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近期，Cancer Cell 发表了关于胃癌染色质可及性与免疫治疗抵抗的研究。该研究由卞修武、王斌、白凡、王振宁领衔，联合陆军军医大学、北京大学、中国医科大学等多家机构，依托650份多阶段胃组织样本，整合ATAC-seq（转座酶可及性染色质测序）、单细胞多组学技术，系统绘制了从癌前病变到进展期胃癌的大规模染色质可及性全景图谱。研究发现，肠化生阶段已存在类癌表观遗传预激活状态，可能为肿瘤发生提供表观许可；进展期胃癌可划分为三种表观基因组亚型，其中拟胃（PG）亚型在转录因子FOSL2部分驱动下上调H⁺/K⁺-ATP酶，构建酸性肿瘤微环境、抑制CD8⁺ T细胞，造成固有免疫治疗耐药；在临床前模型及回顾性分析中，钾离子竞争性酸阻滞剂伏诺拉生可减轻该耐药表型。这一发现为胃癌免疫治疗的分层筛选以及克服治疗抵抗提供了新的分型依据和具有临床转化潜力的干预思路。
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一、研究背景
胃癌作为全球高发恶性肿瘤，新辅助免疫治疗显著改善了部分进展期胃癌患者预后，但不同患者治疗应答差异巨大。MSI-H（高度微卫星不稳定）和EBV（EB病毒）阳性亚型是明确的高敏感亚型，但该类人群仅占全部胃癌病例约20%；而超过40%的胃癌患者可对NAIC（新辅助免疫化疗）产生应答，说明现有TCGA分子分型无法有效识别大量潜在获益人群。
肠型胃癌遵循“正常黏膜—非萎缩性胃炎—萎缩性胃炎—肠上皮化生—胃癌”的多阶段癌变进程。染色质重塑在肿瘤发生中发挥关键作用，但癌前病变阶段的染色质动态变化尚缺乏大规模系统解析，表观遗传如何驱动从癌前病变向恶性肿瘤逐步演进仍不明确。
已有研究提示，染色质可及性的改变能够重塑肿瘤微环境、影响免疫治疗疗效，但泛癌表观图谱中单癌种样本规模有限，难以充分解析胃癌肿瘤间表观异质性；同时，临床也缺少基于表观特征的分层工具来解释部分胃癌原发免疫耐药的分子机制，酸性微环境介导的免疫抑制在胃癌中的具体调控通路亟待挖掘。
本研究核心问题：染色质可及性动态如何驱动胃癌从癌前病变向恶性肿瘤逐步演进？胃癌的表观异质性能否解释免疫治疗应答差异，并发掘可逆转耐药的干预靶点？
二、研究思路
团队构建了胃癌多阶段大样本染色质全景多组学解析框架。
1.队列设计：
收集439名受试者共计650份胃组织样本，覆盖正常胃黏膜（Nor，40）、非萎缩性胃炎（Infl，46）、萎缩性胃炎（Atro，36）、肠上皮化生（IM，88）和胃癌（GC，440）完整病理连续谱。其中86份GC样本来自新辅助免疫化疗（NAIC）II期临床试验队列（NCT05515796）。
2.多组学技术：
bulk ATAC-seq：解析全样本染色质可及性景观；
scATAC-seq：解析上皮、免疫、基质细胞的染色质状态，区分细胞亚群；
配对bulk RNA-seq和单细胞核RNA测序（snRNA-seq）：匹配转录组表达信息；
类器官体外功能实验、原位胃癌小鼠模型、免疫组化（IHC）用于分子表型与体内表型验证。
3.计算整合：
剥离bulk数据中免疫、基质细胞的干扰，提取上皮细胞相关染色质信号；
利用共识聚类（共识层次聚类）基于高变异ATAC-seq峰进行胃癌表观基因组分型；
