膠質瘤是一種惡性程度高
、預後極差的腦部腫瘤。盡管全基因組關聯研究（GWAS）已成功鑒定出多個與膠質瘤發病風險顯著相關的SNP，但絕大多數風險SNP位wei於yu基ji因yin組zu非fei編bian碼ma區qu域yu，其qi潛qian在zai的de生sheng物wu學xue功gong能neng長chang期qi以yi來lai不bu甚shen明ming了le。這zhe些xie非fei編bian碼ma變bian異yi如ru何he通tong過guo調tiao控kong增zeng強qiang子zi的de遠yuan程cheng相xiang互hu作zuo用yong來lai影ying響xiang靶ba基ji因yin表biao達da，並bing最zui終zhong驅qu動dong腫zhong瘤liu發fa生sheng與yu發fa展zhan，是shi當dang前qian腫zhong瘤liu基ji因yin組zu學xue研yan究jiu領ling域yu的de一yi個ge關guan鍵jian且qie尚shang未wei解jie決jue的de科ke學xue問wen題ti。

 

【DOI】10.1038/s41556-025-01737-3

【IF】19.1
【發表時間】2025年8月19日
【標題】Systematic decoding of functional enhancer connectomes and risk variants in human glioma
【單位/通訊作者】中山大學附屬第一醫院呂萬革
、張弩團隊

【關鍵詞】膠質瘤
、增強子連接組、風險SNP
、HiChIP、SOX18
、MEIS1

 

該研究通過整合高通量CRISPRi篩選與H3K27ac HiChIP染色質構象捕獲技術，係統性地繪製了人膠質瘤中的功能性增強子連接組。研究揭示了非編碼風險SNP通過改變增強子-啟動子三維互作促進腫瘤進展的新機製。就是說攜帶風險SNP rs2297440的增強子通過特異性招募轉錄因子MEIS1，顯著增強了其與原癌基因SOX18啟動子之間的染色質環相互作用，從而驅動SOX18degaobiaoda，cujinjiaozhiliuxibaozengzhiyuzhongliushengchang。gaiyanjiubujinshenhualeduifeibianmaquyichuanbianyizaizhongliuzhonggongnengjizhidelijie，yeweijiaozhiliudebaxiangzhiliaotigongleqianzaideganyuxinbadian。

 

研究技術路線

 

 

關鍵研究結果

1.CRISPRi篩選係統性鑒定膠質瘤中的促腫瘤增強子

 

研究團隊首先從38例膠質瘤組織及3種膠質瘤細胞係（U251、LN229、U87）的H3K27ac ChIP-seq數據中篩選出34,083個增強子區域，並設計包含90,049條sgRNA的文庫進行CRISPRi功能篩選。篩選在U251細胞中進行四輪獨立重複，結果顯示各重複間高度一致。

通過比較第0天與第21天sgRNA豐度變化，鑒定出那些sgRNA顯著耗竭的增強子為“促腫瘤增強子”，其破壞可抑製腫瘤細胞生長。

GO分析結果顯示，這些增強子鄰近的基因顯著富集於細胞周期

、mRNA剪接與翻譯等通路，提示其在維持腫瘤細胞增殖中的核心作用。約89.28%的促腫瘤增強子位於基因間區，例如E12787和E29716

，而其餘位於啟動子區。H3K27ac信號追蹤進一步驗證了這些增強子在膠質瘤中特異性激活。

 

 

2.整合HiChIP揭示膠質瘤特異性增強子連接組及其功能網絡

為進一步解析增強子如何遠程調控基因
，研究團隊對原代膠質瘤組織及細胞係進行H3K27ac HiChIP分析，並與正常腦組織對比，鑒定出膠質瘤特異性染色質環。結果顯示，雖然大多數環在腫瘤與正常組織中共享，但仍存在1.40%的膠質瘤特異性環，其錨點區域富集CREB1
、MEIS1、ETV1等促增殖轉錄因子結合motif。

 

通過將這些特異性環與促腫瘤增強子連接，共識別出3,776個與增強子連接組相關的蛋白編碼基因，其中1,998個在CRISPRi篩選中顯示功能重要性。GO分析結果表明這些基因顯著參與細胞分裂

、DNA損傷應答等過程。

 

