作者，Evil Genius
今天我们首先分享一个思路，就是怎么分析不同条件下的空间重塑。
首先提出问题
与许多其他组织一样，乳腺组织会随年龄增长不断积累体细胞突变。这些基因变化解释了为何乳腺癌的发病率在晚年升高。值得注意的是，年轻患者（40岁以下）中发生的肿瘤与晚年发生的肿瘤有所不同，但局部组织微环境在肿瘤早期发展中的作用仍不清楚。例如，肿瘤发生的空间背景可能在限制、塑造或促进肿瘤形成方面发挥重要作用。然而，无论是这种局部空间背景的特征，还是其随年龄变化的演变方式，目前都尚未被充分理解。对衰老乳腺组织更清晰的认识，可能会为肿瘤的早期发展提供线索，并提示预防或降低风险的方法。
问题提出以后，针对课题收集数据，当然我们这里是空间转录组数据
旨在探索乳腺组织中的细胞及其相互关系如何随年龄变化，以及整个器官结构如何改变。通过空间转录组数据得以将细胞分类为上皮型或组织微环境型，并确定其活化状态及多细胞结构。
分析发现，老年女性（≥50岁）的乳腺组织比年轻女性（<50岁）的组织含有更少的细胞，并且在这些细胞中，增殖的细胞也更少。这一观察结果几乎适用于我们识别的所有细胞类型（包括上皮细胞------即可能发生癌变的细胞）。
通过追踪乳腺细胞组成随年龄的变化，发现年轻女性的组织中B细胞相对更丰富，而年长组织中则含有更高比例的炎症细胞，如M2型巨噬细胞。还发现，年长组织经历了结构重塑：组织微环境细胞（包括免疫细胞）位于离上皮细胞更远的位置，并且组织中含有更少的乳腺小叶（产乳腺体）以及更多的脂肪。一项无偏倚的分析（统计了整个年龄范围内组织特征差异的数量）表明，这些变化并非随年龄稳步成比例地发生，而是主要发生在绝经期前后。
第三步：依据数据分析推断其中的生物学意义
微环境对细胞的约束作用会随着年龄增长而减弱。
今天分享的文献
知识积累
炎症是癌症的主要风险因素，无论是源于自身免疫性疾病、长期感染还是环境暴露，且风险通常随疾病的持续时间和严重程度而增加。
炎症可能导致持久的表观遗传改变，从而降低肿瘤发生的阈值。
表观基因组作为癌症的因果驱动因素的作用已变得明确。当细胞应对环境挑战时，表观基因组受到动态调控，使DNA的新区域变得可接近和活跃，将转录因子（TF）蛋白引导至这些位点，并激活新基因和细胞功能的表达。在再生和免疫过程中，表观基因组的改变在反复暴露后可以持续存在并累积，从而增强对后续刺激的反应。尽管这种表观遗传"记忆"主要被描述为适应性的，但有证据表明它也可能带来适应不良的后果，并增加未来的疾病风险。
结果1、干细胞保留结肠炎的记忆
炎症记忆的存在：在小鼠慢性结肠炎模型中，即使组织在形态和功能上已恢复（超过100天），结肠干细胞的表观基因组仍与健康对照显著不同。这种记忆在分化细胞中减弱或消失。
核心分子特征：记忆表现为AP-1转录因子结合基序的染色质可及性累积性增加，同时ETS家族基序可及性也增加，而CTCF位点可及性下降。
细胞异质性：约10%的干细胞在结肠炎恢复后表现出极高的AP-1基序可及性，且存在FOS蛋白水平升高的细胞亚群。
记忆的动态维持：虽然FOS蛋白水平在炎症消退后迅速下降，但AP-1位点的染色质可及性下降缓慢，在恢复102天后仍可检测到，表明记忆是独立于TF蛋白水平而长期维持的表观遗传改变。
结果2、表观遗传状态是克隆性遗传的
记忆是细胞内在的：将从结肠炎小鼠分离的干细胞在体外培养成类器官后，即使脱离了体内的炎症微环境，这些类器官仍然表现出更强的增殖能力和再生形态，证明记忆是干细胞固有的。
