《Molecular Cancer》：Epigenomic disorder and partial EMT impair luminal progenitor integrity in Brca1-associated breast tumorigenesis
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在 BRCA1 突变相关乳腺癌研究中，为明确 luminal progenitor 细胞癌变机制，研究人员结合小鼠和人类样本，通过单细胞表观基因组和转录组分析，发现其经表观基因组紊乱、部分上皮 - 间质转化（EMT）等致癌，且可在人体检测到相关特征，为早期监测提供方向。
在乳腺癌的研究领域，BRCA1 基因突变一直是备受关注的焦点。携带 BRCA1 突变的女性，患乳腺癌的风险显著增加。然而，尽管知道 luminal progenitor 细胞（管腔祖细胞）可能是 BRCA1 突变相关乳腺癌的起源细胞，但它们究竟是如何一步步转变为具有侵袭性的癌细胞的，这一过程却迷雾重重。以往的研究存在诸多局限，从人体样本研究来看，仅依靠癌症患者的样本，难以理清肿瘤发生过程中复杂的分子变化顺序；而对癌症易感个体正常组织的研究，又面临着肿瘤出现时间不确定的问题。在这样的困境下，深入探究 BRCA1 驱动的肿瘤发生机制迫在眉睫，这不仅有助于我们更深入地理解癌症的起源，还可能为癌症的早期预防和治疗开辟新的道路。
为了揭开这层神秘的面纱，来自法国居里研究所（Institut Curie）等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们巧妙地将小鼠模型与人体研究相结合，运用先进的单细胞表观基因组学和转录组学技术，试图绘制出上皮细胞向癌细胞转化的详细过程，找出肿瘤发生过程中的关键细胞状态和标记物 。
这项研究取得了一系列令人瞩目的成果，相关论文发表在《Molecular Cancer》上。在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）和单细胞染色质可及性测序（snCUT&Tag），用于分析细胞的转录组和表观基因组特征；二是利用基于分区的图抽象算法（PAGA）来量化细胞簇之间的连通性；三是通过推断拷贝数变异（CNV）来评估细胞的克隆性；四是运用 MERFISH（多重误差稳健荧光原位杂交）技术进行空间转录组分析。研究样本不仅包括基因工程小鼠模型的乳腺组织，还涉及人类乳腺癌队列以及 BRCA1 突变携带者的乳腺上皮组织。
下面详细介绍一下具体的研究结果：
- Brca1/Trp53 缺陷乳腺中表观基因组完整性和细胞身份被破坏：研究人员对 Brca1/Trp53 缺陷的小鼠进行时间序列分析，结合 scRNA - seq 和 snCUT&Tag 技术，发现正常样态的 luminal progenitor 细胞虽在生理标记物表达上看似正常，但却存在表观基因组紊乱的现象，这可能导致细胞谱系完整性的丧失。通过对不同年龄小鼠乳腺上皮细胞的分析，发现随着年龄增长，Brca1/Trp53 缺陷小鼠的细胞谱系完整性逐渐被破坏，细胞在三元图中的分布发生改变，且 CreP LP 细胞的表观基因组状态更为广泛和无序123。
- 检测到一种罕见的、表观遗传启动的癌前细胞状态：研究人员在小鼠模型中发现了一种癌前细胞状态，这种状态的细胞数量稀少，却在肿瘤形成过程中起着关键的桥梁作用。通过 PAGA 算法分析，发现该状态的细胞是连接上皮亚群和肿瘤细胞状态的枢纽。这些细胞的基因表达特征显示，其管腔特征基因表达下调，同时一些癌前基因出现 H3K4me1 富集，表明存在表观遗传启动现象。对细胞克隆性的分析表明，多个管腔细胞可转变为癌前状态456。
- 癌前状态的细胞显示出细胞周期缺陷和部分 EMT 迹象：对癌前状态细胞的生物学功能研究发现，与正常的 luminal 细胞相比，其多条癌症相关信号通路被激活，包括 Myc 信号通路、细胞周期相关通路、上皮 - 间质转化（EMT）通路和血管生成通路，同时细胞凋亡通路受到抑制。通过对 EMT 相关标记基因的分析以及免疫组化实验验证，发现癌前状态细胞处于上皮和间质的中间状态。此外，研究还发现癌前状态细胞的细胞周期相关基因表达异常，p16 虽被激活，但细胞似乎能绕过其介导的细胞周期停滞，同时还存在类似衰老的现象789。
- 癌前细胞状态的特征在早期乳腺癌和 BRCA1m 携带者的乳腺中被检测到：研究人员对人类乳腺癌队列进行分析，发现癌前状态的关键标记基因 CDKN2A 在基底样肿瘤中特异性高表达，且癌前特征基因的表达在低阶段基底样肿瘤中更为明显，与更长的无病生存期相关。在对 BRCA1 突变携带者的乳腺上皮组织进行 MERFISH 分析时，也检测到部分 luminal progenitor 细胞具有癌前特征，如 CCND1、VIM、AQP5 和 IGFBP4 等基因的共激活101112。
- 癌前状态的管腔细胞激活免疫抑制和 FGF 信号通路：通过对小鼠 scRNA - seq 数据集的分析，研究人员发现癌前细胞与正常上皮细胞的细胞间通讯存在差异，其激活了免疫抑制相关的 MIF 和 SPP1 信号轴，可能用于逃避肿瘤起始阶段的免疫监视。同时，癌前细胞还短暂激活了成纤维细胞生长因子（FGF）信号通路，与上皮细胞和 fibroblasts 进行自分泌和旁分泌通讯。在人类乳腺组织中，也检测到 BRCA1 突变携带者的乳腺组织中 FGF 信号通路的激活131415。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，表观基因组紊乱以及间质和细胞周期标记物的异常激活，是 luminal progenitor 细胞受到致癌应激、可能启动肿瘤发生的重要表现。这种表观基因组的紊乱与细胞谱系完整性的丧失密切相关。研究还强调了小鼠模型在研究肿瘤发生过程中的重要性，通过对不同肿瘤发生阶段的多次采样，明确了 luminal 细胞在发展为完全肿瘤细胞之前，会经过一个具有特定特征的癌前状态。这一发现为理解肿瘤发生机制提供了新的视角，也为早期监测高癌症风险个体提供了潜在的生物标志物和监测靶点。然而，研究也存在一些待解决的问题，例如 luminal 细胞如何逃避 p16 介导的细胞周期停滞，以及癌前特征细胞的数量与癌症发生时间的关系等，这些都需要进一步的研究来探索。总的来说，这项研究为乳腺癌的早期预防和治疗奠定了重要的理论基础，具有极高的科学价值和临床应用潜力。