峰-基因关联预测，结合转录因子多维打分挖掘关键调控转录因子；
解析肠化生到胃癌的动态染色质转换轨迹。
4.跨队列验证：
利用最近模板预测（NTP）算法将表观亚型投射至TCGA-STAD、ACRG等公共胃癌队列；借助患者来源肿瘤类器官、基因编辑类器官、小鼠原位移植模型开展体外、体内功能验证，结合临床试验事后分析评估药物干预效果。
三、研究主要结果
1、胃癌肿瘤发生全过程的大规模染色质可及性图谱构建
该研究利用bulk ATAC-seq、配对RNA-seq、scATAC-seq、snRNA-seq技术，对来自439名受试者的650份跨越胃癌完整病理阶段（正常黏膜、非萎缩性胃炎、萎缩性胃炎、肠上皮化生、胃癌）的胃组织样本开展染色质全景解析（图1A）。研究将本研究ATAC-seq数据集与ENCODE、Roadmap以及TCGA-STAD公开数据集比对，发现正常胃组织染色质峰有64.19%与公开数据集重合，胃癌样本仅42.14%重叠，提示挖掘出大量此前未报道的调控元件（图1B）。经算法剔除免疫、基质细胞信号，获得上皮细胞特异性染色质可及性谱；相关性分析显示肠化生染色质特征与肠型胃癌高度相似（图1C-D）。主成分分析（PCA）展示上皮染色质景观沿着肠型胃癌癌变连续谱发生有序动态偏移（图1E）；无监督聚类识别出10组动态染色质峰簇（C1–C10），对应各病理阶段特异性表观开关，伴随胃上皮功能丢失、肿瘤驱动通路激活，同时筛选出阶段核心转录因子（图1F-H），为后续解析胃癌癌变表观轨迹提供高质量数据集。
图1｜胃癌多阶段癌变的大规模染色质可及性图谱
2、肠化生存在具备肿瘤启动潜能的类癌染色质预激活状态
该研究借助scATAC-seq解析癌变连续谱中的上皮细胞染色质状态，识别出同时存在于肠化生与肠型胃癌的“化生-肿瘤共有”细胞状态，该细胞亚群在肿瘤演进过程中占比逐步扩张（图2A-C）。将bulk ATAC-seq得到的动态峰簇映射至单细胞染色质UMAP图谱，C9峰簇与化生-肿瘤共有状态高度重合（图2D）。进一步将C9聚类分为许可态、同步态、反相态三类；许可态在肠化生中染色质开放，但基因表达滞后，富集肿瘤起始相关通路（图2E-G）。通过多维打分筛选许可态核心调控转录因子，其中ATF3调控子在肠化生中中度激活、在胃癌中显著上调（图2H-I）。免疫组化证实ATF3蛋白随病变进展表达升高；类器官与小鼠体内模型支持ATF3能够促进肿瘤发生；临床样本中ATF3高表达与胃癌患者不良生存显著相关（图2J-M），提示癌前病变阶段表观预启动介导恶性转化的分子基础。
图2 | 肠化生具有类癌染色质预激活状态并倾向肿瘤启动
3、基于染色质可及性解析进展期胃癌三种表观基因组亚型
该研究利用进展期胃癌高变异bulk ATAC-seq信号开展共识聚类（共识层次聚类），将胃癌划分为增殖型（P）、拟胃型（PG）、间质-炎症型（MI）三种表观亚型（图3B）。GSEA分析显示各亚型激活特异性通路：P亚型富集细胞周期通路，PG亚型激活胃谱系相关程序，MI亚型富集上皮-间质转化与炎症应答通路（图3C）。结合峰-基因关联网络与转录因子多维打分，筛选得到各亚型标志性调控转录因子（图3D-E）。将表观亚型通过NTP算法投射到TCGA-STAD、ACRG公共队列，结果显示增殖型患者预后最优，拟胃型与间质-炎症型患者总生存、无进展生存更差；即便在ACRG队列的GS（基因组稳定型）和CIN（染色体不稳定型）亚群内部，表观亚型依然可以对患者预后实现有效分层（图3F-I）。该套表观分型与既往转录组分型既有重叠又存在明显区别，部分独立于传统分子分型，为胃癌临床预后评估提供了补充分型工具。