以E19383增強子為例，HiChIP顯示其與多個基因存在物理互作；CRISPRi沉默E19383後
，這些基因表達顯著下降，且其啟動子沉默可抑製細胞增殖。

 

生存分析進一步證實
，這些基因高表達與患者預後不良相關。

 

 

3.風險SNP通過增強子連接組驅動膠質瘤進展

 

研究團隊進一步分析GWAS中已報道的膠質瘤風險SNP，發現85.18%位於內含子或基因間區，其中12個SNP直接位於H3K27ac標記的增強子區域。熒光素酶報告實驗顯示，75%的風險等位型增強子活性顯著高於非風險型。CRISPRi篩選確認其中9個增強子具有促腫瘤功能（包括rs2297440和rs3851634）。通過HiChIP分析，共識別出123個與這些SNP增強子互作的候選靶基因。例如，rs2297440增強子與SOX18
、RGS19等基因存在特異性互作。功能驗證顯示
，CRISPRi沉默 rs2297440增強子可顯著抑製細胞增殖，且30.10%的候選靶基因在CRISPRi篩選中顯示促生長作用。

 

4.rs2297440增強子通過調控SOX18表達促進膠質瘤生長

研究團隊聚焦於rs2297440風險SNP，該位點位於RTEL1基因內含子區
，但其增強子活性在膠質瘤中特異性升高。通過CRISPR-Cas9敲除該1.3 kb增強子區域（eKO），發現並不影響RTEL1表達，但顯著抑製U251和LN229細胞增殖與克隆形成。RNA-seq分析顯示，eKO細胞中多個與細胞遷移和分化相關通路基因表達改變，其中SOX18下調最為顯著。HiChIP與3C-PCR進一步證實，rs2297440增強子與SOX18啟動子在膠質瘤中存在特異性物理互作，且該互作在eKO細胞中被破壞。

 

5.MEIS1優先結合風險等位型以增強SOX18轉錄與腫瘤性

為解析rs2297440調控SOX18的具體機製
，研究團隊通過motif分析與ChIP-qPCR發現
，轉錄因子MEIS1在風險等位型上結合強度顯著高於非風險型。

 

CRISPRa激活MEIS1表達可導致SOX18 mRNA水平顯著上升
，而體外過載MEIS1質粒也驗證其對SOX18的轉錄激活作用
，驗證了MEIS1對SOX18的轉錄激活作用。研究證明，這種等位基因特異性的TF招募是驅動染色質環增強和靶基因過表達的核心環節。

 

 

6.SOX18過表達恢複增強子KO細胞的惡性表型

為驗證SOX18是否作為rs2297440增強子的關鍵下遊效應因子
，研究團隊在eKO細胞中過表達SOX18
，發現其可顯著恢複細胞增殖、克隆形成與幹細胞球形成能力。在小鼠異種移植模型中，eKO抑製腫瘤形成
，而SOX18過表達則完全恢複腫瘤發生能力。相反
，CRISPR-Cas9敲除SOX18本身也顯著抑製細胞生長與克隆形成。這些數據一致表明

，SOX18是rs2297440增強子驅動膠質瘤惡性表型的核心靶基因。

 

 

總結
這項研究通過構建膠質瘤特定的三維基因組拓圖
，論證了“增強子連接組”zaidingyizhongliuxibaoteyouderansezhituopujiegouzhongdehexindiwei。yanjiuzhengshilefeibianmajiyinzudebianyibingfeigulicunzai
，ershitongguogaibianyuanchengransezhihuandewulilianjie
，jiangyichuanfengxianzhuanhuaweigongnengxingdejiyinbiaodabianhua；tebieshijieshileduoxiaoxingzhuanluyinzizaifengxianweidianshangdechayixingzhaomu，shiqudongzhezhonggongnengxingtuopujiegouzhongsudeguanjianyinsu。zhezhongxitongxingjiemafeibianmayichuanbianyideyanjiufanshi，bujinweijiexizhongliuyiganweidiandeshengwuxuexiaoyingtigonglepushixingfangfa，yeweicongsanweikongjianjiyintiaokongdejiaodukaifajingzhunyiliaofanganjixunzhaoyuhoubiaozhiwutigonglequanxindeqierudian。