PNAS：温医大/浙大团队合作揭示人视网膜色素上皮细胞三维表观基因组特征

视网膜色素上皮细胞（RPE）位于视网膜最外层，形成血-视网膜外屏障，发挥吞噬外节、视觉循环、分泌因子等重要功能，是维持视网膜稳态和视觉功能的关键细胞，其功能障碍可致年龄相关性黄斑变性、遗传性视网膜疾病等不可逆致盲性眼病。

RPE细胞衰老或死亡后不能再生，细胞移植已然成为上述眼病治疗的趋势。胚胎干细胞（ESC）或诱导多能干细胞（iPSC）定向分化RPE是主要的移植细胞来源，然而目前缺乏对RPE基因的三维空间结构以及表观调控复杂分子机制的系统认识。

近日，温州医科大学附属眼视光医院瞿佳/池在龙团队与浙江大学生命科学研究院阮一骏/柴皓曦团队合作，在美国科学院院刊Proc Natl Acad Sci U S A 上在线发表题为3D epigenomic landscape of the human retinal pigment epithelium的最新研究成果。

该研究在国际上首次绘制了人类原代视网膜色素上皮细胞（hRPE）和iPSC定向分化RPE（iPSC-RPE）的三维表观基因组图谱，以崭新的视角为干细胞分化RPE的制备优化及其眼病移植治疗提供科学依据。温医大刘西媛助理研究员和浙大唐冬梅博士生为该论文的共同第一作者，瞿佳、阮一骏、柴皓曦和池在龙为共同通讯作者。

为了构建RPE细胞三维表观基因组图谱，研究团队利用人源的三种细胞模型hRPE、iPSC-RPE及ARPE-19细胞系，开展了RNA-seq、ATAC-seq、CUT&Tag和ChIATAC/ChIA-PET等多组学深度测序，通过整合分析系统比较了三维表观遗传特征（图1）。

图1. 细胞制备与研究设计

研究结果表明，iPSC-RPE在转录组和染色质环（Chromatin Loop）水平上接近hRPE，组蛋白修饰呈现出从iPSC向hRPE过渡的中间态，但其染色质可及性接近iPSC，高阶染色质结构（Compartment/TAD）则与hRPE差异显著。

进一步差异表达分析表明，hRPE富集更多的细胞外基质（ECM）相关基因，而iPSC-RPE富集细胞黏附和神经发育相关基因（图2）。该结果表明干细胞分化来源RPE相比hRPE更趋于亚成熟态且ECM表达显著下调，这个发现为未来临床应用中细胞制备的优化及临床评价等提供新的线索。

图2.不同来源RPE细胞间的表观遗传特征

ChIATAC/ChIA-PET分析表明，从hRPE到iPSC-RPE，有10%的基因组发生A→B区室转换，而9%发生B→A转换。如ECM基因FBLN5从A切换至B区室，基因表达下调（图3）。

原代hRPE富集RUNX1等转录因子，激活ECM基因表达，而iPSC-RPE则富集OTX2等发育调控相关转录因子，提示其未成熟态与保留干细胞多态性（详见论文）。这也进一步表明了干细胞定向分化的优化及表观遗传特征评估的必要性。 

图3. 染色质区室转换与调控网络重编程

基于以往发表文献及该研究深度测序数据，筛选了98个RPE细胞特征基因，总体上其表达在hRPE和iPSC-RPE中基本相当，但亦有部分基因表达具有显著差异（不同的培养方案可能有所差异）。

此外，两者在染色质可及性、组蛋白修饰及启动子-增强子互作（如HSP90B1、HMCN1）等表观调控上有差异（图4）。

图4.特征基因表达与复杂表观调控机制

进一步对iPSC向iPSC-RPE定向分化中的动态变化分析发现，17%的基因组发生A→B区室转换，而13%发生B→A转换。如ECM基因COL3A1以及RPE发育分化关键基因MITF从B切换至A区室，其表达上调。

三维基因组结构分析亦表明，转录因子HAND1调控视觉循环关键限速酶DHRS3，SOX3调控维持细胞干性的NANOG等，提示RPE定向分化过程中协同重构表观基因组（图5）。

图5.三维基因组动态变化与iPSC-RPE定向分化

该研究揭示了iPSC-RPE在转录和染色质环水平上接近hRPE，但其染色质可及性与高阶结构仍有差异，呈现表观遗传调控的亚成熟态，而ECM的表达异常可能导致细胞定植或组织整合能力不足，这也解释了支架方案的辅助必要性。不同的细胞制备方法间可能有差异，本研究数据仅供参考。

综上，该研究首次绘制了人类原代及干细胞定向分化RPE细胞的三维基因组图谱，揭示其表观遗传特征，为移植用RPE细胞制备及临床评估等提供理论依据。

Liu X, Tang D, Zhang J, Li T, Huang J, Qu J, Ruan Y, Chai H, Chi ZL. 3D epigenomic landscape of the human retinal pigment epithelium. Proc Natl Acad Sci U S A. 2026 Aug 11; 123(32): e2526200123. doi: 10.1073/pnas.2526200123.