记忆具有克隆遗传性：利用新开发的SHARE-TRACE技术（可同时检测单细胞的克隆谱系、基因表达和染色质可及性），发现AP-1基序的可及性状态能在克隆（源自同一祖先的细胞群）内稳定遗传。而ETS、CTCF等因子的记忆则可能依赖外部信号。
AP-1驱动的再生程序：AP-1的激活与一个与伤口愈合、细胞骨架重塑、干细胞增殖相关的基因程序（P20）高度相关。在结肠炎类器官中抑制AP-1活性，会优先阻断其增殖能力。
记忆的长期维持机制：
短期功能依赖：AP-1的活性对于维持记忆表型（如过度增殖）是必需的。但长时间抑制AP-1并不能永久擦除记忆，停药后异常表型会恢复。
长期稳定储存：记忆最终由染色质可及性和DNA甲基化的持久改变来编码。结肠炎导致的AP-1位点DNA去甲基化，在AP-1被抑制后仍无法恢复。
潜在生物学意义：这种可遗传的表观状态可能赋予携带记忆的干细胞克隆适应性优势，使其在组织内形成一片具有"癌前状态"的表观遗传场，从而影响未来的疾病发生。
结果3、FOX因子稳定AP-1结合
发现关键复合motif：利用seq2PRINT技术，在结肠炎进展过程中鉴定出一个AP-1/FOX复合基序，其可及性随炎症记忆而增加，并能通过置换核小体来增强DNA可及性。
FOX依赖AP-1结合：抑制AP-1活性后，FOX在DNA上的结合足迹也随之丢失，且两者丢失程度高度相关，表明FOX在这些位点的结合依赖于AP-1。这一现象在人类炎症性肠病（IBD） 患者来源的类器官中也得到验证。
生化验证协同作用：体外结合实验证实，FOXA1和FOXP1均可增强AP-1与DNA的结合。其中FOXP1的作用尤为显著，它不仅增强复合基序的结合，还能通过蛋白-蛋白相互作用增强AP-1单独基序的结合。
FOXP1的特殊机制：FOXP1能显著增强JUN（无需FOS） 与DNA的结合，为表观遗传记忆中组织特异性因子与AP-1家族特定成员（如JUN）协同作用的机制提供了生化基础。
生物学意义：FOX因子已知在肠道伤口愈合和结直肠癌（CRC）中发挥作用，本研究揭示其核心功能之一是稳定AP-1在结肠炎记忆相关区域的结合，从而连接了炎症记忆与疾病进程。
结果4、结肠炎的记忆促进肿瘤生长
记忆促进肿瘤生长：在结肠炎恢复后的小鼠中诱导APC基因缺失（模拟结直肠癌的常见起始事件），其形成的腺瘤（早期肿瘤）比对照组体积更大。这种促进作用并非源于肿瘤数量增多，而是源于单个微观肿瘤在早期生长更快。
肿瘤异质性重现：与干细胞中AP-1记忆的异质性一致，结肠炎背景下的肿瘤中也存在一个高表达AP-1相关基因的亚群（8.8%），该亚群还额外激活了促癌程序（如PDGF信号、增殖、血管生成）。
AP-1是关键驱动者：在肿瘤起始阶段抑制AP-1活性，可使结肠炎恢复小鼠的肿瘤体积中位数缩小近40%，但对对照组无影响，证明AP-1活性是介导这种促癌效应的核心。
机制模型：慢性炎症在结肠干细胞中编码了一种以"修复"为特征的表观遗传记忆（AP-1及组织特异性TF结合位点的可及性累积增加）。当这些携带记忆的干细胞获得致癌突变后，记忆会通过持续激活促增殖基因程序，加速恶性进展，从而解释了慢性炎症为何会增加癌症风险。
最后来看看方法
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