2025-08-08
文章題目：Genome-wide DNA methylation-analysis of blastic plasmacytoid dendritic cell neoplasm identifies distinct molecular features
中文標題：全基因組DNA甲基化分析揭示漿細胞樣樹突狀細胞腫瘤獨特的分子特征
發表期刊：Leukemia
影響因子：12.8
發表時間：2024年
研究對象：FFPE組織切片
組學策略：WES, RNAseq、ATAC-seq
研究背景
漿細胞樣樹突狀細胞腫瘤（BPDCN）是一種罕見且高度侵襲性的惡性腫瘤，起源于漿細胞樣樹突狀細胞（pDCs），主要表現為皮膚受累，隨后擴散至骨髓及其他器官。作者對45例BPDCN患者進行了全基因組DNA甲基化分析，并結合全外顯子組測序（WES）、RNA測序及特定病例的ATAC-seq分析。結果顯示，BPDCN的DNA甲基化特征在從早期和成熟樹突狀細胞向惡性轉化過程中顯著喪失。DNA甲基化特征能夠有效區分BPDCN與急性髓系白血病（AML）、慢性髓系白血病（CMML）和T細胞急性淋巴細胞白血病（T-ALL），其中BPDCN表現出最明顯的全局去甲基化、細胞分裂應激及局部DNA超甲基化，導致腫瘤抑制基因的顯著失活。利用MethylCIBERSORT進行的腫瘤微環境DNA甲基化分析顯示存在兩個預后相關的簇（IC1和IC2），具有特定的細胞組成和突變譜。此外，BPDCN的轉錄亞組（C1和C2）在白細胞介素/炎癥信號通路基因的DNA甲基化特征上存在差異，C2表現出更高的轉錄因子活性（如JAK-STAT和NFkB信號通路），而C1-BPDCN則依賴于EZH2。此研究的綜合分析為BPDCN提供了新的分子見解和潛在的診斷應用。
研究思路
步驟一
DNA甲基化全局特征分析：揭示BPDCN的DNA甲基化特征在從早期和成熟樹突狀細胞向惡性轉化過程中顯著喪失，與急性髓系白血病（AML）、慢性髓系白血病（CMML）和T細胞急性淋巴細胞白血病（T-ALL）相比，BPDCN表現出最明顯的全局去甲基化、細胞分裂應激及局部DNA超甲基化，導致腫瘤抑制基因的顯著失活。
步驟二
DNA甲基與轉錄組聯合分析：通過MethylCIBERSORT進行的腫瘤微環境DNA甲基化分析顯示存在兩個預后相關的簇（IC1和IC2），這兩個簇具有特定的細胞組成和突變譜。BPDCN的轉錄亞組（C1和C2）在白細胞介素/炎癥信號通路基因的DNA甲基化特征上存在差異，其中C2表現出更高的轉錄因子活性（如JAK-STAT和NFkB信號通路），而C1-BPDCN則依賴于EZH2。
步驟三
DNA甲基化與WES聯合分析：通過全外顯子組測序發現，BPDCN患者的C1亞型突變負擔較高，支持C2亞型是由于DNA甲基化失調引起的。發現突變與細胞增殖增加顯著相關，且啟動子區域的超甲基化與整體甲基化水平顯著相關。
步驟四
FFPE-ATAC-seq驗證的結果顯示，在BPDCN的C1亞群中，CDK6和STAT5A等高度表達位點具有顯著的染色質可及性，這與DNA甲基化和轉錄結果一致。
研究內容
1.表觀遺傳特征分析顯示關鍵調控通路的顯著失調主要源于DNA甲基化的喪失
為評估影響DC向BPDCN轉化的表觀遺傳過程，并定位該實體在血細胞譜系中的位置，首先對BPDCN及外周血中多種細胞類型進行PCA分析。結果顯示，BPDCN與DC亞群之間存在顯著差異，早期和成熟DC的基因組平均DNA甲基化水平顯著較高，表明在轉化過程中的甲基化喪失。此外，差異甲基化區域分析發現，細胞外基質、膠原調節和神經系統相關基因的DNA甲基化顯著降低，并影響了KRAS信號通路等致癌驅動過程。
BPDCN及分選的造血細胞群體的表觀遺傳譜
2.BPDCN具有獨特DNA甲基化特征，顯示出明顯甲基化喪失和與細胞分裂基因相關的表觀遺傳變化
BPDCN的DNA甲基化特征與相關疾病顯著不同，但存在一些特殊病例。為了解DNA甲基化在BPDCN與其他疾病間的診斷潛力，作者比較了BPDCN與BEAT-AML、CMML的甲基化數據。結果顯示，這些樣本在分析中被分為不同的類別，BPDCN與T-ALL和惡性黑色素瘤的區別更加明顯。
BPDCN與AML、CMML、T-ALL和黑色素瘤DNA甲基化特性的比較
在四個特殊病例中，DNA甲基化存在顯著重疊，且三例同時表現出急性白血病和轉化的CMML特征。BPDCN顯示出最高的甲基化喪失，且這種喪失在不同亞型中都很明顯，并且BPDCN的細胞分裂加速，反映其侵襲性的臨床特征。
3.與CMML和AML相比，BPDCN中腫瘤抑制基因DNA甲基化高度失調
為了研究BPDCN中特異性DNA甲基化特征，對CMML和AML也進行了抑癌基因DNA甲基化分析。
