从顶刊前沿看scRNA-seq联合scATAC-seq在泛癌研究中的潜能

研究思路一：

探索肿瘤发生与进展的转录和表观遗传机制

肿瘤的发生和进展是肿瘤研究的热点方向之一，“炎-癌”转化、腺瘤-癌转化、原发-转移进展等在结直肠癌等癌种中的研究已经有了一定深度，但泛癌种层面的特征尚未充分识别。泛癌种转录和表观遗传发生发展机制的探索对于深入理解肿瘤的本质、发展有效的治疗策略以及实现精准医疗具有重要意义。

通过关联染色质开放区与基因表达来确定关键的转录因子调控的关键靶基因是ATAC组学关联研究中最常见的研究方式。例如，2023年11月发表在Nature上的《Epigenetic regulation during cancer transitions across 11 tumour types》^[1]研究中，作者将scATAC-seq与scRNA-seq 结合起来，实现了对11种癌症类型的225个肿瘤样本染色质可及性和206份样本的转录组的配对分析，构建了泛癌表观遗传和转录组图谱，确定了与癌症转化相关的表观遗传驱动因素。一些表观遗传驱动因素出现在多种癌症中，例如ABCC1和VEGFA的调节区域;GATA6和FOX家族基序。而其他基序是癌症特异性的，例如，FGF19、ASAP2和EN1的调节区域，以及PBX3基序。在表观遗传改变的通路中，TP53、缺氧和TNF信号与癌症的发生有关，而雌激素反应、上皮-间质转化和顶端连接则与转移转化有关。此外，该研究还揭示了增强子可及性与基因表达之间的显著相关性，并揭示了表观遗传和遗传驱动因素之间的合作。

研究思路二：

解析治疗响应与耐药的转录和表观遗传机制

肿瘤药物治疗，尤其是免疫检查点治疗是肿瘤临床研究关注的的另一热点方向。尽管当前已有多款免疫检查点抑制剂在实体瘤泛癌种中获批，但其在不同癌种和患者中的疗效存在显著差异的机制尚未完成破解。因此，有必要从突变特征、基因表达和表观遗传改变等多个方面去解析药物的响应和耐药机制，以期为临床个性化治疗和预后分层提供依据。现有证据表明，表观基因组的干预能够纠正癌症基因表达的紊乱，为药物干预提供新的靶点。

在这个方向的泛癌研究，小新认为可以参考今年2月份发表在Nature上的《Mechanisms of action and resistance in histone methylation-targeted therapy》^[2]研究。H3K27me3在染色质致密化中发挥主要作用，该研究中作者采集了10例患者在治疗前、应答期和疾病进展期的PBMC样本，通过scRNA-seq、scATAC-seq数据，结合WES、ChIP-seq、EM-seq、BulkRNA-seq等实验方法和临床资源表明，抑制H3K27me3可引起癌症表观基因组的重编程，从而发挥持续的临床效益，展示了EZH1/EZH2抑制剂Valemetostat在成人ATL患者的临床试验中的效力、响应和耐药机制：全基因组染色质的去致密化直接导致抑癌基因的恢复，甚至可以增强细胞毒性药物的功效。

研究思路三：

识别特定细胞类型的转录和表观遗传异质性

除了上述研究方向，泛癌种研究因其往往纳入多癌种的较大规模样本，其在精细解析特定细胞类型（如B细胞、T细胞、中性粒细胞等）的异质性特征方面具有明显优势。现有泛癌或单一癌种的转录与表观联合分析主要从细胞亚群在癌种中的异质性分布、疗效或预后关联的亚群识别、恶性细胞的细胞起源识别或对比^[3,4]、促癌代谢表型解析^[5]以及构建细胞模块^[4,6]等角度进行分析。

例如，24年5月发表在Science上的《A blueprint for tumor-infiltrating B cells across human cancers》^[7]研究和今年7月发表在Cell上的《Pan-cancer single-cell dissection reveals phenotypically distinct B cell subtype》^[8]研究，作者均通过scRNA-seq联合scATAC-seq等分析解析了多癌种、多样本类型、大队列中的B细胞丰度和亚群组成的异质性、预后或疗效相关亚群的识别、活化或衰竭表型特征。在scATAC-seq联合分析方面，前者表明了谷氨酰胺代谢建立了衰竭表型的滤泡外典型记忆B细胞（AtM B）细胞的表观遗传特性；后者确认了肿瘤相关非典型B细胞(TAABs)的表观遗传独特性，其转录标记基因DNA片段的开放性增强。