对神经内分泌肺癌的表观基因组进行分析，发现了一种经典的神经内分泌亚型ASCL1/NKX2-1，以及与免疫原性降低相关的SOX11相关分化轴

《Lung Cancer》：Epigenomic profiling of neuroendocrine lung cancers identifies a classical-neuroendocrine ASCL1/NKX2-1 subtype and a SOX11-associated differentiation axis linked to reduced immunogenicity

　　

佐藤隆|滨本淳子|江本胜良|永代亮|夜神由里|山本宏树|井上亮辅|松尾宏美|白泽雅之|口月幸树|川野信|原裕一郎|柳承烨|福岛隆弘|杉原凯|寺井英树|佐野山伊太郎|村雲良樹|堂本秀晴|原口瑞穂-桥口|直彦

日本埼玉县埼玉医科大学呼吸内科

摘要

背景

近年来，基于ASCL1、NEUROD1和POU2F3等谱系转录因子的表达，人们开始研究肺高级神经内分泌（NE）癌（主要是小细胞肺癌SCLC）中NE分化的异质性。然而，基于这些因子的分子分类仍然不完善，且肺癌中的NE分化比之前认为的更加多样化。在这里，我们通过表观基因组分析研究了具有NE成分的各种肺癌中的NE分化异质性，主要关注大细胞神经内分泌癌（LCNEC）。

方法

我们分析了24份含有LCNEC成分的原发性肺癌患者的福尔马林固定石蜡包埋肿瘤组织的超级增强子谱型，并研究了表观基因组谱型与NE因子之间的关联。通过CRISPR-Cas9介导的删除以及人类LCNEC/SCLC肿瘤和类器官数据集的分析，评估了SOX11的功能作用。

结果

我们发现了一种经典的NE亚型，其特征是ASCL1和NKX2-1的高表达，以及典型的NE标记物的高阳性率。此外，我们还发现了一个以神经转录因子SOX11为特征的独特分化轴。转录组分析显示，神经元基因特征丧失，同时诱导了与免疫反应相关的基因。与这些发现一致，对人类LCNEC/SCLC数据的分析显示，与SOX11表达正相关的基因富集，而与免疫相关的基因则呈负相关。此外，SOX11与免疫相关基因（包括MHC I类成分）的表达降低有关。

结论

我们的表观基因组分析识别出一种经典的ASCL1/NKX2-1亚型，以及与NE肺癌肿瘤免疫原性相关的SOX11相关轴。

引言

肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因[1]，其中高级神经内分泌（NE）肿瘤（包括小细胞肺癌SCLC和肺大细胞神经内分泌癌LCNEC）分别占所有肺癌的约15%和3%[2],[3]。尽管在诊断和治疗方面取得了进展（包括分子靶向疗法和免疫疗法，这些疗法为其他类型的肺癌患者提供了显著的生存益处），但这些NE肺癌仍然具有高度侵袭性，预后较差。几十年来，SCLC的标准治疗方法一直是细胞毒性化疗，主要是铂类药物加依托泊苷，但这仅对大多数患者具有暂时性效果[4]。即使最近出现了免疫检查点抑制剂，将其与化疗联合使用对SCLC的疗效也有限，生存期仅有轻微改善[5]。虽然LCNEC患者可以接受SCLC和非小细胞肺癌（NSCLC）的化疗方案，但晚期LCNEC的治疗效果仍然不佳，铂类双药化疗的响应率仅为34%至46%[6]。此外，使用免疫检查点抑制剂对LCNEC的生存益处也仅有限[7]。因此，迫切需要创新策略来更好地表征和分类这些NE肺癌，以便为当前和未来的治疗选择进行患者分层。

基因组技术的最新进展使得SCLC的分子特征得以新的认识，提出了基于ASCL1、NEUROD1、POU2F3等谱系转录因子（TFs）以及转录共激活因子YAP1的SCLC新分子分类[8]。然而，这些因子确定的SCLC亚型仍然是异质性群体，尤其是在主要的ASCL1亚型中。通过25种SCLC细胞系的表观基因组分析，我们进一步明确了ASCL1亚型，并识别出以NKX2-1和SOX1为核心调控网络的ASCL1-α亚型[9]。其他人还发现了一种以炎症基因特征为标志的炎症型SCLC亚型，该亚型在某种程度上与YAP1亚型重叠，但没有特定的谱系因子来定义它[10]。因此，SCLC的分子分类仍是一个正在进行的工作。

