结肠癌中Polycomb靶向转录因子基因的甲基化上调悖论：表观遗传可塑性的新机制

本研究通过80例配对结直肠癌样本的靶向亚硫酸氢盐测序和RNA-seq分析，揭示了Polycomb标记(PcG++)的转录因子(TF)基因在肿瘤中呈现启动子高甲基化却表达上调的悖论现象。该发现突破了DNA甲基化必然导致基因沉默的传统认知，为理解表观遗传重编程如何维持致癌TF表达提供了新视角，对开发靶向表观遗传的癌症治疗策略具有重要启示。

　　

在肿瘤表观遗传学领域，DNA甲基化长期被视为基因沉默的"分子开关"，但越来越多的证据表明这种调控关系存在复杂例外。结直肠癌(CRC)作为典型的CpG岛甲基化表型(CIMP)相关肿瘤，其甲基化模式与基因表达的关联仍存在大量未解之谜。尤其令人困惑的是，某些被Polycomb抑制复合物(PcG)标记的基因在肿瘤中既获得DNA甲基化又出现表达上调，这种表观遗传悖论背后的机制及其生物学意义亟待阐明。

江原国立大学生物医学融合学院的研究团队在《Computational Biology and Chemistry》发表的重要工作中，通过对80对韩国CRC患者肿瘤-癌旁组织的多组学分析，系统揭示了PcG靶向转录因子基因独特的表观遗传调控特征。研究采用靶向亚硫酸氢盐测序(TBS)绘制启动子甲基化图谱，结合RNA-seq分析基因表达，并整合ENCODE计划的染色质状态数据，创新性地从PcG标记背景的角度解析了甲基化-表达关系的异质性。

关键技术方法包括：1) 对80例配对CRC样本进行启动子靶向亚硫酸氢盐测序；2) RNA-seq检测全基因组表达谱；3) 基于ENCODE结肠黏膜染色质状态数据划分PcG⁺和PcG^-启动子；4) 差异甲基化区域(DMR)与差异表达基因(DEG)的联合分析；5) 转录因子数据库匹配及功能富集分析。

2.1 结直肠癌中启动子甲基化的整体格局

研究发现CGI启动子在肿瘤中呈现微弱但显著的高甲基化(P=0.00075)，而非CGI启动子则显著低甲基化(P<2e-16)。个体层面分析显示48%的CGI基因更频繁高甲基化，而非CGI基因中69%更频繁低甲基化，但存在显著的患者间异质性。

2.2 Polycomb标记塑造甲基化异质性

正常结肠中PcG标记的启动子(占CGI基因19%)在肿瘤中高甲基化倾向更显著(59% vs PcG^-的45.4%)，且甲基化变化幅度更大，提示PcG标记使启动子对肿瘤甲基化异常更敏感。

2.3 甲基化-表达关系的背景依赖性

虽然整体呈负相关，但PcG⁺启动子的负相关较弱。引人注目的是，PcG⁺基因中53%呈现"高甲基化-上调"(hyper-up)的悖论关系，而PcG^-基因中仅16%如此。GO分析显示CGI高甲基化基因显著富集转录调控功能，其中95%为TF基因。

2.4 转录因子基因的独特表观调控

TF基因中87%的CGI启动子在肿瘤中高甲基化(非TF仅62.9%)。尤为关键的是，PcG⁺ TF基因中53%呈现hyper-up关系，且这些TF多含同源域，与COSMIC数据库中的癌基因显著重叠。相比之下，PcG^- TF主要含锌指结构域，更多遵循经典的高甲基化抑制模式。

这项研究颠覆了DNA甲基化必然导致基因沉默的简化认知，揭示出PcG⁺⁺ TF基因通过表观遗传可塑性抵抗甲基化抑制的新机制。这种特性可能使关键调控因子在表观遗传紊乱的肿瘤环境中维持表达，促进恶性表型。研究还发现非CGI基因的低甲基化多与神经信号和炎症通路相关，暗示了肿瘤微环境重塑的新机制。

尽管受限于批量组织分析无法解析单细胞异质性和等位基因特异性效应，这项工作通过严谨的配对样本设计，首次系统揭示了PcG背景如何塑造甲基化调控的多样性。特别是发现同源域TF在PcG⁺启动子下的独特调控模式，为理解发育相关基因在肿瘤中的异常激活提供了新视角。这些发现不仅深化了对癌症表观遗传学的认识，也为开发针对表观遗传可塑性的精准治疗策略指明了方向。未来研究需要整合单细胞多组学和三维基因组数据，进一步揭示远端增强子如何协同甲基化变化调控致癌TF网络。