《Journal of Advanced Research》：Pan-cancer epigenetic landscape of human tumor-associated macrophages reveals crucial enhancers governing their heterogenous formation by Pol II pausing modulation
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本研究针对肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）异质性形成的表观遗传调控机制尚不明确的问题，通过整合分析人类多种癌症、癌前病变及健康组织的单细胞表观基因组数据，系统描绘了TAMs的泛癌表观遗传景观。研究人员发现，来自外周单核细胞和组织驻留巨噬细胞（TRMs）的TAMs分别遵循不同的发育轨迹，并鉴定出PPARG、NFAT5、MECP2等关键转录因子通过调控超级增强子活性，主要经由释放启动子近端暂停的Pol II来驱动促肿瘤TAMs的形成。该研究揭示了TAM异质性形成的新机制，为靶向TAM的癌症免疫治疗提供了潜在新靶点。
在肿瘤这个复杂的生态系统中，免疫细胞扮演着至关重要的角色，其中肿瘤相关巨噬细胞更是备受关注的“双面间谍”。它们如同战场上的“变色龙”，既可能发挥抗肿瘤的“战士”功能，招募细胞毒性T细胞引发免疫反应；也可能沦为肿瘤的“帮凶”，通过抑制免疫、促进血管生成和组织修复来助长肿瘤进展。更复杂的是，这些促肿瘤的TAMs可能源自两种不同的“兵源”：从血液中招募而来的外周单核细胞，或是早已驻扎在组织中的组织驻留巨噬细胞。
然而，科学界对这些来自不同“兵源”的细胞是如何在肿瘤微环境的“训练”下，分化成特定TAM亚型的内在调控程序知之甚少。肿瘤微环境中的各种压力信号，如缺氧、氧化应激、免疫抑制性细胞因子等，如何通过改变巨噬细胞的表观遗传状态，从而重塑其功能命运，是一个亟待解答的关键科学问题。理解这一过程，对于开发针对TAM的有效癌症免疫治疗策略具有重大意义。
为了解开这一谜团，中国研究团队开展了一项系统性研究，成果发表在《Journal of Advanced Research》上。研究人员收集了来自健康成人和胎儿组织、系统性红斑狼疮患者外周血单核细胞，以及家族性腺瘤性息肉病、结直肠癌、肾透明细胞癌、卵巢癌和子宫内膜癌等多种来源的208个单细胞ATAC测序样本，构建了迄今为止最全面的髓系细胞表观遗传图谱。
关键技术方法概览
本研究主要运用了多种前沿技术：整合分析大规模公共单细胞ATAC-seq和RNA-seq数据集，进行细胞类型注释和轨迹推断；通过ChromVAR分析转录因子 motif 活性；利用Peak-to-gene链接分析鉴定超级增强子及其靶基因；结合TCGA数据进行生存分析验证临床意义；并通过CRISPR/Cas9基因编辑、染色质免疫共沉淀和流式细胞术等在体外人类细胞模型中进行功能验证。
研究结果
泛癌表观遗传景观揭示TAMs异质性起源
通过整合分析，研究人员将髓系细胞分为14个簇，其中包括5种不同类型的巨噬细胞。值得注意的是，Macro-SPP1和Macro-C1QC分别主要富集于癌组织和癌前病变组织中。分析显示，Macro-SPP1主要来源于外周单核细胞，而Macro-C1QC则源自组织驻留巨噬细胞，表明TAMs存在不同的发育路径。
TAM相关超级增强子与患者预后显著相关
研究团队整合单细胞表观基因组与转录组数据，发现SPP1、PPARG等基因的增强子活性与其表达水平密切相关。超级增强子分析显示，Macro-SPP1中富集的超级增强子调控的基因显著富集于炎症反应、IL-10信号、血管生成正调控等通路。重要的是，这些基因的特征评分在18种癌症类型中与患者不良预后显著相关。
TAM形成的表观遗传轨迹与关键调控因子
轨迹分析揭示了单核细胞向Macro-SPP1分化的动态过程：早期激活炎症性趋化因子、IL1B等基因，后期激活IL10等基因。研究人员鉴定出NFAT5、MECP2和PPARG等是Macro-SPP1形成的正调控转录因子。相反，Macro-C1QC的形成则与MAF、HES1和PRDM1等调控因子相关。
增强子通过Pol II暂停释放调控TAM极化
研究首次发现，大多数SPP1+ TAM相关基因的启动子在分化过程中保持恒定可及性，而其表达主要受增强子动态调控。机制上，这些增强子通过调控RNA聚合酶II的暂停释放，而非改变启动子可及性，来驱动促肿瘤TAM相关基因的表达。以HIPK2基因为例，其增强子破坏会导致Pol II在启动子近端积累，抑制基因表达和M2巨噬细胞极化。
癌症类型特异性表观遗传调控
研究还发现，不同癌症类型的TAMs表现出独特的表观遗传特征。例如，卵巢癌中的TAMs富集于伤口愈合功能，而肾透明细胞癌和卵巢癌中的TAMs则与低氧反应相关，表明存在癌症类型特异性的TAM表观遗传调控。
胎儿与成人组织巨噬细胞的表观遗传差异
比较分析显示，胎儿和成人组织巨噬细胞在转录因子 motif 活性和功能富集上存在显著差异。成人巨噬细胞中抗原加工呈递等功能活性更高，而胎儿巨噬细胞则富集于不同的发育相关通路。
研究结论与意义
这项研究系统性地描绘了人类TAMs的泛癌表观遗传景观，揭示了来自不同细胞源的TAMs遵循不同的发育轨迹，并受特定增强子-转录因子轴调控。最重要的是，研究发现促肿瘤TAM相关增强子主要通过调控Pol II暂停释放而非改变启动子可及性来驱动TAM极化，这一机制与胚胎发育过程中的基因调控模式相似。
该研究的创新性在于首次在泛癌层面揭示了TAM异质性形成的表观遗传基础，鉴定出NFAT5和MECP2等新的TAM调控因子，并阐明了增强子通过Pol II暂停释放调控TAM极化的新范式。这些发现不仅深化了对肿瘤微环境中免疫细胞可塑性的理解，也为开发针对TAM的表观遗传疗法提供了新的靶点和思路。通过干预这些关键增强子或转录因子，可能有望重编程TAM的功能状态，从而增强现有癌症免疫治疗的效果。
研究还揭示了TAM相关超级增强子调控的基因特征与患者预后的密切关联，为临床预后评估和治疗策略选择提供了潜在的生物标志物。未来，针对这些关键表观遗传调控节点的药物开发，可能为逆转肿瘤免疫抑制微环境、改善癌症治疗效果开辟新的途径。
