胞上留下基因组印记，降低其在后续致癌刺激下恶性转化的阈值。炎症记忆最初在先天免疫系统中被发现，此后在上皮屏障细胞和干细胞中得到证实。研究表明，炎症暴露后，细胞通过染色质重塑保留持久表观遗传印记；染色质是DNA与蛋白质复杂相互作用并结合的产物。具体机制可能涉及染色质可及性改变和组蛋白（histones）修饰，组蛋白是与DNA结合的蛋白质。这一发现为研究炎症、表观遗传记忆与肿瘤发生之间相互作用的机制提供了可行途径，并加深了研究人员对肿瘤进展的理解。
该文发表于《Research》，围绕Nagaraja et al.的研究进行解读与评述。慢性炎症，尤其溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC），是结直肠癌（colorectal cancer, CRC）公认风险因素。然而，炎症消退后组织如何保留炎症史并驱动恶性转化的机制仍不明确。经典观点认为炎症通过DNA损伤促进肿瘤发生，但这一观点难以解释炎症消退后长期癌变风险。炎症记忆已在先天免疫系统、上皮屏障细胞和干细胞中得到证实，表现为稳定、可遗传、细胞内在的染色质重塑状态，涉及染色质可及性、转录因子（transcription factor, TF）基序结合和DNA甲基化改变。AP-1是介导该状态的核心分子。因此，该文聚焦炎症、表观遗传记忆与肿瘤发生之间的机制联系。Nagaraja et al.通过小鼠模型和多组学分析发现，结肠干细胞在炎症消退后保留长期表观遗传记忆，AP-1驱动染色质重塑并与叉头框（forkhead box, FOX）因子协同，形成预激状态，在APC（腺瘤性息肉病 coli）突变后加速肿瘤发生。该文提出“表观遗传炎症”机制，深化了对炎症–癌症轴的理解，并为炎症相关恶性肿瘤提供潜在干预思路。
技术方法概括：样本来源为小鼠结肠炎模型及结肠炎来源类器官。采用3周期低剂量葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium, DSS）诱导急性损伤、慢性损伤和恢复阶段。使用SHARE-seq对52,540个单细胞联合分析染色质可及性与基因表达。开发SHARE-TRACE，结合SHARE-seq与细胞条形码克隆追踪，分析克隆谱系、基因表达、分化状态和染色质可及性，覆盖超过50,000细胞和172克隆。采用基于排列的统计（permutation-based statistical methods）和混合线性模型（mixed linear models）量化克隆遗传性。使用seq2PRINT深度学习工具和TF足迹分析（TF footprinting）。以小分子T-5224抑制AP-1。通过APC缺失诱导腺瘤评估功能后果。
研究结果：
炎症消退后结肠干细胞保留长期表观遗传记忆。Nagaraja et al.用3周期低剂量DSS模拟肠道急性损伤、慢性损伤和恢复阶段；停用DSS 21 d后，小鼠体重、上皮隐窝结构和免疫浸润恢复。SHARE-seq分析52,540个单细胞发现，急性期干细胞上调干扰素信号和其他免疫调节基因，慢性期激活伤口愈合通路；炎症完全消退102 d后，结肠干细胞仍保留深刻分子印记。多数炎症相关基因表达恢复基线，但干细胞表观基因组发生持久结构重组。
SHARE-TRACE证明记忆具有细胞内在和克隆可遗传性。研究人员开发SHARE-TRACE，同时刻画克隆谱系、基因表达、分化状态和染色质可及性；基于修饰细胞条形码和单细胞测序技术，分析超过50,000个细胞和172个克隆。基于同一克隆细胞相似性高于随机细胞的逻辑，采用排列统计量化表观状态在细胞分裂中的克隆遗传性。分析揭示不同TF基序家族继承模式，并证实这种内在遗传性独立于既往炎症暴露。结肠炎来源类器官追踪显示，炎症记忆经连续干细胞分裂持续，不依赖免疫细胞，支持自主表观遗传编码而非残余微环境信号。
