《Cell Reports》：FOXA1 mutations co-opt nascent transcription factor networks in partnership with androgen receptor to enhance prostate tumorigenicity
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本研究针对前列腺癌中高频突变的先驱转录因子FOXA1，系统解析了其不同突变亚型（Wing2错义突变、框内缺失、C端截短）通过劫持AR-FOXA1调控网络，重塑染色质开放性，驱动基底细胞向L1型管腔细胞谱系转化的分子机制。研究人员利用小鼠前列腺类器官模型结合单细胞多组学技术，发现FOXA1突变通过激活AR-FOXA1杂合 motif (ANDR_18) 并招募POU2F1等转录因子，诱导L1样分化程序，且在体内实验中与Trp53/Pten缺失协同促进肿瘤发生。该研究揭示了FOXA1突变促进前列腺癌进展的新机制，为靶向干预提供了新思路。
前列腺癌作为男性最常见的恶性肿瘤之一，其发生发展与雄激素受体（AR）信号通路的异常激活密切相关。然而，AR信号如何精确调控前列腺上皮细胞的命运决定，以及致癌突变如何改写这一调控程序，始终是领域内的核心科学问题。近年来，测序技术的进步揭示FOXA1作为重要的先驱转录因子，在前列腺癌中存在10%-40%的高频突变，尤其引人注目的是，这些突变与另一种常见驱动事件ERG易位呈现出种族特异性分布规律：FOXA1突变在亚洲人群中更常见，而ERG易位在西方人群中更高发。这种有趣的"此消彼长"现象暗示FOXA1在前列腺癌中扮演着关键角色，但不同的FOXA1突变类型如何通过改变染色质景观来驱动肿瘤发生，仍是未解之谜。
为了回答这一科学问题，研究人员在《Cell Reports》上发表了最新研究成果。他们首先通过对874例原发性和转移性前列腺癌样本进行大规模基因组分析，将FOXA1突变系统分为三大类：Wing2结构域的错义突变和框内缺失突变、C端截短突变以及FOXA1过表达。值得注意的是，几乎所有的框内缺失突变都集中在M253和E255这两个关键氨基酸位点，凸显了Wing2结构域的功能重要性。
为了深入解析不同FOXA1突变型的生物学功能，研究团队构建了表达代表性FOXA1突变体（包括H247Y错义突变、M253K和FE255框内缺失突变、G275X截短突变以及野生型FOXA1）的小鼠前列腺类器官模型，并运用单细胞多组学（scRNA-seq+scATAC-seq）技术，同时在转录组和表观基因组层面追踪FOXA1突变引起的动态变化。
研究发现，所有FOXA1突变体均能显著改变前列腺上皮细胞的谱系分化方向，但不同突变类型导向不同的细胞命运：框内缺失突变（M253K和FE255）促进基底样细胞状态，而C端截短突变（G275X）、Wing2错义突变（H247Y）以及FOXA1过表达则驱动分泌性L1型管腔细胞分化。尤为重要的是，表达G275X突变体的类器官在短短24小时内就能快速获得L1细胞特征，而野生型FOXA1需要5天才能达到类似效果，提示突变体FOXA1具有更强的谱系重编程能力。
通过整合分析染色质可及性、转录因子结合和基因表达数据，研究人员发现了一个关键机制：促L1分化的FOXA1突变体（如G275X）会富集一种新型的AR-FOXA1杂合 motif（ANDR_18），而非经典的AR motif（ANDR_19）。这种染色质"开关"的重编程，使得AR能够结合到一组全新的基因组位点，进而与POU2F1等转录因子协同作用，激活L1细胞特异性基因表达程序。进一步的功能实验证实，敲低POU2F1会显著削弱FOXA1突变体诱导的L1分化表型，而GATA3作为POU2F1的下游靶点，也参与了这一调控网络。