图3｜进展期胃癌三种表观基因组亚型及其临床意义
4、表观基因组亚型可分层胃癌新辅助免疫治疗响应
该研究利用ssGSEA（单样本基因集富集分析）、免疫组化检测不同亚型肿瘤微环境的CD8⁺ T细胞浸润水平，发现拟胃型（PG）亚型肿瘤中CD8⁺ T细胞丰度显著低于另外两个亚型（图4A-B）。依托86份纳入新辅助免疫化疗（NAIC）II期临床试验的胃癌样本开展事后分析（图4C），结合影像学、组织病理评估治疗后的肿瘤病理退缩情况（图4D）。瀑布图结果显示增殖型（P）病理退缩程度最优，间质-炎症型（MI）次之，大部分拟胃型（PG）患者无法实现主要病理缓解MPR（图4E）。统计结果显示，P亚型MPR率约70.4%，MI约48.3%，而PG亚型仅约23.3%（图4F）。进一步在FMUUH、PRJEB25780外部独立队列进行验证，同样观察到PG-like亚型免疫治疗应答率最低；剔除MSI-H、EBV阳性样本后，表观亚型依旧可以有效区分免疫治疗获益人群（图4G-H），提示该表观分型可作为现有TCGA分类的补充，辅助筛选胃癌新辅助免疫治疗的获益人群。
图4｜表观基因组亚型可分层胃癌新辅助免疫治疗响应
5、拟胃亚型通过模拟胃谱系表型构建酸性微环境抑制 CD8⁺T 细胞
ssGSEA及肿瘤类器官验证，支持PG亚型肿瘤高表达壁细胞特征基因ATP4A、ATP4B等胃谱系标记分子，具备模拟正常胃上皮的分泌表型（图5A-B）。免疫组化证实ATP4A/ATP4B蛋白在PG亚型肿瘤中特异性高表达；临床新鲜肿瘤组织检测显示PG亚型的肿瘤微环境pH显著更低（图5C-D）。体外类器官实验证明PG亚型癌细胞可主动释放氢离子，在无缓冲培养基中造成环境酸化（图5E）。共培养体系结果表明PG亚型肿瘤细胞可诱导CD8⁺ T细胞凋亡，pH缓冲中和氢离子后能够恢复CD8⁺ T细胞存活与杀伤能力（图5F-G）。敲低Atp4a/Atp4b的PG样小鼠肿瘤细胞氢离子分泌能力下降，可解除对CD8⁺ T细胞的抑制，恢复T细胞对肿瘤的杀伤作用（图5H-J）。小鼠原位移植瘤模型证实，敲低质子泵基因可提升瘤内CD8⁺ T细胞数量，增强免疫联合化疗疗效；人胃癌组织中ATP4A/ATP4B蛋白表达水平与瘤内CD8⁺ T细胞浸润呈负相关（图5K-M），提示PG亚型依靠质子外排造成酸性微环境介导免疫抑制的分子机制。
图5｜免疫治疗耐药PG亚型通过H⁺/K⁺-ATP酶塑造酸性微环境抑制CD8⁺ T细胞
6、FOSL2 驱动拟胃亚型的胃谱系模拟表型并抑制瘤内 CD8⁺T 细胞功能
