《Journal of the Egyptian National Cancer Institute》：Multi-omics integration uncovers epigenetic control of metabolic reprogramming in triple-negative breast cancer
编辑推荐：
三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）是一种侵袭性亚型，其特征是缺乏雌激素受体、孕激素受体和HER2受体，限制了有效的靶向治疗。越来越多的证据表明，代谢重编程是TNBC进展的一个标志，由DNA甲基化等潜在表观遗传
三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）是一种侵袭性亚型，其特征是缺乏雌激素受体、孕激素受体和HER2受体，限制了有效的靶向治疗。越来越多的证据表明，代谢重编程是TNBC进展的一个标志，由DNA甲基化等潜在表观遗传机制驱动。本研究对转录组（RNA-seq）和甲基化组数据进行了整合分析，以揭示TNBC中代谢与表观遗传的相互作用。使用DESeq2进行的差异基因表达分析揭示了关键代谢基因的显著失调，包括编码糖酵解和丝氨酸生物合成酶的基因上调以及代谢性肿瘤抑制基因的下调。全基因组甲基化谱分析鉴定出广泛的胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（CpG）高甲基化事件，这些事件与转录抑制相关，尤其是在启动子区域。整合分析精确定位了一组同时表现出差异表达和甲基化的代谢相关基因，如FBP1、RASSF1A和PHGDH。通路富集分析突出了糖酵解/糖异生、脂肪酸代谢和一碳通路的异常（调整后p<0.01）。重要的是，具有高甲基化代谢基因特征的TNBC患者表现出显著较短的总生存期（log-rank p<0.05）。这些发现表明，DNA甲基化驱动的代谢失调有助于TNBC的侵袭性，并可能在代谢-表观遗传界面提供新的生物标志物和治疗靶点。
**研究背景与问题**
乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤和癌症死亡的主要原因。三阴性乳腺癌（TNBC）是其最致命的亚型，因缺乏雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体2（HER2）表达，靶向治疗选择有限。代谢重编程是癌症的标志之一，而DNA甲基化等表观遗传机制被认为驱动了TNBC的代谢变化。然而，以往研究多聚焦于单一层面或跨亚型分析，缺乏在TNBC中系统整合转录组与甲基化组以探讨代谢-表观遗传相互作用的研究。为此，研究人员利用公共多组学数据开展本研究。
**研究内容与意义**
研究人员从TCGA-BRCA队列中选取TNBC原发肿瘤样本（约120例）和正常乳腺组织（约100例），整合分析RNA-seq和DNA甲基化（Illumina HumanMethylation450）数据。通过差异表达分析、差异甲基化分析、整合相关分析以及通路富集和生存分析，发现DNA甲基化驱动的代谢失调与TNBC侵袭性相关，并鉴定出代谢-表观遗传界面上的候选生物标志物与治疗靶点。该研究发表在《Journal of the Egyptian National Cancer Institute》。
**关键技术方法**
研究人员利用TCGA-BRCA公共数据（TNBC肿瘤样本约120例，正常乳腺样本约100例）。采用DESeq2进行RNA-seq差异表达分析；使用ChAMP流程和limma线性模型鉴定差异甲基化CpG及区域；将启动子甲基化水平与基因表达进行相关分析，整合筛选出约50个呈反向关联的代谢基因；利用clusterProfiler进行KEGG和Reactome通路富集；通过Kaplan-Meier和Cox回归评估临床预后价值。
**研究结果**
**差异表达揭示TNBC的代谢重编程**
通过DESeq2比较TNBC与正常组织，鉴定出约1500个差异表达基因（FDR<0.05），其中约800个上调、700个下调。上调基因富集于糖酵解和合成代谢途径，如HK2（己糖激酶2）、PKM（丙酮酸激酶M）和PHGDH（磷酸甘油酸脱氢酶）；下调基因包括FBP1（果糖-1,6-二磷酸酶1）、ACADL和PPARG，提示肿瘤糖酵解增强、氧化代谢和脂肪分化受抑。
**TNBC中广泛的DNA甲基化改变**
甲基化芯片分析显示，TNBC与正常组织间存在约10,000个差异甲基化CpG位点（FDR<0.05），其中70%为高甲基化，且富集于启动子区CpG岛。已知肿瘤抑制基因如RASSF1A、CDH1和BRCA1启动子高甲基化；基因间区和重复元件表现为低甲基化，可能与基因组不稳定相关。
**整合分析将甲基化与表达变化联系起来**
通过将启动子甲基化与基因表达进行反向关联分析，鉴定出约50个代谢相关基因发生协调的甲基化-表达失调。例如，FBP1启动子高甲基化且表达下调，ENPP2亦高甲基化下调；而PLIN1、GOT2表现为低甲基化上调。热图显示肿瘤与正常样本可被清晰分离，且糖酵解基因呈低甲基化高表达，氧化代谢基因呈高甲基化低表达。
**表观遗传改变基因中的代谢通路富集**
KEGG与Reactome富集分析显示，“糖酵解/糖异生”是最显著富集的通路，TCA循环、氨基酸代谢（丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢；甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸代谢）以及脂肪酸代谢和类固醇生物合成等通路亦显著富集（FDR<0.01）。这表明表观遗传失调并非随机，而是集中于支持癌细胞生长的代谢程序。
**代谢表观遗传特征的临床意义**
基于约50个代谢基因的失调情况计算每位患者的代谢-表观遗传失调评分，并按中位数分为高低评分组。Kaplan-Meier生存分析显示，高评分组总生存期显著短于低评分组（log-rank p<0.05），Cox回归分析提示该评分可能是独立预后因素。
**讨论总结**
研究人员指出，该研究通过无偏的全基因组整合策略，证明代谢重编程受表观遗传和转录组的协同调控，而非孤立事件。DNA甲基化同时沉默代谢性肿瘤抑制基因（如FBP1）和激活促代谢基因（如糖酵解酶），形成系统性的代谢重塑。研究还提出代谢与表观遗传之间可能存在正反馈回路：代谢中间产物（如SAM）影响甲基化，而甲基化又调控代谢基因表达。局限性包括基于bulk组织、相关性不能证明因果、正常对照为癌旁组织、以及仅关注DNA甲基化。未来需结合单细胞多组学和功能验证。
**研究结论（翻译）**
总之，研究人员整合多组学研究发现，TNBC发生基因表达与DNA甲基化的协同调节，主要靶向代谢通路。TNBC通过启动子高甲基化沉默某些代谢基因，同时通过低甲基化激活另一些基因，从而改变细胞代谢以促进肿瘤生长和存活。这些表观遗传失调的代谢基因富集于糖酵解、一碳代谢和脂质合成通路，其调控与患者不良预后相关。该研究突出了TNBC中表观基因组与代谢之间的活跃相互作用，对结合代谢干预和表观遗传靶向治疗的联合策略具有重要意义。研究框架可推广至其他癌症，为探索代谢与表观遗传的关系提供了可复用的分析流程。
