《Advanced Science》：Single-Nucleus Multi-Omics Reveals Hypoxia-Driven Angiogenic Programs and Their Epigenetic Control in Sinonasal Squamous Cell Carcinoma
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本綜述通過整合單核多組學(xué)分析，系統(tǒng)描繪了鼻竇鱗狀細(xì)胞癌（SNSCC）的腫瘤生態(tài)系統(tǒng)，揭示了缺氧（TC1）和增殖（TC2）兩種惡性亞型與不良預(yù)后的關(guān)聯(lián)。研究首次發(fā)現(xiàn)TC1細(xì)胞通過協(xié)調(diào)分泌腎上腺髓質(zhì)素（ADM）、MIF和VEGFA，驅(qū)動缺氧誘導(dǎo)的血管生成程序，并證實該過程受AP-1和HIF1A信號協(xié)同調(diào)控。表觀遺傳分析顯示，腫瘤特異性染色質(zhì)可及性和DNA低甲基化是這些轉(zhuǎn)錄程序的基礎(chǔ)。研究進(jìn)一步通過組織學(xué)驗證了GLUT1陽性TC1細(xì)胞與DLL4陽性內(nèi)皮尖端細(xì)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(guān)鍵治療靶點。
分子圖譜揭示SNSCC的獨特轉(zhuǎn)錄程序
通過整合腫瘤組織和正常組織的轉(zhuǎn)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(dá)基因。上調(diào)基因富集于細(xì)胞周期、表觀遺傳調(diào)控和代謝重編程等相關(guān)過程，特別是HIF1轉(zhuǎn)錄因子（TF）信號、糖酵解過程和缺氧反應(yīng)通路。下調(diào)基因則主要與纖毛組裝、唾液分泌和黏蛋白O-糖基化有關(guān)，反映了黏膜上皮功能受損。免疫學(xué)特征分析顯示，白細(xì)胞介素信號通路上調(diào)，而體液免疫和補體激活相關(guān)基因下調(diào)。
單核多組學(xué)分析揭示SNSCC的復(fù)雜細(xì)胞結(jié)構(gòu)
利用10× Genomics Multiome平臺對SNSCC患者腫瘤組織和健康鼻黏膜進(jìn)行單核RNA和ATAC聯(lián)合測序，通過加權(quán)最近鄰分析鑒定出6種主要細(xì)胞類型。定量分析顯示，SNSCC中髓系細(xì)胞比例增加而漿細(xì)胞減少。去卷積分析驗證了單細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，證實SNSCC中巨噬細(xì)胞群體擴增和漿細(xì)胞減少。
細(xì)胞類型特異性轉(zhuǎn)錄程序揭示不同的致癌特征
差異表達(dá)分析揭示了腫瘤和健康環(huán)境中不同的轉(zhuǎn)錄程序。惡性上皮細(xì)胞顯著上調(diào)缺氧和糖酵解相關(guān)基因以及上皮發(fā)育標(biāo)志物。腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞特征性表達(dá)癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞標(biāo)志物，同時膠原形成和TGFβ信號組件表達(dá)升高。腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞顯示血管生成相關(guān)過程富集，特別是VEGFA-VEGFR2信號和血管出芽。髓系細(xì)胞表現(xiàn)出復(fù)雜的表型，包括脂質(zhì)相關(guān)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞特征和炎癥反應(yīng)基因。腫瘤浸潤T細(xì)胞在原發(fā)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(zhì)可及性分析揭示細(xì)胞類型特異性調(diào)控機制
對差異可及區(qū)域的分析顯示，DARS與差異表達(dá)基因之間存在顯著相關(guān)性。基因組分布分析表明，DEG連接的DARS主要位于啟動子-轉(zhuǎn)錄起始位區(qū)域、內(nèi)含子和基因間區(qū)域。腫瘤特異性細(xì)胞群在關(guān)鍵調(diào)控位點表現(xiàn)出獨特的染色質(zhì)可及性模式。惡性上皮細(xì)胞在控制DSG3、ENO1、KRT17和NDRG1表達(dá)的區(qū)域顯示可及性增強。癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞在FAP、FBLN2、SFRP2和TGFBI附近可及性增加，而腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞在ANGPT2、COL4A1、PRDM1和VMP1的調(diào)控區(qū)域可及性升高。
細(xì)胞類型特異性轉(zhuǎn)錄因子活性定義SNSCC中的調(diào)控程序
差異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合基序富集分析揭示了腫瘤和健康組織中不同的調(diào)控程序。每種主要細(xì)胞類型表現(xiàn)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(dá)數(shù)據(jù)，揭示了細(xì)胞類型特異性的調(diào)控程序。惡性上皮細(xì)胞顯示HIF1A結(jié)合基序顯著富集。癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞顯示RUNX2、EGR1和NFATC2基序富集。腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞特別富集ETS家族轉(zhuǎn)錄因子。值得注意的是，AP-1家族基序在腫瘤細(xì)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(qū)域富集，而高甲基化CpG主要位于轉(zhuǎn)錄起始位點附近。低甲基化區(qū)域顯示AP-1、KLF和p63結(jié)合基序顯著富集。相反，高甲基化區(qū)域顯示SPDEF、NFI和SOX基序富集，并伴隨NFI家族成員表達(dá)降低。
單細(xì)胞分析揭示不同的惡性狀態(tài)和臨床相關(guān)性
上皮區(qū)室的重點分析確定了15個不同的簇，代表12種細(xì)胞類型。這些群體包括基底細(xì)胞、纖毛細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、肌上皮細(xì)胞、黏液細(xì)胞、漿液細(xì)胞和簇細(xì)胞，以及五個主要來源于惡性組織的腫瘤細(xì)胞亞群。基因表達(dá)模式分析揭示了已確立的頭頸部鱗狀細(xì)胞癌標(biāo)志物在腫瘤亞群中廣泛表達(dá)，而通常在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中下調(diào)的基因在正常上皮區(qū)室中優(yōu)先表達(dá)。拷貝數(shù)變異分析證實了TC簇的惡性身份。TC簇的基因表達(dá)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(yīng)激反應(yīng)通路中顯著富集。TC2顯示在上皮發(fā)育、細(xì)胞周期調(diào)控和NRF2通路組件中富集。TC3表現(xiàn)出PPARA調(diào)控轉(zhuǎn)錄本和DNA損傷反應(yīng)基因的上調(diào)。TC4在肽酶活性和黏膜免疫中富集。TC5顯示上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的特征。
缺氧誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞中的促血管生成因子并塑造腫瘤微環(huán)境
對暴露于常氧或缺氧條件的SNSCC細(xì)胞系的分析顯示，缺氧直接誘導(dǎo)促血管生成和代謝基因的表達(dá)。 motif富集分析與缺氧特異性開放染色質(zhì)區(qū)域相關(guān)的上調(diào)基因，鑒定出AP-1、HIF1A和KLF家族成員結(jié)合基序的顯著富集。功能驗證證實AP-1和HIF1A活性對于調(diào)節(jié)SNSCC中主要的血管生成和缺氧驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄程序至關(guān)重要。將缺氧轉(zhuǎn)錄輸出與生物學(xué)功能聯(lián)系起來，使用人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行的體外功能研究表明，缺氧腫瘤條件培養(yǎng)基顯著誘導(dǎo)了人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中ERK和CREB的磷酸化。
