作者，Evil Genius
今天我們首先分享一個思路，就是怎么分析不同條件下的空間重塑。
首先提出問題
與許多其他組織一樣，乳腺組織會隨年齡增長不斷積累體細胞突變。這些基因變化解釋了為何乳腺癌的發(fā)病率在晚年升高。值得注意的是，年輕患者（40歲以下）中發(fā)生的腫瘤與晚年發(fā)生的腫瘤有所不同，但局部組織微環(huán)境在腫瘤早期發(fā)展中的作用仍不清楚。例如，腫瘤發(fā)生的空間背景可能在限制、塑造或促進腫瘤形成方面發(fā)揮重要作用。然而，無論是這種局部空間背景的特征，還是其隨年齡變化的演變方式，目前都尚未被充分理解。對衰老乳腺組織更清晰的認識，可能會為腫瘤的早期發(fā)展提供線索，并提示預防或降低風險的方法。
問題提出以后，針對課題收集數(shù)據(jù)，當然我們這里是空間轉錄組數(shù)據(jù)
旨在探索乳腺組織中的細胞及其相互關系如何隨年齡變化，以及整個器官結構如何改變。通過空間轉錄組數(shù)據(jù)得以將細胞分類為上皮型或組織微環(huán)境型，并確定其活化狀態(tài)及多細胞結構。
分析發(fā)現(xiàn)，老年女性（≥50歲）的乳腺組織比年輕女性（<50歲）的組織含有更少的細胞，并且在這些細胞中，增殖的細胞也更少。這一觀察結果幾乎適用于我們識別的所有細胞類型（包括上皮細胞——即可能發(fā)生癌變的細胞）。
通過追蹤乳腺細胞組成隨年齡的變化，發(fā)現(xiàn)年輕女性的組織中B細胞相對更豐富，而年長組織中則含有更高比例的炎癥細胞，如M2型巨噬細胞。還發(fā)現(xiàn)，年長組織經(jīng)歷了結構重塑：組織微環(huán)境細胞（包括免疫細胞）位于離上皮細胞更遠的位置，并且組織中含有更少的乳腺小葉（產乳腺體）以及更多的脂肪。一項無偏倚的分析（統(tǒng)計了整個年齡范圍內組織特征差異的數(shù)量）表明，這些變化并非隨年齡穩(wěn)步成比例地發(fā)生，而是主要發(fā)生在絕經(jīng)期前后。
第三步：依據(jù)數(shù)據(jù)分析推斷其中的生物學意義
微環(huán)境對細胞的約束作用會隨著年齡增長而減弱。
今天分享的文獻
知識積累
炎癥是癌癥的主要風險因素，無論是源于自身免疫性疾病、長期感染還是環(huán)境暴露，且風險通常隨疾病的持續(xù)時間和嚴重程度而增加。
炎癥可能導致持久的表觀遺傳改變，從而降低腫瘤發(fā)生的閾值。
表觀基因組作為癌癥的因果驅動因素的作用已變得明確。當細胞應對環(huán)境挑戰(zhàn)時，表觀基因組受到動態(tài)調控，使DNA的新區(qū)域變得可接近和活躍，將轉錄因子（TF）蛋白引導至這些位點，并激活新基因和細胞功能的表達。在再生和免疫過程中，表觀基因組的改變在反復暴露后可以持續(xù)存在并累積，從而增強對后續(xù)刺激的反應。盡管這種表觀遺傳“記憶”主要被描述為適應性的，但有證據(jù)表明它也可能帶來適應不良的后果，并增加未來的疾病風險。
結果1、干細胞保留結腸炎的記憶
炎癥記憶的存在：在小鼠慢性結腸炎模型中，即使組織在形態(tài)和功能上已恢復（超過100天），結腸干細胞的表觀基因組仍與健康對照顯著不同。這種記憶在分化細胞中減弱或消失。
核心分子特征：記憶表現(xiàn)為AP-1轉錄因子結合基序的染色質可及性累積性增加，同時ETS家族基序可及性也增加，而CTCF位點可及性下降。
細胞異質性：約10%的干細胞在結腸炎恢復后表現(xiàn)出極高的AP-1基序可及性，且存在FOS蛋白水平升高的細胞亞群。
記憶的動態(tài)維持：雖然FOS蛋白水平在炎癥消退后迅速下降，但AP-1位點的染色質可及性下降緩慢，在恢復102天后仍可檢測到，表明記憶是獨立于TF蛋白水平而長期維持的表觀遺傳改變。
