《Advanced Science》：Single-Nucleus Multi-Omics Reveals Hypoxia-Driven Angiogenic Programs and Their Epigenetic Control in Sinonasal Squamous Cell Carcinoma
編輯推薦：
本綜述通過整合單核多組學分析，系統描繪了鼻竇鱗狀細胞癌（SNSCC）的腫瘤生態系統，揭示了缺氧（TC1）和增殖（TC2）兩種惡性亞型與不良預后的關聯。研究首次發現TC1細胞通過協調分泌腎上腺髓質素（ADM）、MIF和VEGFA，驅動缺氧誘導的血管生成程序，并證實該過程受AP-1和HIF1A信號協同調控。表觀遺傳分析顯示，腫瘤特異性染色質可及性和DNA低甲基化是這些轉錄程序的基礎。研究進一步通過組織學驗證了GLUT1陽性TC1細胞與DLL4陽性內皮尖端細胞（EC1）的空間共定位，確立了ADM/VEGFA軸作為破壞SNSCC表觀遺傳控制血管生成的關鍵治療靶點。
分子圖譜揭示SNSCC的獨特轉錄程序
通過整合腫瘤組織和正常組織的轉錄組和表觀基因組分析，研究在SNSCC中鑒定出806個顯著差異表達基因。上調基因富集于細胞周期、表觀遺傳調控和代謝重編程等相關過程，特別是HIF1轉錄因子（TF）信號、糖酵解過程和缺氧反應通路。下調基因則主要與纖毛組裝、唾液分泌和黏蛋白O-糖基化有關，反映了黏膜上皮功能受損。免疫學特征分析顯示，白細胞介素信號通路上調，而體液免疫和補體激活相關基因下調。
單核多組學分析揭示SNSCC的復雜細胞結構
利用10× Genomics Multiome平臺對SNSCC患者腫瘤組織和健康鼻黏膜進行單核RNA和ATAC聯合測序，通過加權最近鄰分析鑒定出6種主要細胞類型。定量分析顯示，SNSCC中髓系細胞比例增加而漿細胞減少。去卷積分析驗證了單細胞發現，證實SNSCC中巨噬細胞群體擴增和漿細胞減少。
細胞類型特異性轉錄程序揭示不同的致癌特征
差異表達分析揭示了腫瘤和健康環境中不同的轉錄程序。惡性上皮細胞顯著上調缺氧和糖酵解相關基因以及上皮發育標志物。腫瘤相關成纖維細胞特征性表達癌癥相關成纖維細胞標志物，同時膠原形成和TGFβ信號組件表達升高。腫瘤內皮細胞顯示血管生成相關過程富集，特別是VEGFA-VEGFR2信號和血管出芽。髓系細胞表現出復雜的表型，包括脂質相關腫瘤相關巨噬細胞特征和炎癥反應基因。腫瘤浸潤T細胞在原發性免疫缺陷和JAK-STAT信號通路中富集。PROGENy通路分析顯示，腫瘤組織中多種致癌通路活性升高。
全基因組染色質可及性分析揭示細胞類型特異性調控機制
對差異可及區域的分析顯示，DARS與差異表達基因之間存在顯著相關性。基因組分布分析表明，DEG連接的DARS主要位于啟動子-轉錄起始位區域、內含子和基因間區域。腫瘤特異性細胞群在關鍵調控位點表現出獨特的染色質可及性模式。惡性上皮細胞在控制DSG3、ENO1、KRT17和NDRG1表達的區域顯示可及性增強。癌癥相關成纖維細胞在FAP、FBLN2、SFRP2和TGFBI附近可及性增加，而腫瘤內皮細胞在ANGPT2、COL4A1、PRDM1和VMP1的調控區域可及性升高。
細胞類型特異性轉錄因子活性定義SNSCC中的調控程序
差異轉錄因子結合基序富集分析揭示了腫瘤和健康組織中不同的調控程序。每種主要細胞類型表現出特征性的基序富集模式。整合ChromVAR基序可及性評分與基因表達數據，揭示了細胞類型特異性的調控程序。惡性上皮細胞顯示HIF1A結合基序顯著富集。癌癥相關成纖維細胞顯示RUNX2、EGR1和NFATC2基序富集。腫瘤內皮細胞特別富集ETS家族轉錄因子。值得注意的是，AP-1家族基序在腫瘤細胞群中廣泛富集。
DNA甲基化分析揭示SNSCC中廣泛的表觀遺傳重編程
DNA甲基化分析鑒定出腫瘤組織中54,131個顯著改變的CpG位點。基因組分布分析揭示了差異甲基化的不同模式：低甲基化CpG在基因間區域富集，而高甲基化CpG主要位于轉錄起始位點附近。低甲基化區域顯示AP-1、KLF和p63結合基序顯著富集。相反，高甲基化區域顯示SPDEF、NFI和SOX基序富集，并伴隨NFI家族成員表達降低。
單細胞分析揭示不同的惡性狀態和臨床相關性
上皮區室的重點分析確定了15個不同的簇，代表12種細胞類型。這些群體包括基底細胞、纖毛細胞、杯狀細胞、肌上皮細胞、黏液細胞、漿液細胞和簇細胞，以及五個主要來源于惡性組織的腫瘤細胞亞群。基因表達模式分析揭示了已確立的頭頸部鱗狀細胞癌標志物在腫瘤亞群中廣泛表達，而通常在頭頸部鱗狀細胞癌中下調的基因在正常上皮區室中優先表達。拷貝數變異分析證實了TC簇的惡性身份。TC簇的基因表達譜比較分析揭示了每個亞群的特征性功能特征。TC1在缺氧、糖酵解和應激反應通路中顯著富集。TC2顯示在上皮發育、細胞周期調控和NRF2通路組件中富集。TC3表現出PPARA調控轉錄本和DNA損傷反應基因的上調。TC4在肽酶活性和黏膜免疫中富集。TC5顯示上皮-間質轉化的特征。
缺氧誘導腫瘤細胞中的促血管生成因子并塑造腫瘤微環境
對暴露于常氧或缺氧條件的SNSCC細胞系的分析顯示，缺氧直接誘導促血管生成和代謝基因的表達。 motif富集分析與缺氧特異性開放染色質區域相關的上調基因，鑒定出AP-1、HIF1A和KLF家族成員結合基序的顯著富集。功能驗證證實AP-1和HIF1A活性對于調節SNSCC中主要的血管生成和缺氧驅動的轉錄程序至關重要。將缺氧轉錄輸出與生物學功能聯系起來，使用人臍靜脈內皮細胞進行的體外功能研究表明，缺氧腫瘤條件培養基顯著誘導了人臍靜脈內皮細胞中ERK和CREB的磷酸化。