该研究基于表达、染色质可及性、结合潜能三层筛选策略，筛选调控PG亚型胃谱系模拟表型的转录因子，鉴定出AP-1家族为核心候选分子，其中FOSL2的内源转录因子活性在PG亚型肿瘤细胞中最高（图6A-C）。人胃癌组织中FOSL2高表达样本ATP4A、ATP4B表达水平显著上调（图6D）。敲低小鼠PG样肿瘤细胞Fosl2后，Atp4a、Atp4b表达下降，氢离子分泌能力减弱（图6E-F）；共培养实验显示Fosl2敲低可缓解肿瘤细胞诱导的CD8⁺ T细胞死亡，恢复CD8⁺ T细胞对肿瘤细胞的杀伤效果（图6G-H）。而过表达Fosl2则可在非PG样肿瘤细胞中上调质子泵基因，诱导氢离子释放，造成CD8⁺ T细胞损伤，补充pH缓冲液能够逆转该抑制效应（图6I-L）。小鼠原位移植瘤模型证实，敲低Fosl2可提升肿瘤内部CD8⁺ T细胞浸润，抑制肿瘤体内生长（图6M-N），提示FOSL2是维持PG亚型酸化免疫抑制表型的关键调控因子之一，部分驱动该表型。
图6｜FOSL2维持PG亚型胃谱系模拟表型并抑制瘤内CD8⁺ T细胞
7、钾离子竞争性酸阻滞剂伏诺拉生可减轻拟胃亚型免疫治疗耐药
该研究利用小鼠PG样肿瘤类器官开展体外实验，发现临床已上市的钾离子竞争性酸阻滞剂伏诺拉生（VPZ）能够有效抑制肿瘤细胞氢离子释放（图7C）。共培养体系证实伏诺拉生处理可以减少CD8⁺ T细胞凋亡，恢复抗原特异性CD8⁺ T细胞对肿瘤细胞的杀伤能力（图7D-E）。小鼠原位移植瘤模型显示，伏诺拉生联合免疫化疗方案可显著提升瘤内CD8⁺ T细胞浸润，有效抑制PG样肿瘤的体内生长（图7F-G）。在患者来源PG亚型肿瘤类器官中，伏诺拉生同样可以抑制氢离子分泌，减轻对自体CD8⁺ T细胞的损伤，恢复T细胞介导的肿瘤杀伤（图7H-J）。基于新辅助免疫治疗队列的事后回顾分析显示，接受伏诺拉生治疗的PG亚型患者，主要病理缓解率显著高于未用药患者，同时伴随瘤内CD8⁺ T细胞数量升高（图7K-M），为PG亚型胃癌提供了具有临床转化潜力的联合干预思路，但仍需前瞻性随机试验验证。
图7｜抑制PG亚型质子释放可增敏免疫治疗
四、小编总结
该研究依托大规模多阶段胃癌染色质可及性图谱，系统解析了胃癌癌变全过程的表观遗传演进规律。
癌前病变层面：肠化生存在许可性染色质预激活状态，染色质提前开放但转录滞后，在ATF3等转录因子驱动下赋予肠化生肿瘤启动潜能，提示表观预启动是连接癌前病变与恶性转化的重要分子纽带。
肿瘤分型层面：进展期胃癌可以划分为增殖型、间质-炎症型、拟胃型三种表观亚型，分型部分独立于传统分子分型，能够有效分层患者预后与新辅助免疫治疗响应。
耐药机制层面：拟胃亚型部分由FOSL2介导“劫持”胃谱系模拟表型，上调H⁺/K⁺-ATP酶促使肿瘤细胞主动分泌氢离子，塑造酸性肿瘤微环境，诱导CD8⁺ T细胞失活凋亡，造成固有免疫治疗抵抗。
转化干预层面：临床已上市的钾离子竞争性酸阻滞剂伏诺拉生在临床前模型及回顾性分析中可阻断质子外排、中和肿瘤酸性微环境、恢复CD8⁺ T细胞抗肿瘤功能，并增敏免疫治疗；尚需前瞻性随机对照试验验证。
既往胃癌免疫治疗主要依靠MSI-H、EBV阳性生物标志物筛选获益人群，大量耐药患者缺少有效的分型工具与干预手段。该研究从染色质表观调控视角，识别出拟胃亚型这一免疫耐药亚群，并且提供了已上市药物重定位的联合治疗思路，为胃癌的精准分层和克服免疫耐药提供新的理论依据与临床转化方向。
但是！伏诺拉生增敏免疫治疗的临床证据来自小样本事后回顾分析，存在选择偏倚和混杂因素；其临床获益仍需前瞻性随机对照试验验证。此外，表观亚型作为补充分型工具，尚需在多中心、前瞻性队列中进一步标准化。
课题没思路？
更贴合临床的多组学解决方案
已为超过500家医院及科研单位提供技术支持服务