結果2、表觀遺傳狀態(tài)是克隆性遺傳的
記憶是細胞內在的：將從結腸炎小鼠分離的干細胞在體外培養(yǎng)成類器官后，即使脫離了體內的炎癥微環(huán)境，這些類器官仍然表現(xiàn)出更強的增殖能力和再生形態(tài)，證明記憶是干細胞固有的。
記憶具有克隆遺傳性：利用新開發(fā)的SHARE-TRACE技術（可同時檢測單細胞的克隆譜系、基因表達和染色質可及性），發(fā)現(xiàn)AP-1基序的可及性狀態(tài)能在克隆（源自同一祖先的細胞群）內穩(wěn)定遺傳。而ETS、CTCF等因子的記憶則可能依賴外部信號。
AP-1驅動的再生程序：AP-1的激活與一個與傷口愈合、細胞骨架重塑、干細胞增殖相關的基因程序（P20）高度相關。在結腸炎類器官中抑制AP-1活性，會優(yōu)先阻斷其增殖能力。
記憶的長期維持機制：
短期功能依賴：AP-1的活性對于維持記憶表型（如過度增殖）是必需的。但長時間抑制AP-1并不能永久擦除記憶，停藥后異常表型會恢復。
長期穩(wěn)定儲存：記憶最終由染色質可及性和DNA甲基化的持久改變來編碼。結腸炎導致的AP-1位點DNA去甲基化，在AP-1被抑制后仍無法恢復。
潛在生物學意義：這種可遺傳的表觀狀態(tài)可能賦予攜帶記憶的干細胞克隆適應性優(yōu)勢，使其在組織內形成一片具有“癌前狀態(tài)”的表觀遺傳場，從而影響未來的疾病發(fā)生。
結果3、FOX因子穩(wěn)定AP-1結合
發(fā)現(xiàn)關鍵復合motif：利用seq2PRINT技術，在結腸炎進展過程中鑒定出一個AP-1/FOX復合基序，其可及性隨炎癥記憶而增加，并能通過置換核小體來增強DNA可及性。
FOX依賴AP-1結合：抑制AP-1活性后，F(xiàn)OX在DNA上的結合足跡也隨之丟失，且兩者丟失程度高度相關，表明FOX在這些位點的結合依賴于AP-1。這一現(xiàn)象在人類炎癥性腸?。↖BD） 患者來源的類器官中也得到驗證。
生化驗證協(xié)同作用：體外結合實驗證實，F(xiàn)OXA1和FOXP1均可增強AP-1與DNA的結合。其中FOXP1的作用尤為顯著，它不僅增強復合基序的結合，還能通過蛋白-蛋白相互作用增強AP-1單獨基序的結合。
FOXP1的特殊機制：FOXP1能顯著增強JUN（無需FOS） 與DNA的結合，為表觀遺傳記憶中組織特異性因子與AP-1家族特定成員（如JUN）協(xié)同作用的機制提供了生化基礎。
生物學意義：FOX因子已知在腸道傷口愈合和結直腸癌（CRC）中發(fā)揮作用，本研究揭示其核心功能之一是穩(wěn)定AP-1在結腸炎記憶相關區(qū)域的結合，從而連接了炎癥記憶與疾病進程。
結果4、結腸炎的記憶促進腫瘤生長
記憶促進腫瘤生長：在結腸炎恢復后的小鼠中誘導APC基因缺失（模擬結直腸癌的常見起始事件），其形成的腺瘤（早期腫瘤）比對照組體積更大。這種促進作用并非源于腫瘤數(shù)量增多，而是源于單個微觀腫瘤在早期生長更快。
腫瘤異質性重現(xiàn)：與干細胞中AP-1記憶的異質性一致，結腸炎背景下的腫瘤中也存在一個高表達AP-1相關基因的亞群（8.8%），該亞群還額外激活了促癌程序（如PDGF信號、增殖、血管生成）。
AP-1是關鍵驅動者：在腫瘤起始階段抑制AP-1活性，可使結腸炎恢復小鼠的腫瘤體積中位數(shù)縮小近40%，但對對照組無影響，證明AP-1活性是介導這種促癌效應的核心。
機制模型：慢性炎癥在結腸干細胞中編碼了一種以“修復”為特征的表觀遺傳記憶（AP-1及組織特異性TF結合位點的可及性累積增加）。當這些攜帶記憶的干細胞獲得致癌突變后，記憶會通過持續(xù)激活促增殖基因程序，加速惡性進展，從而解釋了慢性炎癥為何會增加癌癥風險。
最后來看看方法
visium HD
