《Computational Biology and Chemistry》：Subtype-Resolved Transcriptomic Analysis Reveals Distinct Zinc-Finger Regulatory Hubs in Breast Cancer
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乳腺癌分子亚型（HER2?、Luminal A/B、TNBC）的转录调控网络通过整合RNA测序、差异表达分析、蛋白互作网络和启动子 motif 扫描，揭示了四类亚型特异性 ZNF 中心调控模块（MAZ/TNBC，ZNF596/HER2?，ZNF366/Luminal B，ZNF671/Luminal A），并发现 KRAB锌指蛋白通过抑制内源性逆转录元件实现跨亚型调控。
Muhammad Ali|Manahil Saqib|Zaeem Ali|Sajid Rashid
巴基斯坦奎阿德-阿扎姆大学国家生物信息学中心（NCB）
摘要
乳腺癌包含多种分子亚型，包括HER2富集型、Luminal A型、Luminal B型和三阴性乳腺癌（TNBC），每种亚型都由不同的转录程序和临床行为驱动。然而，锌指转录因子（ZNFs）在这些亚型特异性程序中的调控作用尚未完全明确。我们通过对所有主要亚型进行系统的基于RNA测序的比较转录组分析，结合差异表达分析、通路富集、蛋白质-蛋白质相互作用网络重建、启动子基序扫描和探索性变异分析，来推断以ZNF为中心的调控结构。HER2?和Luminal B型肿瘤表现出最高的转录紊乱程度，而Luminal A型的失调相对有限。该分析确定了四个亚型特异性的ZNF枢纽：MAZ（TNBC）、ZNF596（HER2?）、ZNF366（Luminal B）和ZNF671（Luminal A），这些枢纽形成了由启动子基序富集支持的紧凑调控模块，表明它们具有潜在的转录因子结合能力。跨亚型的通路分析显示，Krüppel相关盒（KRAB）锌指蛋白介导的内源性逆转录元件的抑制具有保守性，这提示存在共同的表观遗传调控机制。然而，由于缺乏功能扰动数据以及纵向或治疗反应数据，解释结果仍存在局限性。尽管如此，这些发现建立了一个结构化的调控框架，突出了乳腺癌亚型之间的ZNF驱动的转录层次关系。
引言
乳腺癌仍然是全球主要的健康挑战，每年全球新增病例超过230万例，死亡人数约为68.5万例（Sung等人，2021年）。其生物学和临床异质性体现在四种内在分子亚型上：HER2富集型（HER2?）、Luminal A型、Luminal B型和三阴性乳腺癌（TNBC），每种亚型都由激素受体（HR）状态、HER2扩增、Ki-67指数、肿瘤分级、p53状态、淋巴结分期和增殖行为的特征组合定义（Rios-Hoyo等人，2025年；Schettini等人，2022年）。这些亚型在免疫组成、代谢活性、上皮分化状态和患者预后方面也存在差异，从较为惰性的Luminal A型到高度增殖的HER2?和Luminal B型，再到侵袭性的TNBC基态（Pareja等人，2020年；Rios-Hoyo等人，2025年；Schettini等人，2022年）。
大规模的转录组和多组学分析表明，乳腺癌亚型不仅在下游通路激活水平（如PI3K-AKT信号通路、细胞周期进展、细胞因子信号通路、染色质重塑和代谢重编程）上存在差异，在上游转录调控水平上也存在差异（Guo等人，2021年；Oh等人，2023年；Pareja等人，2020年）。使用Gene Ontology（GO）、KEGG和Reactome的功能富集分析一致地将这些通路确定为亚型身份的核心决定因素（Liu等人，2022年）。然而，这些分析并未识别出启动和协调这些程序的转录调控因子。因此，建立和维持亚型特异性转录状态的机制仍不完全清楚。
锌指转录因子（ZNFs），特别是Krüppel相关盒锌指蛋白（KRAB-ZFP）超家族，已被证实是谱系指定、染色质重塑、免疫调节和致癌转录程序的重要调控因子（Iouranova等人，2022年）。KRAB-ZFPs通过招募KAP1/TRIM28（KRAB相关蛋白1/含三部分基序的蛋白）和SETDB1（SET结构域双分支组蛋白赖氨酸甲基转移酶1）作为强大的表观遗传抑制因子，促进异染色质形成并抑制内源性逆转录元件（Bretherick等人，2022年；Moore等人，2025年）。多种ZNFs，包括MAZ（myc相关锌指蛋白）、ZNF703、ZNF217、ZNF281、ZNF366和ZNF671，已被发现与乳腺癌增殖、上皮-间充质转化（EMT）、内分泌抵抗、细胞外基质（ECM）重塑和核受体信号通路相关（Chen等人，2024年；S. Liu等人，2023年），但亚型特异性的ZNF调控因子及其在启动子水平上的直接相互作用在很大程度上仍未被探索。