在技术方法层面，本研究主要运用了几大关键技术：首先利用单细胞多组学（scRNA-seq+scATAC-seq）技术同时分析转录组和染色质可及性；通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）绘制FOXA1和AR的全基因组结合图谱；采用类器官培养系统模拟前列腺上皮细胞的分化过程；使用单颗粒追踪（SPT）和荧光漂白恢复（FRAP）技术量化FOXA1突变体在染色质上的停留时间；并整合来自纪念斯隆-凯特琳癌症中心（MSK）的874例患者样本队列进行临床相关性分析。
FOXA1突变驱动上皮细胞特异性转录组在前列腺类器官中的重编程
研究人员通过单细胞转录组聚类分析发现，表达不同FOXA1突变体的细胞形成明显的基因表达簇，其中75%的细胞簇主要由单一基因型的细胞组成。通过高斯混合模型对细胞谱系概率进行量化，显示G275X突变体诱导的类器官中L1细胞比例高达66%，显著高于空白对照的6%。这些转录组变化与类器官的形态学观察相一致：促L1分化的FOXA1突变体培养物中出现大的囊状管腔结构，提示其具有更强的分泌功能。
FOXA1/AR在复合结合位点的共定位与谱系特异性转录因子表达相关
ChIP-seq分析揭示了不同FOXA1突变体对AR结合位点的重塑作用。在表达G275X等促L1分化突变体的细胞中，AR倾向于结合含有ANDR_18 motif的基因组区域，而这些区域同样富集FOXA1的结合信号。相反，在空白对照和M253K突变体组中，AR主要结合经典的ANDR_19 motif。这种结合位点的转换与细胞命运决定密切相关：ANDR_18富集的区域同时包含POU2F1和GATA3等管腔细胞特异性转录因子的结合位点，构成了一个促进L1分化的转录调控模块。
POU2F1是促L1表型的关键下游效应因子
为了验证POU2F1在FOXA1突变驱动的L1分化中的必要性，研究人员在G275X表达类器官中敲除POU2F1基因。单细胞多组学分析显示，POU2F1缺失导致L1细胞特征基因表达显著下降，同时基底细胞标志物（如Krt5、Krt14）表达上调。更重要的是，POU2F1缺失还引起了染色质可及性的全局性改变：ANDR_18 motif的可及性降低，而L2细胞相关的KLF家族转录因子motif可及性增加。这些结果确立了POU2F1在FOXA1突变驱动的L1分化中的核心地位。
G275X具有更短的染色质停留时间并比野生型更快诱导管腔身份
通过内源性HaloTag标记和单颗粒追踪技术，研究人员量化了FOXA1突变体在染色质上的动力学行为。结果显示，G275X突变体在染色质上的停留时间显著短于野生型FOXA1，属于"快速"突变体类别。这种动力学特性的改变与功能观察相一致：G275X能够在24小时内快速建立L1细胞的染色质可及性和转录组特征，而野生型FOXA1需要更长时间。这表明FOXA1突变体通过提高染色质结合-解离的周转速率，加速了细胞命运决定过程。
促L1的FOXA1突变体在体内驱动管腔身份
最后，研究人员在体内模型中验证了FOXA1突变体的致癌功能。将表达不同FOXA1等位基因的Pten/Trp53双敲除类器官移植到小鼠前列腺中，发现空白对照组产生低分化的基底样肿瘤，而表达WT、H247Y或G275X FOXA1的类器官则形成中高分化、CK8/18阳性的管腔腺癌，重现了FOXA1突变型人类前列腺癌的组织学特征。这些肿瘤同时表现出更高的增殖活性，证实了FOXA1突变在体内环境中的促瘤功能。
研究结论与讨论部分强调，本研究通过综合运用基因组学、表观基因组学和功能实验，系统揭示了FOXA1突变在前列腺癌中的致病机制。不同类别的FOXA1突变通过重塑AR转录程序，导向不同的上皮细胞命运结局：其中促L1分化的突变体（如C端截短突变）通过建立AR-FOXA1-POU2F1转录调控模块，加速管腔分化程序。这一发现不仅解释了FOXA1突变前列腺癌的分子特征，也为理解转录因子突变如何通过改变先驱活性来驱动细胞命运决定提供了重要范式。值得注意的是，与通常认为癌症伴随去分化的传统观点不同，FOXA1突变反而促进分化程度更高的管腔表型，这一悖论提示前列腺癌的发生可能通过多种细胞命运重编程路径实现。该研究为开发针对特定FOXA1突变亚型的精准治疗策略奠定了理论基础。