AP-1是表观遗传记忆的主要驱动因子。比较分析发现，ETS和CTCF基序虽有记忆但缺乏克隆遗传性，可能由细胞外环境驱动；AP-1显示明显克隆记忆和异质性。该状态在同一微环境不同克隆中稳定，提示由细胞内在机制维持而非旁分泌信号。混合线性模型证实克隆身份解释基序可及性大部分方差。构建共调控基因转录程序后，类似TF克隆性测量发现具有跨整个克隆遗传性的细胞亚群。AP-1核心发现是：慢性炎症中FOS和JUN等AP-1蛋白升高驱动急性组织修复；AP-1打开的染色质可及性基序在炎症消退100 d后仍不关闭，尽管蛋白水平恢复基线并经历数十次上皮更新。
AP-1与FOX协同并靶向P20程序。用小分子T-5224抑制AP-1可降低结肠炎恢复小鼠肿瘤体积，证实AP-1执行该表观遗传程序的必要性。seq2PRINT和TF足迹分析发现，AP-1在复合结合位点与组织特异性FOX因子协同；AP-1通过重塑染色质可及性维持干细胞基因组开放状态，促进FOX结合，将短暂炎症信号转化为长期转录调控程序。基因程序与AP-1基序可及性跨克隆相关分析显示，程序20（P20）高度相关，包含CD44和Sox4等关键干细胞增殖基因。组织内P20检查显示，AP-1相关基因表达在第50天低于基线并持续抑制至第102天，第50天后仅一个基因有统计学差异，表明AP-1记忆特异保存于表观基因组。记忆细胞中高可及染色质和相关DNA甲基化模式维持干细胞预激状态，获得致癌突变后快速扩增。
炎症记忆加速APC突变驱动肿瘤发生。Nagaraja et al.在炎症恢复小鼠中通过APC缺失诱导腺瘤。与无炎症史对照组相比，具炎症记忆小鼠在获得APC突变后肿瘤发生显著加速、肿瘤体积增加。APC突变有效触发预先存在的P20程序，使干细胞通过逐步增加促增殖基因位点对AP-1和组织特异性TF的染色质可及性促进肿瘤生长。总体而言，该过程启动由表观遗传与遗传改变协同驱动的加速生长期。
讨论部分总结：该文确立“表观遗传炎症”为一种机制，即干细胞在炎症消退后保留可遗传记忆。Nagaraja et al.阐明AP-1与FOX分层相互作用，通过染色质可及性调控该记忆，形成预激状态，在后续致癌突变时加速肿瘤发生。研究深化了对炎症–癌症轴的认识，但仍需在多维度审视：该机制在不同组织干细胞中的普遍性待验证；不同炎症背景是否留下独特表观遗传“签名”尚不明确；需整合非编码RNA和翻译后修饰等多组学；探索AP-1介导增强子维持与启动子近端调控事件（包括RNA聚合酶II暂停）的联系；未来需单细胞物理图谱如单细胞CUT&Tag验证AP-1占据，并在纯化记忆克隆中通过靶向染色质免疫沉淀测序或CUT&RUN消除计算偏差。还需明确AP-1复合体功能异质性，尤其Jun/Fos异二聚体在记忆编码中的不同作用，以及其与核因子-κB（nuclear factor-κB, NF-κB）轴潜在串扰。评估药理学“重置”异常状态并将研究扩展至结直肠以外模型，有望推动精准医学策略。
研究结论翻译：总体而言，该研究确立了“表观遗传炎症”这一机制，即干细胞在炎症消退后保留可遗传记忆。Nagaraja et al.阐明了一种分层AP-1与FOX相互作用，该相互作用通过染色质可及性调控这种记忆，形成预激状态，从而在后续致癌突变时加速肿瘤发生。解析该记忆的形成、维持与传递，最终将对识别精确治疗靶点以及加速炎症相关恶性肿瘤临床策略开发起决定性作用。