BPDCN、AML和CMML中腫瘤抑制基因的DNA甲基化特征
BPDCN表現出明顯失調的DNA甲基化特征和全局甲基化喪失，腫瘤抑制基因的啟動子區域甲基化水平顯著高于CMML和AML，而基因體區域的甲基化水平則顯著較低。這表明BPDCN中的失調DNA甲基化具有顯著的致癌影響。此外，研究發現從CMML到BPDCN，DNA甲基化失調特征與臨床侵襲性增強呈正相關。
4.DNA甲基化模式和基因表達特征區分BPDCN的C1和C2亞型，并塑造C2-BPDCN中JAK/STAT驅動特征
研究表明，BPDCN的C1和C2亞型在DNA甲基化模式和基因表達特征上存在顯著差異。在差異DNA甲基化分析中，作者發現114個探針在C1和C2之間的甲基化水平顯著不同，C2-BPDCN中與細胞因子和JAK/STAT信號通路相關的基因表現出更高的甲基化水平，而C1則顯示出與翻譯后修飾和代謝過程相關的顯著甲基化。
BPDCN亞型C1和C2中的差異DNA甲基化、轉錄和突變模式
基因表達分析顯示C2亞型中先天、適應性免疫過程及細胞外基質相互作用的上調，同時STAT5A、CDK6等關鍵基因在C2中表達顯著升高。相關性分析揭示了DNA甲基化與基因表達之間的顯著關聯。進一步的轉錄因子活性推斷顯示，C2-BPDCN中NFkB和JAK-STAT信號通路的活性顯著增強，而C1-BPDCN則依賴于EZH2，揭示了兩種亞型在轉錄調控上的潛在差異。這些發現為BPDCN的個性化治療提供了新的思路。
5.通過MethylCIBERSORT和免疫組化分析的腫瘤微環境揭示了與腫瘤基因組相關的不同免疫亞型
為了評估腫瘤微環境（TME），作者對45個高質量全基因組的DNA甲基化譜進行全面的MethylCIBERSORT分析，預測出兩種TME類別（IC1和IC2）。IC1亞型表現出單核細胞、B細胞和自然殺傷（NK）細胞的減少，同時調節性T細胞富集，并且中性粒細胞和細胞毒性T細胞的數量有所上升。皮膚樣本中的角質形成細胞比例顯著高于非皮膚樣本。
通過MethylCIBERSORT分析的腫瘤免疫組成揭示具有不同免疫原性的細胞簇
通過免疫組化（IHC）驗證了腫瘤浸潤的T細胞與單核細胞之間的顯著相關性。TME與突變譜的分析顯示，影響多種腫瘤相關基因突變在IC1中富集，且此類患者的無進展生存期顯著縮短。同時，免疫組化和MethylCIBERSORT分析揭示了T細胞和單核細胞在IC1與IC2中的不同富集特征。epiCMIT結果表明，IC2的增殖壓力顯著高于IC1。此外，C1/C2與IC1/IC2之間的總體響應率存在顯著差異，提示不同免疫亞型對患者生存預后具有重要影響。
6.突變驅動因子及表觀遺傳調控因子的啟動子狀態影響BPDCN增殖命運和DNA甲基化譜
為提供本研究中DNA甲基化譜的基因組背景，作者對未參與先前BPDCN分子研究的患者進行了全外顯子組測序（WES）。結果顯示，C1 BPDCN的突變負荷較高，支持C2-BPDCN的非突變機制，如失調的DNA甲基化和轉錄譜。C2簇內的表觀遺傳特征與DNMT3A的改變頻率相關，并在剪接基因SRSF2中觀察到顯著突變富集。
顯著驅動突變和表觀遺傳調控因子的DNA甲基化狀態對增殖和CGI DNA甲基化的影響
作者還探討了特定突變驅動因子與增殖歷史的關系，發現攜帶ARID1A、ZRSR2等突變的病例增殖潛力上升，而攜帶PPARGC1A等突變的病例則顯著降低有絲分裂活性。這表明BPDCN的增殖潛力由突變驅動事件決定。此外，作者研究與表觀遺傳調控相關基因的啟動子甲基化狀態，發現多基因啟動子甲基化與整體CGI甲基化顯著相關，提示其對BPDCN的表觀遺傳景觀有重要影響。
文章總結
本文針對BPDCN的45例患者進行了全基因組DNA甲基化分析， 并輔以WES、RNA測序和特定病例的ATAC-seq。研究發現，在從早期和成熟樹突細胞向BPDCN的惡性轉化過程中，DNA甲基化顯著喪失。BPDCN的DNA甲基化譜與AML、CMML和T-ALL之間存在顯著差異，BPDCN表現出明顯的全局去甲基化、細胞周期壓力和局部的DNA高甲基化，導致腫瘤抑制基因的顯著失活。利用MethylCIBERSORT對腫瘤微環境的DNA甲基化分析，識別出兩個具有預后相關性的細胞簇（IC1和IC2），它們在細胞組成和突變譜方面具有特異性。并且BPDCN的轉錄亞組（C1和C2）在白細胞介素/炎癥信號基因的DNA甲基化特征上存在差異，C2組表現出較高的轉錄因子活性，尤其是在JAK-STAT和NFkB信號通路中，而C1則依賴于EZH2。 通過全外顯子組測序發現，BPDCN患者的C1亞型突變負擔較高，支持C2亞型是由于DNA甲基化失調引起的。通過FFPE-ATAC-seq驗證發現，在BPDCN的C1亞群中，CDK6和STAT5A等高度表達位點具有顯著的染色質可及性，這與DNA甲基化和轉錄結果一致。
