IF31.7｜ERG驱动前列腺癌起始依赖基底细胞亚群及KMT2A/DOT1L

ERG致癌活性藏于罕见基底细胞，需KMT2A和DOT1L表观酶协同。

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

ERG基因易位见于约40-50%西方前列腺癌，被视为起始事件。小鼠模型证实ERG过表达足以诱导前列腺癌，尤其伴随PI3K通路激活时。然而，ERG如何起始肿瘤仍不清楚。既往研究多基于bulk测序，发现ERG激活促管腔分化程序并导致基底细胞丢失，但无法解释其与致癌性的关联。ERG与雄激素受体（AR）的协同作用在不同细胞环境中表现不一。谱系示踪和组织重组研究显示基底或管腔细胞均可作为肿瘤起源，但在ERG易位背景下，细胞起源是否决定ERG功能及治疗依赖尚不明确。

科学问题

卡在哪里： 此前研究缺乏单细胞分辨率，可能遗漏仅在特定亚群中发生的致癌关键事件。ERG驱动的前列腺癌究竟起源于基底还是管腔细胞，以及何种细胞状态赋予ERG致癌能力，均无定论。

本文要回答： 确定ERG驱动前列腺癌的细胞起源，并揭示该起源细胞中ERG致癌所依赖的关键转录因子和表观遗传调控因子。

技术路线

作者主要用了：谱系示踪、类器官移植、scRNA-seq、scATAC-seq、CRISPR筛选。

作者首先通过新鲜细胞原位移植和腺病毒介导的谱系特异性Cre激活，比较基底与管腔细胞起源的肿瘤形成能力。随后利用Nkx3-1-CreERT2和K8-CreERT2小鼠模型进行谱系示踪，追踪ERG激活后细胞命运转变。为解析分子机制，对EPC、PC和WT小鼠前列腺进行scRNA-seq和scATAC-seq，鉴定出ERG特异的IM细胞群及其染色质特征。最后，通过CRISPR敲除候选基因并进行原位移植，验证STAT3、KMT2A和DOT1L在ERG驱动肿瘤发生中的必要性。

图 1　Fig. 1。图1展示基底与管腔细胞起源的对比。a-c为原位移植实验：基底来源移植物中ERG+细胞比例高且形成浸润癌，管腔来源则相反。d-f为腺病毒谱系特异性Cre激活：Ad-K5-Cre组出现ERG+扩增和浸润，Ad-K8-Cre组无。g-k显示正常和ERG+人类前列腺中基底细胞表达TMPRSS2等管腔基因，且ERG+肿瘤中存在罕见ERG+基底细胞。l-p利用Nkx3-1-CreERT2和K8-CreERT2模型，证明ERG在Nkx3.1+基底细胞中激活导致扩增和癌变，而管腔特异性激活无此效应。

核心亮点

亮点 1｜基底细胞是ERG致癌的优选起源

原位移植实验中，基底来源的EP细胞移植后ERG+细胞比例（~45%）远高于管腔来源（~11%），且仅基底来源移植物形成浸润性腺癌（6/6）。腺病毒介导的谱系特异性Cre激活进一步证实：Ad-K5-Cre注射的EP小鼠中12/13位点出现ERG+细胞扩增，半数发展为浸润癌；而Ad-K8-Cre注射组仅2/13出现小灶且无浸润。表明基底细胞是ERG驱动前列腺癌的优选起源细胞。

图 2　Fig. 2。图2聚焦ERG激活后细胞群体变化。a-c显示基底来源移植物和Nkx3-1-CreERT2模型中均出现IM细胞（K5+K8+双阳性），而K8-CreERT2模型无。d-e显示IM细胞增殖率（Ki67+）高于管腔单阳性细胞。f-h免疫荧光证实IM细胞共表达基底和管腔标志且具管腔形态。i-k比较EPC和PC模型，显示IM细胞仅在EPC中导致浸润。