相比之下，LCNEC的分类尚未得到充分建立。尽管基于基因组分析提出了两种LCNEC分子亚型：I型（具有TP53和STK11/KEAP1改变）和II型（具有TP53和RB1改变）[11]，但基于ASCL1、NEUROD1和POU2F3等谱系转录因子的转录组谱型的LCNEC分子特征和分类仍不成熟，不如SCLC那样完善。LCNEC的临床诊断本身并不总是直截了当的。LCNEC的诊断基于高级别组织病理学特征，以及NE形态和NE标记物（突触素、嗜铬粒蛋白和CD56）的免疫组化染色。目前的LCNEC病理诊断排除了那些通过NE形态或NE标记物阳性证据怀疑具有NE分化的NSCLC。此外，LCNEC成分可以与其他组织学成分（如SCLC和非NE NSCLC）结合存在。这表明肺癌中存在NE分化的梯度，这一梯度仍有待完全阐明。

在这项研究中，我们应用表观基因组方法研究了具有NE成分的肺癌（主要是LCNEC）人类肿瘤样本中的差异性增强子景观。为了揭示广泛的NE分化异质性，我们纳入了具有非小细胞NE成分的肺癌患者的人体肺癌组织。我们发现了两个分化轴：一个是由ASCL1和NKX2-1高表达决定的经典NE轴，另一个是由SOX11决定的神经元轴。此外，我们还证明了神经元谱系因子SOX11在抑制NE肺癌免疫原性方面的先前未知作用。

章节片段

人类肺癌样本

我们从在庆应义塾医院或庆友医院接受肿瘤切除的具有NE成分的肺癌患者那里获得了24份福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）肿瘤组织样本。这些样本包括来自同一患者的不同组织类型的肺癌组织，如小细胞癌、腺癌和肉瘤样癌。人类样本的特征见附表S1。这些肿瘤样本

超级增强子分析识别出具有NE成分的人类肺癌（包括ASCL1/NKX2-1亚型）的不同分化状态

为了了解具有NE分化的肺癌中细胞分化状态的异质性，我们检查了24份具有非小细胞NE成分的肺癌患者的人体肺癌组织的超级增强子景观。使用H3K27乙酰化（H3K27ac）信号对超级增强子区域附近的转录调节因子进行无监督层次聚类，识别出四个亚组（图1A）。主成分分析

讨论

在本报告中，我们通过分析人类肺癌组织的增强子景观，识别出一种经典的ASCL1/NKX2-1亚型和一种以前未被重视的由SOX11表示的分化轴，并发现SOX11在具有NE成分的肺癌中起着抑制免疫原性的作用。对于SCLC（主要的NE肺癌类型），过去十年中已经提出了基于谱系转录因子表达的分子亚型；然而，LCNEC和

CRediT作者贡献声明

佐藤隆：撰写——原始草稿、可视化、资源获取、项目管理、方法学、研究、资金获取、正式分析、概念化。滨本淳子：撰写——审阅与编辑、方法学、研究。江本胜良：撰写——审阅与编辑、资源获取、研究。永代亮：撰写——审阅与编辑、资源获取、研究。夜神由里：撰写——审阅与编辑、研究。山本宏树：撰写——审阅与

资助

本研究得到了日本学术振兴会（JSPS）科学研究资助（KAKENHI）；资助编号20K17192、23K07609（授予佐藤隆）、22K08288（授予直彦直树）、MSD生命科学基金会（授予佐藤隆）和Naito基金会（授予佐藤隆）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突，除了柳承烨目前受雇于Moderna公司。

致谢

我们感谢田中雅美、小野田由衣、米仓千夏、柴谷美纪子和山冈和弘在技术上的协助，以及 Kohno Takashi 和 Shiraishi Kouya 的有益讨论。作者还感谢埼玉医科大学的基因分析中心。

生成式AI使用声明

作者使用ChatGPT来辅助提高手稿某些部分的写作质量。使用该工具后，作者仔细审查并编辑了内容