IF31.7｜PROX1作为肝细胞守护抑制因子阻断命运可塑性并防肝癌

细胞命运可塑性是癌症标志，PROX1通过主动抑制替代谱系基因维持肝细胞身份。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

细胞命运可塑性在发育中受严格限制，但可塑性失控是癌症的核心特征。转录因子（TFs）在限制可塑性中起关键作用，已知谱系主调控因子通过激活特定基因网络诱导细胞类型，其缺失可导致癌症。然而，是否存在持续表达的谱系特异性抑制因子来主动阻断可塑性尚不清楚。此前发现神经元特异性抑制因子MYT1L能结合并抑制多种非神经元基因，维持神经元身份，提示可能存在一类“守护抑制因子”。这类因子在多种细胞类型中的普遍性及其在癌症中的作用未知。

科学问题

卡在哪里： 虽然已知主调控因子通过激活基因诱导细胞命运，但抑制因子是否主动维持细胞身份、抑制替代命运尚缺乏系统证据。尤其缺乏对肝细胞等成体细胞中此类抑制因子的鉴定和功能验证。

本文要回答： 鉴定并验证肝细胞特异性守护抑制因子，阐明其通过抑制替代命运基因维持肝细胞身份并防止肝癌发生的机制。

技术路线

作者主要用了：scRNA-seq、RNA-seq、ATAC-seq、CUT&RUN、蛋白质组、免疫荧光、小鼠肿瘤模型。

作者首先基于转录因子表达特异性和DNA结合基序在细胞类型特征基因启动子中的富集/缺失，开发计算模型预测18种细胞类型的守护抑制因子。对肝细胞候选因子进行重编程实验验证，发现PROX1能显著增强肝细胞重编程。随后通过PROX1过表达/敲低在肝癌细胞系和小鼠模型中检测其对增殖、染色质可及性和肿瘤发生的影响，并结合CUT&RUN、ATAC-seq和RNA-seq解析其靶基因和调控网络。最后利用条件性敲除小鼠和谱系追踪实验，证明PROX1在肝再生和肝癌可塑性中的关键作用。

图 1　Fig. 1。图1展示守护抑制因子预测的计算框架和候选因子排名。a为预测流程示意图；b显示18种细胞类型中候选因子的得分，包括终身表达、抑制/激活活性、肿瘤抑制角色等；c突出肝细胞前六名候选因子；d显示Prox1表达和基序计数；e为TCGA HCC患者生存分析。该图核心是PROX1作为肝细胞守护抑制因子的预测依据。

核心亮点

亮点 1｜计算预测27个守护抑制因子

作者开发了基于转录因子表达特异性和DNA结合基序在细胞类型特征基因启动子中富集/缺失的计算方法，预测了18种细胞类型中的27个守护抑制因子候选。其中PROX1在肝细胞中表达特异性高，且其基序在非肝细胞基因启动子中显著富集。这些候选因子中59%有肿瘤抑制功能报道，提示守护抑制因子与癌症抑制相关。

图 2　Fig. 2。图2展示PROX1在肝癌中的表达和功能。a显示TCGA中PROX1在肿瘤中低表达；b为免疫组化证实肝癌中PROX1蛋白降低；c和d显示高表达或扩增患者生存更好；e显示Hep3B细胞中PROX1过表达抑制增殖、敲低促进增殖；f为ATAC-seq显示过表达导致染色质关闭；g为小鼠肝癌单细胞数据中Prox1表达与肝细胞身份相关。该图支持PROX1的肿瘤抑制功能。

亮点 2｜PROX1在肝癌中低表达且抑制增殖

在TCGA肝癌患者数据中，PROX1在肿瘤组织表达低于正常组织，且高表达患者生存期更长。在Hep3B肝癌细胞中过表达PROX1使增殖降低60%，而敲低则促进增殖。ATAC-seq显示PROX1过表达导致4074个染色质区域关闭（93.6%），主要涉及非肝细胞谱系基因和促增殖通路。CUT&RUN鉴定出16183个含PROX1基序的结合峰，其中MYC等促增殖基因被直接抑制。

图 3　Fig. 3。图3展示Prox1在肝再生中的作用。a为DDC诱导肝损伤和再生示意图；b为单细胞RNA-seq显示Prox1表达和肝细胞身份在损伤后下降、再生时恢复；c为条件性敲除小鼠肝损伤后HNF4+细胞减少；d为HNF4+细胞密度定量；e为血清ALP水平升高。该图说明PROX1是肝再生所必需。

亮点 3｜PROX1过表达阻断小鼠肝癌发生

在Myc/Trp53和Kras/Trp53两种肝癌小鼠模型中，通过流体动力学尾静脉注射过表达Prox1显著减少肿瘤结节数（从39.5降至6.7，或从19.5降至3.25），并延长中位生存期（从29天增至64天，或从26.5天增至47.5天）。诱导性过表达Prox1在肿瘤形成后也能增加凋亡、减少结节并延长生存，表明PROX1抑制肿瘤起始和进展。

图 4　Fig. 4。图4展示PROX1在肝细胞重编程中抑制替代命运。a为实验设计；b和c为单细胞RNA-seq聚类和注释；d为肝细胞和成纤维细胞身份投影；e为iHep簇中身份得分；f为PROX1调控子活性与成纤维细胞身份负相关；g和h为PROX1过表达抑制神经元和肌细胞重编程；i-l为Prox1缺失损害肝细胞重编程并增加肌细胞标志物。该图证明PROX1通过抑制替代命运促进肝细胞身份。

亮点 4｜PROX1缺失损害肝再生并促进胆管癌转化

在DDC诱导的肝损伤模型中，条件性敲除Prox1导致再生后HNF4+肝细胞数量减少33%，KRT19+胆管细胞比例增加，血清ALP水平升高两倍。在Myc/Trp53肝癌模型中敲低Prox1使肿瘤结节数增加十倍，并诱导肿瘤从HCC向CCA转变，表现为腺管结构、KRT19表达升高和HNF4降低。相反，在Akt/Notch诱导的CCA模型中过表达Prox1则促进CCA向HCC转变，减少腺管结构、降低KRT19并升高HNF4。

图 5　Fig. 5。图5展示PROX1与NuRD复合物互作及抑制域融合实验。a为质谱显示PROX1在肝脏中与NuRD复合物成员互作；b为DBD融合构建示意图；c为抑制域融合促进肝细胞重编程、激活域融合抑制；d为抑制域融合减少替代命运标志物；e和f为RNA-seq显示抑制域融合上调肝细胞基因、下调非肝细胞基因。该图证实PROX1的抑制功能依赖于其与辅抑制因子的互作。

亮点 5｜PROX1通过NuRD复合物抑制替代命运基因

免疫沉淀-质谱显示PROX1在肝脏中与NuRD抑制复合物的11/14成员相互作用，而在脑中无此互作。将PROX1的DNA结合域与VP64激活域或Engrailed抑制域融合，发现抑制域融合能模拟全长PROX1促进肝细胞重编程并抑制神经元和肌细胞标志物，而激活域融合则相反。RNA-seq和ATAC-seq表明PROX1直接结合并关闭替代命运主调控因子（如Prrx1、Pparg）的启动子，抑制其表达。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： scRNA-seq、RNA-seq、ATAC-seq、CUT&RUN、蛋白质组、免疫荧光、小鼠肿瘤模型
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 从事细胞命运、癌症生物学和转录调控研究的学者，以及计算生物学和单细胞组学分析人员。

带走一句

守护抑制因子概念为理解细胞身份维持和癌症可塑性提供了新框架，计算预测结合功能验证可系统鉴定此类因子。