BRAFV600E通过维持CpG岛甲基化表型和PRC2靶基因DNA甲基化驱动结肠癌恶性表型

本研究针对BRAFV600E突变结肠癌中表观遗传调控机制这一关键科学问题，通过CRISPR-LbCpf1基因编辑技术构建等基因模型，首次揭示BRAFV600E通过维持CpG岛甲基化表型(CIMP-H)和PRC2靶基因DNA甲基化，促进H3K27me3修饰并抑制肿瘤抑制基因表达，从而维持胚胎干细胞样恶性表型。研究发现DNA甲基化抑制剂可逆转这一表型，为BRAFV600E突变结肠癌的靶向治疗提供了新策略。

　　

在结肠癌精准治疗领域，BRAFV600E突变始终是临床医生面临的棘手难题。这种突变不仅与肿瘤的侵袭性密切相关，更与独特的CpG岛甲基化表型(CIMP-H)存在显著关联。然而多年来，科学界对BRAFV600E究竟是"表观遗传变异的驱动者"还是"甲基化环境的被动受益者"一直争论不休。更关键的是，这种表观遗传异常是否依赖于BRAFV600E的持续存在？回答这些问题，不仅关乎基础机制的阐明，更直接影响治疗策略的制定。

荷兰乌得勒支大学医学中心的研究团队在《iScience》发表的重要研究，利用前沿的类器官模型和基因编辑技术，首次系统揭示了BRAFV600E突变在维持结肠癌恶性表型中的表观遗传调控机制。研究人员通过CRISPR-LbCpf1技术精准修复患者来源类器官(PDO)中的BRAFV600E突变，结合全基因组DNA甲基化测序、RNA测序和染色质免疫切割测序(CUT&RUN)等多组学分析，发现突变修复导致5,187个CpG岛位点发生显著去甲基化，其中82%呈现高甲基化逆转。更重要的是，53%的已知CIMP-H特征基因和大量PRC2靶基因恢复表达，伴随胚胎干细胞(ES)样特征的消失。这些发现不仅证实BRAFV600E是表观遗传异常的主动维持者，更为开发针对表观遗传靶点的联合治疗策略提供了理论依据。

研究主要采用四大关键技术：1)利用CRISPR-LbCpf1系统构建BRAFV600E校正的等基因类器官模型；2)Infinium MethylationEPIC甲基化芯片进行全基因组DNA甲基化分析；3)RNA测序技术解析转录组变化；4)CUT&RUN技术检测H3K27me3修饰分布。所有实验均使用来自同一患者的肿瘤类器官(HUB040)及其基因校正亚系(BC1/BC2)进行配对分析，确保数据可比性。

BRAFV600E突变校正引起全基因组DNA去甲基化

通过比较BRAFV600E突变型(HUB040/NC)与校正型(BC1/BC2)类器官的甲基化谱，研究发现45,504个CpG位点(85%)在突变型中呈现显著高甲基化。特别值得注意的是，位于CpG岛的1,751个基因启动子区域显示异常高甲基化，其中包括大量已知的CIMP-H标志基因。RNA测序证实这些基因在突变校正后表达显著上调，表明BRAFV600E通过DNA甲基化直接调控转录沉默。

BRAFV600E维持CIMP-H表型

深入分析显示，53%的CIMP-H特征基因(136/258)在突变型类器官中保持高甲基化状态，而在校正型中则发生去甲基化并恢复表达。基因集富集分析揭示这些基因主要参与发育调控和转录抑制，且与PRC2靶基因集高度重叠。这一发现首次在等基因模型中证实BRAFV600E对CIMP-H表型的维持作用。

BRAFV600E通过PRC2复合体调控靶基因甲基化

研究发现突变型类器官中PRC2核心组分(EZH2、SUZ12、EED)表达显著升高，伴随H3K27me3修饰在启动子区的富集。通过CUT&RUN技术证实，PRC2靶基因启动子在突变型中呈现更强的H3K27me3信号。更引人注目的是，EZH2直接抑制的一组肿瘤 suppressor基因在突变型中持续沉默，而在校正型或DNA甲基化抑制剂处理后恢复表达，揭示BRAFV600E通过协同调控DNA甲基化和组蛋白修饰维持转录抑制。

DNA甲基化抑制剂展现治疗潜力

使用5-氮杂-2'-脱氧胞苷(5-aza)处理BRAFV600E突变类器官，不仅显著抑制细胞活力，更引起CIMP-H基因和PRC2靶基因的广泛去抑制。联合PRC2抑制剂(GSK-126/EED226)处理显示协同效应，提示表观遗传联合治疗策略的可行性。尤其值得注意的是，药物撤除后仍能维持长期生长抑制，表明表观遗传治疗可能产生持久疗效。

这项研究系统阐明了BRAFV600E突变结肠癌的表观遗传调控机制：通过持续激活PRC2复合体并维持DNA高甲基化状态，BRAFV600E不仅固定了CIMP-H表型，更通过抑制分化相关基因维持了胚胎干细胞样恶性表型。这一发现超越了既往关于"甲基化先于突变"的简单认识，确立了BRAFV600E作为表观遗传网络核心调控者的地位。在转化医学层面，研究为开发针对BRAFV600E突变结肠癌的表观遗传联合治疗提供了明确靶点，特别是揭示了DNA甲基化抑制剂与PRC2抑制剂的协同潜力。未来研究可进一步探索这些表观遗传药物与传统靶向治疗的联合方案，为这一难治性肿瘤亚型带来新的治疗希望。