高质量RNA-Seq数据集的可用性，以及丰富的临床元数据（包括分子亚型、HR/HER2状态、Ki-67指数、循环肿瘤细胞表型、淋巴结和肿瘤分期、p53突变状态和肿瘤分级），结合计算调控推断的最新进展，使得重建以ZNF为中心的转录结构成为可能。整合差异表达分析（DEA）、GO/KEGG/Reactome富集（Ayididaer，2024年）、STRING蛋白质-蛋白质相互作用网络（Szklarczyk等人，2015年）、通过JASPAR（Ovek Baydar等人，2025年）和FIMO（Grant等人，2011年）进行启动子基序扫描以及变异检测的方法，已被证明能够有效识别不仅失调的转录因子，还能将其定位在连贯且生物学上得到验证的调控模块中。
在这项研究中，我们应用了一个多层次的调控框架来表征HER2?、Luminal A、Luminal B和TNBC肿瘤中ZNF转录因子的活性。通过整合差异表达分析（DEG）、相互作用网络精细化、启动子基序映射和突变筛查，我们证明了每种亚型都围绕一个以ZNF为中心的调控轴组织。例如，TNBC中的MAZ、HER2?乳腺癌中的ZNF596、Luminal B中的ZNF366以及Luminal A中的ZNF671。每个调控因子与其相应亚型的标志性程序相一致，包括细胞周期激活（MAZ）、核受体和分化信号通路（ZNF596）、ECM和上皮重塑（ZNF366）以及免疫-神经内分泌调节（ZNF671）。启动子基序分析支持ZNF与亚型特异性差异表达基因（DEGs）的直接结合，而变异检测识别出影响多个ZNF调控因子的重复致病性改变。这些分析共同提供了基于启动子的、亚型分辨的乳腺癌中ZNF驱动的转录回路图谱。
部分摘录
RNA-seq数据获取和元数据检索
原始RNA测序数据来自BioProject PRJNA839244下的Sequence Read Archive（Nayarisseri等人，2024年）。经过元数据验证、亚型协调和质量控制后，最终数据集包含20个样本，包括5个正常乳腺组织和15个乳腺癌样本，分布在不同的分子亚型中：HER2富集型（n = 4）、Luminal A型（n = 4）、Luminal B型（n = 4）和三阴性乳腺癌（TNBC；n = 3）。每个肿瘤亚型均独立进行分析乳腺癌亚型间的差异基因表达
为了定义乳腺癌中的亚型特异性转录改变，我们进行了差异表达分析，比较了正常乳腺组织与HER2富集型（HER2?）、Luminal A型、Luminal B型和三阴性乳腺癌（TNBC）。基因在FDR < 0.05和|log?FC| ≥ 1时被认为是显著的。不同亚型的转录失调程度存在显著差异。
HER2?火山图（图1(a)）显示了最大的转录组变化，有4,231个差异表达基因（2,107个...
讨论
我们使用一个综合框架重建了四种主要乳腺癌分子亚型（HER2?、Luminal A型、Luminal B型和TNBC）的多层次调控景观，该框架结合了批量RNA-Seq分析、以ZNF为中心的差异表达分析、相互作用网络、启动子基序分析和生存模型。全球转录模式与已知的临床行为一致，其中HER2?和Luminal B型肿瘤表现出最广泛的通路改变...
结论
本研究通过对四种主要乳腺癌分子亚型中的锌指转录因子（ZNF）调控进行了综合的、基于转录组的分析。通过结合差异表达分析、通路富集、相互作用网络精细化、启动子基序分析、探索性变异筛选和亚型分层生存关联，我们确定了一个结构化的、亚型分辨的以ZNF为中心的调控景观。
尽管ZNF的基线表达水平普遍较高...
CRediT作者贡献声明
Zaeem Ali：撰写 – 审稿与编辑、可视化、资源整理。Sajid Rashid：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、项目管理、概念构思。Muhammad Ali：撰写 – 初稿撰写、方法学设计、正式分析、数据管理、概念构思。Manahil Saqib：撰写 – 审稿与编辑、可视化、资源整理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
