Adv Sci | 聂广军/赵颖/杨尹默团队揭示超级增强子在胰腺导管癌药物治疗中起重要作用

2024年4月24日，国家纳米科学技术中心/中科院纳米科学卓越创新中心/纳米生物效应与安全性重点实验室聂广军/赵颖团队、北京大学第一医院普外科杨尹默团队在ADVANCED SCIENCE发表题为“Disruption of Super-Enhancers in Activated Pancreatic Stellate Cells Facilitates Chemotherapy and Immunotherapy in Pancreatic Cancer”的研究论文，揭示了超级增强子（SEs）促进与胰腺星状细胞激活相关的各种基因的表达。用JQ1（BET 溴结构域抑制剂）干扰与SEs相关的转录，可逆转激活的胰腺星状细胞（a-PSCs）的激活表型，并减少原位和人源性组织异种移植（PDX）模型中的基质纤维化。靶向a-PSCs中SEs，通过消除基质屏障有利于胰腺导管癌（PDAC）的药物治疗。

文章索引

【题目】Disruption of Super-Enhancers in Activated Pancreatic Stellate Cells Facilitates Chemotherapy and Immunotherapy in Pancreatic Cancer

【期刊】ADVANCED SCIENCE

【发表时间】2024年4月24日

【IF】15.1（一区）

【单位/作者/团队】国家纳米科学技术中心/中科院纳米科学卓越创新中心/纳米生物效应与安全性重点实验室聂广军/赵颖团队、北京大学第一医院普外科杨尹默团队

研究结果

1. SEs对人a-PSCs的激活起重要作用

研究者通过免疫组化实验、TCGA数据库以及GSA数据库分析，确定a-PSCs（胰腺星状细胞）为PDAC（胰腺导管腺癌）组织的重要组分，它高表达的胶原相关基因（如COL1A1和COL1A2）与患者的无病生存期（DFS）显著缩短有关。为确定a-PSCs中的SEs景观，使用H3K27ac ChIP-seq和ATAC-seq联合分析，确定a-PSCs中SEs可潜在调控1121个基因，对其中几个代表性基因进行GO分析，结果显示这些基因主要富集与ECM组织相关的生物过程中，表明SEs可能有利于PSCs的激活。为进一步验证，进行了a-PSCs的ATAC-seq，结果发现ChIP-seq和ATAC-seq获得的SE图谱基本一致，证实ChIP-seq的可靠性。

对JQ1治疗后并分离的原代人a-PSCs进行H3K27ac ChIP-seq和ATAC-seq，结果发现未改变SEs景观和染色质开放性，但显著抑制ECM相关基因的表达。使用CRISPR/Cas9技术进一步证实SEs在基因激活中的作用。

对JQ1治疗和未治疗的a-PSCs分别进行ChIP-qPCR检测，结果表明JQ1治疗的a-PSCs通过减少BRD4在SE区域的占据显著抑制FAP-α和IL6的表达。

图1. 超级增强子与参与a-PSCs激活的基因有关

图2. A.H3K27Ac ChIP-seq数据绘制a-PSCs的SEs区域；B）GO富集分析条形图；C）对照组和JQ1组差异表达基因火山图

图3. D)GO富集分析条形图；E）韦恩图

图4G. JQ1组和对照组的H3K27ac ChIP-seq、ATAC-seq和RNA-seq数据图谱

图5. A）a-PSCs中TE和SE的信号丰度图；B）SE和TE饼图；C）IGV可视化的a-PSCs全基因组H3K27ac ChIP-seq和ATAC-seq图谱（文章支撑材料）

图6. A）H3K27Ac ChIP-seq数据绘制JQ1处理的a-PSCs的SEs区域；B）JQ1处理的a-PSCs中TE和SE的信号丰度图；C）SE和TE饼图；D）ATAC-Seq得出的对照组和JQ1组的分布热图；E）对照组和JQ1组GO富集分析气泡图（文章支撑材料）

图7. 基因ACTN1, ACTA2, COL1A1 and COL4A1的H3K27ac ChIP-seq、ATAC-seq和RNA-seq数据图谱（文章支撑材料）

2. JQ1治疗在体内和体外逆转了原代人a-PSCs的激活表型

通过IF发现JQ1治疗后显著降低了a-PSCs标记蛋白FAP-α、α-SMA和Ⅰ型胶原的表达水平，并改变了细胞形态。通过模拟PDAC肿瘤微环境的体外3D细胞培养模型研究和qRT-PCR，结果显示降低了相关基因的表达水平。