亮点 2｜罕见BasalLum细胞是真正的起始细胞

在正常小鼠和人类前列腺基底细胞中检测到TMPRSS2及其他管腔标志基因（NKX3-1、NDRG1等）的表达，定义出BasalLum亚群。利用Nkx3-1-CreERT2（标记管腔和BasalLum）与K8-CreERT2（仅管腔）小鼠模型，发现ERG激活后仅Nkx3-1-CreERT2组出现ERG+细胞快速扩增（1个月内从5%增至18%）并最终形成浸润癌，而K8-CreERT2组无扩增且仅出现增生/PIN。证明ERG致癌起始于Nkx3.1+ BasalLum细胞。

图 3　Fig. 3。图3通过EdU脉冲追踪揭示IM细胞向管腔细胞的分化。a显示EdU标记从IM细胞转移至管腔细胞。b-c展示不对称分裂图像和定量，DP-SPlum配对占80%，支持IM细胞产生管腔细胞。d-i利用类器官实验证实ERG诱导基底细胞向管腔谱系分化。

亮点 3｜IM细胞是基底向管腔转化的中间态

ERG激活后，BasalLum细胞先扩增为高增殖的IM细胞（共表达基底和管腔标志，Ki67+比例40-50%），随后分化为管腔细胞。EdU脉冲追踪显示标记从IM细胞转移至管腔细胞，且不对称分裂中DP-SPlum配对占80%，直接证明IM细胞产生管腔细胞。scRNA-seq鉴定出IM细胞簇，表达基底、管腔、hillock和club标志，具有干细胞特征和增殖活性。

图 4　Fig. 4。图4为scRNA-seq分析。a-c显示WT、PC和EPC小鼠上皮细胞UMAP，EPC中出现独特的IM细胞簇。d-f展示ERG转基因表达和IM细胞标志基因。g-h显示IM细胞富集干细胞、MYC、NF-κB等通路，且与人类ERG+前列腺癌数据重叠。

亮点 4｜IM细胞状态与人类前列腺癌预后相关

将GEMM来源的IM和Lum_Mut基因签名映射到人类前列腺癌scRNA-seq和bulk RNA-seq数据，发现ERG+患者中IM签名富集且与较短无病生存期相关，而Lum_Mut签名富集则与较长生存期相关。提示ERG易位发生的细胞环境（基底或管腔）可能影响患者预后。

图 5　Fig. 5。图5将小鼠IM和Lum_Mut签名映射到人类数据。a显示人类scRNA-seq中基底/IM和管腔签名的表达。b显示bulk RNA-seq中ERG+PTEN缺失肿瘤富集IM签名。c显示Lum_Mut签名高表达与ERG+患者较长无病生存期相关，而IM签名与较短生存期相关。

亮点 5｜ERG特异的IM染色质状态揭示STAT3依赖

scATAC-seq分析发现EPC小鼠中独特的IM细胞簇（EPC-IM）富集ETS结合基序，且STAT3和NFAT基序仅在EPC-IM中富集。通过CRISPR敲除候选转录因子并进行原位移植，发现Stat3缺失显著抑制肿瘤生长，效果与ERG缺失相当，而其他候选因子（AP-1、NF-κB、NFAT）无显著影响。表明STAT3是ERG致癌的关键协同因子。

亮点 6｜KMT2A和DOT1L是ERG驱动的表观依赖

scRNA-seq显示Kmt2a和Dot1l在IM细胞中高表达，且KMT2A表达与ERG+人类前列腺癌相关。DepMap数据显示ETS+前列腺癌细胞系对KMT2A和DOT1L具有选择性依赖。CRISPR敲除Kmt2a或Dot1l均显著抑制ERG驱动的肿瘤生长，效果与ERG缺失相当，而Men1敲除无影响。提示ERG致癌依赖KMT2A和DOT1L的组蛋白甲基转移酶活性，且可能不依赖Menin。

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： 谱系示踪、类器官移植、scRNA-seq、scATAC-seq、CRISPR筛选
• 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： 研究前列腺癌起始机制、表观遗传调控及靶向治疗的生信与实验人员。

带走一句

单细胞谱系示踪揭示致癌起始细胞状态，为发现肿瘤特异性依赖提供新范式。