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为探究 11p15 染色体改变对肝脏的影响，研究人员开展了贝克威思 - 威德曼综合征（BWS）肝脏的单细胞多组学研究。结果发现 BWS 肝脏存在脂质代谢失调、PPARA 信号通路富集等现象。这为理解 BWS 肝脏异常及癌症易感性提供依据。
在生命的奥秘中，肝脏犹如一座复杂而精密的 “化工厂”，承担着众多至关重要的生理功能。然而，有一种名为贝克威思 - 威德曼综合征（Beckwith-Wiedemann Syndrome，BWS）的疾病，却给肝脏的正常运作带来了巨大挑战。BWS 是一种由人类 11p15 染色体位点甲基化变化引起的表观遗传过度生长综合征。患者不仅可能出现肝脏肿大（hepatomegaly）的症状，还面临着肝细胞癌（hepatoblastoma）发病风险增加的威胁。尽管已知 11p15 染色体的改变与 BWS 肝脏表型相关，但其中具体的下游分子机制却如同隐藏在迷雾之中，尚未被清晰揭示。此前的研究虽有探索，但由于采用的是批量测序方法，存在一定的局限性，无法深入到单细胞层面进行细致分析。为了拨开这层迷雾，来自美国费城儿童医院（Children’s Hospital of Philadelphia）等机构的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们理解 BWS 肝脏的奥秘带来了新的曙光。
研究人员开展了一项综合性的研究，运用了单细胞 RNA 测序（single nucleus RNA-sequencing，snRNAseq）和单细胞转座酶可及染色质测序（single nucleus assay for transposable-accessible chromatin-sequencing，snATAC-seq）技术，对 BWS 肝脏和非 BWS 肝脏肿瘤邻近组织进行分析。同时，他们还构建了 BWS 诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPSC）模型并将其分化为肝细胞，以此来验证研究结果。
研究人员用到的主要关键技术方法包括：首先，从患者处收集样本，样本来源于 BWS 患者和非 BWS 患者的肿瘤邻近肝脏组织，这些样本均经过严格的伦理审查和相关程序获取。接着，通过特定的细胞核裂解缓冲液等试剂进行单细胞的分离。然后，利用 10X Genomics 技术进行文库制备和测序，包括 ATAC 文库和基因表达文库的构建及测序。最后，运用多种生物信息学分析方法，如 Seurat、Harmony、ArchR、SCENIC + 等软件包对测序数据进行处理、分析和整合 。
下面来看具体的研究结果：
- 临床队列：研究人员收集了 4 名 BWS 患者（其中 2 例 IC2 低甲基化（IC2 LOM），2 例 11 号染色体短臂单亲二体（pUPD11））和 3 名非 BWS 患者的样本。通过组织学检查发现，BWS 肝脏的肝细胞更小、数量更多，这或许与 BWS 患者的肝脏肿大有关。同时，经检测确认了样本中 11p15 染色体上两个印记区域的甲基化状态，结果与临床检测相符1。
- BWS 和非 BWS 肝脏的细胞景观：通过 snRNA-seq 和 snATAC-seq 技术对样本进行分析，研究人员确定了肝脏中多种细胞类型，包括肝细胞、胆管细胞、肝星状细胞、库普弗细胞、内皮细胞和免疫细胞等。并且发现 BWS 肝脏中的肝细胞占比更高，这进一步支持了组织学检查的结果2。
- BWS 肝脏肝细胞的特征：聚焦于肝细胞，研究人员发现 BWS 肝脏的肝细胞在脂肪酸代谢、异生物质代谢、类维生素 A 代谢和铁稳态等过程中基因表达增强。这表明 BWS 肝脏的肝细胞功能存在特异性改变3。
- snRNA 和 snATAC 数据集的整合预测转录因子 - 基因调控网络：整合分析两种数据集后，研究人员构建了转录因子 - 基因调控网络。他们发现，在 BWS 肝脏的肝细胞中，过氧化物酶体增殖物激活受体 α（PPARA）、维甲酸 X 受体 α（RXRA）和转录因子 7 样 1（TCF7L1）等激活增强子调节子网络显著上调4。
- 基因本体（GO）分析揭示 BWS 肝脏中改变的代谢途径：GO 分析显示，BWS 肝脏的肝细胞中 PPARA 和 RXRA 调节子相关的代谢途径显著富集，如氨基酸代谢、脂肪酸 / 脂质代谢、类固醇代谢和异生物质代谢等。此外，还发现 BWS 肝脏的肝细胞在脂肪酸分解代谢途径上更为富集，而在抑制脂肪降解的信号方面则相对较少5。
- BWS iPSC 衍生的肝细胞模型描绘 BWS 肝脏的代谢特征：研究人员构建的 BWS-iPSC 模型在分化为肝细胞的过程中，表现出与 BWS 患者肝脏肝细胞相似的代谢变化，包括 PPARA 相关代谢过程的上调、细胞大小的变化以及脂质代谢的改变等。这表明该模型能够较好地模拟 BWS 肝脏的代谢特征6。
- BWS iPSC 衍生的肝细胞表现出改变的脂质代谢：进一步研究发现，BWS-iPSC 衍生的肝细胞在脂质代谢方面存在明显异常，中性脂质滴积累减少，脂肪酸 β- 氧化增加。这与之前在 BWS 患者肝脏肝细胞中的发现一致，进一步证实了 BWS 肝脏的脂质代谢失调7。
- BWS iPSC 衍生的肝细胞显示增加的 ROS 特征：由于脂肪酸 β- 氧化会产生内源性活性氧（ROS），研究人员检测发现 BWS-iPSC 衍生的肝细胞中 ROS 水平增加，脂质过氧化和氧化 DNA 损伤也相应增加。这提示 BWS 肝脏的代谢变化可能导致氧化应激环境的增加，进而促进肿瘤的发生8。
在研究结论和讨论部分，此次研究全面地描绘了 BWS 和非 BWS 儿科肝脏的转录组和染色质可及性图谱，揭示了 BWS 肝脏中 PPARA 信号通路的富集以及代谢功能障碍。研究人员提出，BWS 肝脏中改变的代谢状态可能是导致肝脏肿大和癌症易感性增加的主要原因。虽然研究样本量较小，但研究人员通过体外模型验证了研究结果的有效性。未来，进一步扩大样本量并采用新鲜分离组织进行单细胞研究，将有助于更深入地理解 BWS 肝脏的发病机制。总体而言，该研究为我们理解 BWS 肝脏的代谢本质提供了重要的框架，也为开发预防 BWS 肝细胞癌的新策略提供了潜在的方向，如考虑使用 PPARA 调节剂等预防性疗法，这对于改善 BWS 患者的健康状况具有重要的意义 。
