Sci Adv：西北大学严健团队系统性解析结直肠癌非编码变异与表观遗传调控网络

研究团队创新性整合SNP-STARR-seq与Methyl-STARR-seq两大高通量技术，以原发性结直肠癌细胞系 HCT116、SW480，以及与 SW480 同源的转移性细胞系 SW620 为研究模型，开展了规模化的功能筛选 —— 系统评估了30,790 个非编码 SNP与超 134,000 个 CpG 位点对增强子活性的调控作用，成功绘制了结直肠癌领域迄今最全面的等位基因及甲基化依赖性增强子活性图谱，建立了从变异识别、功能验证到机制解析的完整研究范式。

在遗传变异调控层面，研究在原发性结直肠癌细胞中鉴定出 922 个可调控增强子活性的核心功能性 SNP，并构建了这些变异关联的转录因子 - 靶基因调控网络。针对 GWAS 经典结直肠癌风险位点 rs6061231 及其紧密连锁的 rs67941642，研究团队完成了深度功能解析，发现 rs67941642 的 T 等位基因可显著增强转录因子 GFI1 的结合能力，进而上调抑癌基因 TAF4 的表达，通过抑制肿瘤细胞的增殖与迁移，发挥肿瘤抑制作用；而该位点的异常调控则会导致 TAF4 表达下调，推动结直肠癌的恶性进展。

尤为关键的是，研究利用 SW480/SW620 同源配对细胞模型，首次实现了对结直肠癌转移相关遗传变异的系统性挖掘，鉴定出3136 个转移获得性 SNP与3008 个转移特异性甲基化敏感元件，首次揭示了肿瘤转移过程中增强子序列变异驱动的转录重编程新机制。

其中，转移细胞中特有的 rs1962004-A 等位基因为体细胞获得性突变，该变异可全新创造 AP-1 转录因子家族 JUN/JUND 的结合位点，进而激活癌基因 LRRC61 的表达，显著增强结直肠癌细胞的增殖、迁移能力，且该基因的高表达与患者不良预后密切相关，成为结直肠癌转移的关键驱动因子。

在表观遗传调控层面，研究结合机器学习分析方法，从海量 CpG 甲基化位点中筛选出两个结直肠癌特异性的高甲基化位点 ——cg08640619与cg25982657，二者在结直肠癌早期检测中展现出极高的诊断效能，AUC 均大于 0.96，具备极强的临床转化潜力。

机制研究表明，cg08640619 的高甲基化会直接破坏转录因子 RUNX2 的结合，导致其下游靶基因 KIRREL1 与 ETV3 的表达显著下调，进而参与结直肠癌的发生调控；且该位点的甲基化状态与靶基因表达呈显著负相关，低甲基化特征还与结直肠癌晚期患者的不良预后密切关联。

此外，研究还发现结直肠癌转移过程中存在显著的增强子表观遗传重编程，3008 个转移特异性甲基化敏感元件的异常调控，会通过影响转录因子结合、激活转移相关基因表达，推动肿瘤的转移进程，为理解结直肠癌的转移进化机制提供了全新视角。

该研究的核心意义在于，不仅首次系统绘制了结直肠癌增强子区域遗传与表观遗传变异的全景功能图谱，更揭示了肿瘤发生与转移过程中增强子调控网络的动态变化规律及关键驱动因子；所建立的整合性功能基因组学研究流程，也为解析其他恶性肿瘤的非编码变异调控机制、挖掘肿瘤异质性与转移的分子基础提供了通用的研究思路。

同时，研究鉴定出的高特异性甲基化标志物 cg08640619 与 cg25982657，为结直肠癌的早期精准诊断提供了全新工具，而 TAF4、LRRC61、RUNX2 等关键调控因子，也为结直肠癌的靶向治疗挖掘了潜在的新靶点，具有重要的临床转化价值。

西北大学严健教授为本文唯一通讯作者，陈尔飞副教授为独立第一作者。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb2473