编者按：单细胞多组学技术以极高的精度和深度，彻底改变了我们对于复杂疾病的理解。整合单个细胞的染色质可及性、转录和翻译水平，可以揭示传统方法无法捕捉的细胞异质性和分子机制。近期研究利用单细胞核RNA测序和ATAC测序，深入探讨了胶质母细胞瘤（GBM）的内部结构，发现了关键转录因子AP-1和BACH1在细胞状态转换中的重要作用。这不仅揭示了GBM的高度异质性，也为个性化治疗提供了坚实基础。

研究背景

胶质母细胞瘤（GBM）是一种高度恶性的脑肿瘤，患者的预后极差，中位生存期不足15个月。为开发更有效的治疗方法，研究人员利用单细胞核RNA测序和单细胞ATAC测序分析了配对的GBM患者样本，构建了详细的细胞类型图谱，揭示了GBM内部的高度异质性和不同细胞类型的基因表达模式。总体而言，该研究为理解GBM的细胞异质性和分子机制提供了新视角，并为个性化治疗策略奠定了基础。

实验结果

1. 配对GBM患者组织的单细胞多组学谱型

为揭示胶质母细胞瘤（GBM）的异质性，研究团队利用单细胞RNA测序（snRNA-seq）和ATAC测序（snATAC-seq）分析了配对的GBM患者样本。通过整合这两种技术，构建了详细的细胞类型图谱，展示了不同细胞类型的基因表达和染色质可及性特征，为个性化医疗提供了新的视角，揭示了GBM的高度异质性。

2. 细胞类型特异性调控GBM中的染色质可及性

研究人员结合snRNA-seq和snATAC-seq，识别了52,485个具有高度细胞类型特异性的基因相关顺式调控元件（gl-CREs）。该研究揭示了9042个CRE链接的基因，每个基因平均连接到5个CREs，强调了远端调控元件在调控细胞类型特异性基因表达中的重要作用。这些发现为探索新型治疗靶点提供了理论基础。

3. 浸润至周边脑组织的恶性细胞具有独特的转录组特征

使用inferCNV和Uphyloplot2分析GBM细胞的基因组结构，发现浸润至周边脑组织（PTB）的GBM细胞表现出较弱的泛癌特征，并在代谢和增殖方面不活跃。进一步的转录组分析显示，PTB中的细胞诱导了与神经元发育相关的基因，表明健康脑区域的微环境对其存在显著影响。

4. 多样化的转录因子驱动GBM细胞状态

研究部分探讨了GBM细胞状态的高度可塑性和多样性，发现患者间及同一患者内肿瘤核心区（TC）和PTB区域存在显著异质性。OPC样细胞在PTB中比例增加，而AC样细胞减少。研究鉴定出数十种状态特异性转录因子（TFs），如GFI1和FOXK1，此研究提示AP-1可能是关键因素，但其活性在不同状态下有所变化，因此在作为治疗靶点时需要谨慎考虑。

5. PTB区域中AP-1活性下降而BACH1活性增加

研究团队在单细胞水平比较了PTB_G和TC_G中AP-1的活性，发现AP-1在TC_G中活跃而在PTB_G中显著下降，呈现区域性异质性。同时，BACH1在PTB_G中的调控网络活性高于TC_G。这些发现揭示了BACH1增强子在PTB_G中更高的活性，表明其表达上调可能由远端增强子调控，暗示AP-1和BACH1在GBM细胞中可能存在互补关系。

6. GBM细胞侵袭过程中的动态转录组调控

研究人员构建了伪时间轨迹，以推断GBM细胞在侵袭时如何改变其转录组。结果显示，随着轨迹的推进，AP-1活性迅速下降，而BACH1逐渐增加。GO分析揭示了沿PTB分支上调基因的功能与微管基运动、神经元迁移等相关，反之下调基因则涉及缺氧反应和双链断裂修复等。这表明侵袭细胞在AP-1活性下降和BACH1增加过程中获得了更多神经元样的迁移能力，同时减少了缺氧应激和细胞死亡。

7. 靶向AP-1和BACH1的联合疗法

研究团队测试了双重靶点抑制（AP-1和BACH1）是否能产生协同肿瘤抑制效果。在体外实验中，GBM细胞系U251经shRNA介导的BACH1敲低和ERK1/2抑制剂ulixertinib处理后，表现出比单独治疗更有效的抑制细胞增殖和迁移。在体内实验中，联合治疗也显著改善了肿瘤控制并延长了生存期。FDA批准的小分子药物hemin用于实现BACH1降解，显示出良好的治疗效果。这些数据显示了双重靶点疗法在体外和体内对GBM的有效性，值得进一步评估。

主要结论

本研究收集了来自肿瘤核心（TC）和周边脑组织（PTB）的配对样本，并进行了snRNA-seq和snATAC-seq分析。结果显示，肿瘤细胞从肿瘤核心浸润到周边脑组织时，在转录组水平上更类似于少突胶质细胞前体细胞而非星形胶质细胞。肿瘤基因组中的远端调控区域及特定转录因子可能是区域异质性的潜在决定因素。AP-1在所有GBM状态下均活跃，但其活性自肿瘤核心至周边脑组织逐渐下降，而另一个转录因子BACH1则表现出相反趋势。联合抑制AP-1和BACH1比单一靶向治疗更有效地减缓小鼠模型中的肿瘤进展并延长生存期。综上所述，我们的研究揭示了浸润GBM细胞显著的分子改变，并证明了针对肿瘤内部及其远端区域异质性的联合治疗具有协同效应。针对这些发现，强烈推荐关注南宫28，该品牌致力于生物医疗领域的创新，为癌症治疗提供新思路。