肺鳞状细胞癌是一种致命性的恶性肿瘤，治疗进展有限，亟需进一步挖掘新的致癌因素和致癌机制，中国医学科学院肿瘤医院李文斌教授/应建明主任团队与西安交通大学第一附属医院严健教授团队合作在在Advanced Science期刊发表相关研究，本研究利用Visium HD空间转录组、单细胞ATAC/转录组、ChIP-seq 、bulk RNA-seq等技术，发现了3447个肿瘤特异性增强子（SOE)，鉴定出PTPRZ1为SOE驱动的新致癌基因，揭示MDK-PTPRZ1-PI3K轴的致癌作用，为LUSC精准治疗提供全新靶向途径。本研究中VisiumHD空间转录组，单细胞ATAC服务由诺禾致源提供服务。

表观遗传重塑是LUSC致癌的重要原因

本研究从59名LUSC患者中采集了肿瘤及邻近正常癌旁组织，进行chip-seq（H3K4me1 和H3K27ac）分析及bulk RNA-seq分析，共鉴定出3447个肿瘤特异性超级增强子（SOEs）以及5846个癌症缺失的肿瘤耗竭增强子（CDEs)，SOEs调控基因富集于上皮分化等LUSC特征通路，其活性受SOX2、TP63、KLF5等核心转录因子驱动。相比之下，CDE临近基因在肿瘤中表达较弱，并在免疫相关途径中富集，这表明免疫抑制是LUSC发展的重要原因。

图1 肺鳞癌细胞通过表观遗传重编程获得致癌特性

核心转录因子塑造肿瘤细胞群中的表观遗传图谱

本研究对6个LUSC样本进行scATAC-seq分析，对前面鉴定到的几乎所有SOE，在单细胞分群中的鳞状细胞中都显示很高的染色质可及性，通过多组学数据整合分析，本研究筛选得到 3 个受增强子调控的核心候选基因，其中包含已被报道的 NRF2，以及本研究新鉴定的 BDH1 和 PTPRZ1。鉴于 PTPRZ1 存在潜在表观遗传调控特征，本研究将其确立为后续深入探究的重要靶点。

图2 核心转录因子对肿瘤细胞亚群表观遗传的调控作用

SOEs驱动LUSC细胞中的PTPRZ1表达

本研究证实，PTPRZ1上游三处相邻超级增强子（SOEs）可借助染色质远程相互作用直接调控该基因的表达。上述超级增强子区域富集多种核心转录因子，区域内多个顺式调控元件（CREs）具备显著增强子活性。利用 CRISPRi 技术靶向沉默关键元件 CRE2 与 CRE5，能够显著抑制 PTPRZ1 表达。与此同时，转录因子 SOX2 与KLF5 可直接驱动 PTPRZ1 上调。综上，本研究完整阐明了核心转录因子 — 特异性超级增强子 —PTPRZ1 高表达这一调控通路。

图3 肺鳞癌中超级增强子对 PTPRZ1 的调控机制

PTPRZ1促进肿瘤细胞的增殖和迁移

本研究证实，PTPRZ1 在肺鳞癌（LUSC）肿瘤组织与细胞系中呈特异性高表达。功能实验表明，敲除 PTPRZ1 能够显著抑制肿瘤细胞增殖与克隆形成能力；与之相对，过表达 PTPRZ1 可促进肿瘤细胞增殖与迁移。上述结果共同证实，PTPRZ1 在肺鳞癌中发挥重要的促癌作用。

图4 PTPRZ1 在肿瘤细胞增殖与迁移中的功能研究

PTPRZ1对体内肿瘤发生发展至关重要

动物实验表明，PTPRZ1 敲除后移植瘤体积减小约 70%、瘤重下降近三分之二，肿瘤细胞增殖活性明显受抑，证实 PTPRZ1 是促进肺鳞癌体内成瘤与生长的核心基因。

图5 PTPRZ1 在体内肺鳞癌肿瘤进展中的关键作用

MDK是LUSC肿瘤发生中PTPRZ1的潜在配体

空间转录组检测发现，PTPRZ1在肿瘤细胞中高度特异性表达，进一步对空转数据进行细胞通讯分析，结果显示，在肿瘤细胞中，MDK是PTPRZ1互作最显著的配体，为了揭示MDK-PTPRZ1激活的下游信号通路，外源性添加重组MDK后，PI3K磷酸化水平显著增加，且在PTPRZ1敲除后消失。

图6 MDK 作为肺鳞癌癌变过程中 PTPRZ1 的潜在配体

总结

本研究不仅阐明增强子重编程是推动肺鳞癌进展的关键机制，同时为临床干预提供崭新思路：靶向 MDK-PTPRZ1 相互作用开发小分子抑制剂或单克隆抗体具备较高转化潜力。另一方面，表观遗传分析结果证实癌症缺失增强子（CDE）与免疫抑制表型显著关联，预示靶向干预联合免疫治疗能够进一步优化抗肿瘤疗效。上述发现为肺鳞癌精准治疗策略的开发提供了坚实的理论基础。