在原位胰腺癌模型中，JQ1对肿瘤生长没有显著抑制，但显著降低了肿瘤组织中相关标记蛋白水平及胶原沉积，在PDX中观察到相似结果。

综上，JQ1通过抑制SEs介导的基因过表达，有效逆转了a-PSCs的激活表型，并缓解了PDAC肿瘤的纤维化。

图8. 破坏SEs降低了a-PSCs激活相关基因的mRNA和蛋白水平的表达

图9. JQ1治疗破坏SEs后减轻体内PDAC组织的间质纤维化

3. JQ1治疗增强PDAC肿瘤的药物渗透和血管化

体外实验结果显示，在人和小鼠3D模型中，显著增加了FITC-BSA在JQ1治疗后肿瘤球中的渗透深度。

体内实验结果显示，JQ1治疗增强了原位肿瘤组织中的Cy7信号强度和荧光球的渗透，表明JQ1治疗提高了PDAC组织中的药物渗透。

通过原位模型发现，JQ1治疗增加了肿瘤内血管密度。多光子荧光显微镜和AngioTool分析结果表明，JQ1治疗组肿瘤内血管密度显著高于生理盐水组。IF检测CD31阳性，JQ1治疗显著增加了PDAC肿瘤的血管化，PDX模型中也得到了类似结果。

图10. JQ1治疗对SEs的破坏增强了PDAC肿瘤的药物渗透并促进了血管化

4. JQ1治疗增强吉西他滨（Gemcitabine，GEM）抗体内PDAC的抗肿瘤效力

原位胰腺癌模型的研究结果显示，JQ1+GEM治疗显著降低了肿瘤的荧光强度，并减少了肿瘤体积和重量。IHC和TUNEL检测表明JQ1处理增强了GEM的抑制增殖和促进凋亡的作用。在PDX胰腺癌模型中也得到类似结果。

综上，JQ1通过增强药物渗透和血管化，提高了GEM对PDAC的抗肿瘤效力。

图11. JQ1治疗增强GEM抗体内PDAC的抗肿瘤效力

5.JQ1治疗增强免疫活性原位胰腺癌小鼠模型肿瘤组织中 CD8+T细胞浸润

通过IHC检测验证了在PDAC组织中，CD8+T细胞的浸润与基质丰富度呈负相关这一结论，并利用单细胞测序数据进一步确认了这一负相关关系。

对原位胰腺癌小鼠模型的研究结果显示，JQ1治疗不仅显著降低了肿瘤重量和荧光信号强度，还减少FAP-α、α-SMA蛋白水平以及胶原沉积。IF检测结果显示，JQ1治疗显著增加了CD8+T细胞的浸润。

综上，表明JQ1处理可以通过逆转a-PSCs的活化，增强CD8+T细胞在PDAC组织中的浸润，支持其在免疫治疗中的潜在应用。

图12. JQ1治疗可增强PDAC肿瘤组织中CD8+T细胞的浸润

6. JQ1治疗可增强IL12免疫疗法抗对体内PDAC的抗肿瘤效力

在原位胰腺癌小鼠模型中使用JQ1和低剂量IL12的组合，发现该组合显著抑制了肿瘤生长，增加了CD8+ T细胞和自然杀伤细胞的浸润，减少了调节性T细胞（Treg细胞）。

JQ1通过改变肿瘤微环境，增强了IL12的疗效，提高了其抗PDAC的效果。

图13. JQ1治疗可增强IL12免疫疗法抗对体内PDAC的抗肿瘤效力

讨论

这篇文章探讨了在PDAC中，破坏a-PSCs的SEs对化疗和免疫治疗的促进作用。研究显示，a-PSCs在PDAC的纤维化微环境中起关键作用，SEs驱动了多种基因的表达，这些基因参与了a-PSCs的激活。通过抑制SEs相关的转录，可以逆转a-PSCs的激活状态，从而减少肿瘤的纤维化并改善药物递送和免疫环境，最终提高化疗和免疫治疗的效果，为PDAC患者提供潜在的治疗新途径。

参考文献：

[1] [endif]Wang Y, Chen K, Liu G, et al. Disruption of Super-Enhancers in Activated Pancreatic Stellate Cells Facilitates Chemotherapy and Immunotherapy in Pancreatic Cancer. Adv Sci (Weinh). 2024;11(16):e2308637.