《EXPERIMENTAL AND MOLECULAR MEDICINE》：Single-cell epigenomics of colorectal cancer
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结直肠癌（colorectal cancer, CRC）表现出显著的表型异质性，这无法仅通过遗传改变完全解释。单细胞核转座酶可及染色质测序（single-nucleus assay for transposase-accessible chromatin se
结直肠癌（colorectal cancer, CRC）表现出显著的表型异质性，这无法仅通过遗传改变完全解释。单细胞核转座酶可及染色质测序（single-nucleus assay for transposase-accessible chromatin sequencing, snATAC-seq）的进展揭示了染色质可及性是塑造肿瘤特性、细胞可塑性和治疗反应的核心调控层。在本综述中，研究人员综合了近期单细胞表观基因组研究，概述了CRC的新兴调控原理。从表观遗传学视角来看，CRC可被概念化为两种不同的表观基因组状态——内在共识分子亚型2（intrinsic consensus molecular subtype 2, iCMS2）和iCMS3，这两种状态由远端增强子和启动子景观中差异化的顺式调控元件（cis-regulatory element）活性所定义。肿瘤进展伴随着逐步的调控重连，包括腺瘤中分化程序的侵蚀、恶性转化过程中的调控分叉、与治疗耐药相关的癌胚重编程（oncofetal reprogramming），以及转移过程中的器官适应性重塑。研究人员进一步讨论了基质和免疫区室如何经历动态的表观基因组重塑，汇聚成由iCMS定义的表观基因组生态系统的概念，以及基因组改变如何与染色质状态发生双向串扰以产生瘤内异质性。最后，研究人员强调了转化应用方向，包括表观遗传-免疫联合疗法、基于液体活检的监测、空间表观基因组学和人工智能驱动的建模。
调控架构定义CRC特性
单细胞表观基因组分析显示，CRC异质性从根本上编码于调控景观层面。CRC并非呈现为带有转录变异的统一疾病状态，而是由差异化顺式调控元件（CRE）景观和转录因子定义的截然不同的调控状态。大规模snATAC-seq分析揭示了对应于iCMS2和iCMS3分子分类的两种表观基因组状态。iCMS2肿瘤维持着展示肠道谱系定义转录因子足迹特征的CRE可及性，这些转录因子包括HNF4A、CDX2、PPARA和ASCL2，其调控的基因涉及肠道分化、脂质代谢和经典Wnt驱动的干细胞更新。相比之下，iCMS3肿瘤展现出去分化的调控景观，其特征是对应激响应性和间充质增强子的可及性，这些区域富集AP-1（FOS/JUN）、TEAD、SOX家族和MAFK结合基序，通常与炎症信号、机械转导和上皮-间质可塑性相关的转录因子有关。患者来源的类器官在长期培养中忠实重现了肿瘤特异的调控景观，表明肿瘤固有的调控特征具有稳健性。此外，基于泛癌snATAC-seq数据集训练的深度学习分析表明，仅凭染色质可及性模式就能高精度预测肿瘤谱系、分化状态和致癌依赖性。
动态调控重连驱动恶性进展
CRC进展涉及广泛的调控重连，重塑了超越原始细胞身份的染色质可及性景观。
早期转化过程中肠道特性的丧失：最早的可检测表观遗传变化发生在正常黏膜向腺瘤性息肉转变期间。这一早期阶段标志是富含肠道分化因子基序（包括GATA4/6、KLF4/5和HOX家族成员）的增强子可及性逐渐丧失。同时，与Wnt/β-catenin信号传导相关的远端CRE获得可及性，包括靶向MYC及其下游靶基因的调控元件。
腺瘤-癌过渡期间的调控分叉：最广泛的染色质重塑发生在晚期腺瘤向浸润性癌转变期间。在此关键节点，肿瘤承诺进入对应于iCMS2或iCMS3状态的两种主要表观遗传调控轨迹之一。对于采用iCMS2状态的肿瘤，观察到肠道转录因子位点（包括肝细胞核因子4α，HNF4A）的染色质可及性恢复。而遵循iCMS3状态的肿瘤则经历更彻底的去分化，在表观遗传水平上表现为相较于iCMS2，富含AP-1基序的CRE广泛可及。AP-1激活在驱动结肠上皮特性向胎儿状态去分化中发挥关键作用，通过抑制CDX2和HNF4A等肠道谱系转录因子来实现。
癌胚重编程作为新兴调控轴：在CRC中，LGR5+癌细胞作为癌症干细胞，但LGR5-细胞能够重建LGR5+群体。多项独立研究报告了CRC肿瘤发生过程中LGR5-肿瘤细胞中胎儿基因程序的重激活，表明该群体经历了癌胚重编程。FOLFIRI治疗上调了类器官中的癌胚基因表达，且癌胚细胞对治疗敏感性降低。空间转录组学分析显示癌胚细胞出现在早期CRC的侵袭前沿。在机制层面，LGR5+干细胞状态富集ASCL2和TCF-LEF家族基序，而LGR5-癌胚状态优先富集YAP/TAZ-TEAD基序。在组蛋白修饰层面，LSD1控制的H3K4me1/2在增强子处抑制胎儿样基因程序，而PRC2介导的H3K27me3作用于包括基因启动子在内的更广泛调控区域。
结直肠癌转移中的嗜肝性调控重塑：对配对原发结肠肿瘤和肝转移灶的snATAC-seq分析揭示了器官趋向性的染色质重塑。在肝脏定植过程中，转移细胞逐渐失去结肠特异性增强子的可及性，同时获得肝脏特异性调控元件的可及性，形成表达上皮和肝细胞样基因程序的混合细胞状态。染色质重塑伴随增强子-启动子连接性的变化，共可及性分析提示有利于肝脏特异性回路的长程调控接触扩展。
微环境通过表观遗传串扰实现协同进化
肿瘤的调控重连并非恶性上皮细胞的独有属性，还延伸至基质和免疫区室。
通过CAF响应肿瘤信号的调控多样化：正常组织成纤维细胞在暴露于肿瘤衍生信号后经历剧烈的表观遗传重编程，产生功能截然不同的CAF亚型。促肿瘤CAF的染色质可及性富集RUNX1、AP-1、NF-κB和HIF1A基序，控制参与细胞外基质重塑、血管生成和免疫抑制细胞因子产生的基因。抑肿瘤CAF（Tr-CAF）则保留与正常组织结构和细胞外基质稳态相关的增强子可及性，并在恶性转化过程中逐渐耗竭。
通过T细胞耗竭和干性丧失逐步建立免疫抑制：CD8+ T细胞在CRC中表现出TCF7位点可及性的渐进性丧失，TCF7是T细胞干性和增殖能力的核心调控因子。TCF7的表观遗传沉默标志着向终末耗竭的转变，其特征是染色质可及性富集SOX10、MEIS1和RORα。这种T细胞耗竭和干性丧失在腺瘤中已部分建立，并在癌中完全确立。
Treg异质性：调节性T细胞（Tregs）从正常组织经腺瘤到癌逐步扩增，但该群体在表观遗传上是异质的。snATAC-seq鉴定了两种Treg亚型：一种富集RORC基序的IL-10+ Treg细胞，另一种富集GATA和NR4A家族基序的IL-10- Treg细胞。功能分析表明，展示NR4A基序的IL-10- Treg细胞表现出更强的TCR信号传导和更有效的免疫抑制活性，而IL-10+ Treg细胞通过阻碍IL-17产生来抑制肿瘤生长。临床上，高密度IL-10+ Treg细胞与良好预后相关，而丰富的IL-10- Treg细胞预示不良结局。
