摘要：研究確定了在成熟細胞類型中抑制交替譜系的候選保護性抑制轉錄因子。

德國癌癥研究中心（German Cancer Research Center，DKFZ）和 DKFZ-ZMBH 聯盟的研究人員在《Nature Genetics》期刊上發表了題為 “Active repression of cell fate plasticity by PROX1 safeguards hepatocyte identity and prevents liver tumorigenesis” 的論文。這篇論文在細胞命運調控和癌癥研究領域具有重要意義，為深入理解肝臟細胞的命運維持機制以及肝癌的發病機理提供了關鍵線索，有望為肝癌的預防和治療開辟新的方向。

研究背景

細胞命運可塑性在生物體的發育過程中起著至關重要的作用，它使得干細胞能夠通過分化形成各種成熟的細胞類型。然而，不受控制的細胞可塑性，比如分化受阻、去分化或轉分化等，卻與疾病的發生發展緊密相關，也是癌癥的一個顯著特征。在細胞命運的調控過程中，轉錄因子（Transcription factors，TFs）扮演著重要角色。雖然單個譜系特異性的主調節轉錄因子能夠激活特定的基因網絡，誘導細胞向特定類型分化，但轉錄抑制因子在維持細胞命運方面的作用尚未完全明晰。此前研究發現神經元特異性的轉錄因子髓磷脂轉錄因子 1 樣（Myelin transcription factor 1 like，MYT1L）可以通過結合并抑制許多非神經元基因，來促進神經元的身份維持，這提示可能存在更多類似的 “保護抑制因子” 在維持細胞命運中發揮關鍵作用。因此，探究細胞類型特異性的抑制因子是否能積極抑制細胞命運可塑性，以及它們在預防疾病，尤其是癌癥方面的作用機制，成為了該研究的重要出發點。

研究方法

計算篩選：研究人員定義了三個特征來識別保護抑制因子：細胞類型特異性和終身表達、結合并抑制替代命運基因、促進和維持細胞身份。他們聚焦于 18 種跨越所有胚層的細胞類型，利用 Tabula Muris 數據定義細胞類型特異性基因特征和 1296 個檢測到的轉錄因子的表達特異性。通過整合細胞類型特異性表達和 DNA 結合基序在特征基因上的缺失情況，計算出保護抑制因子得分，從而篩選出候選的保護抑制因子。

實驗驗證：在細胞和小鼠模型中進行一系列實驗。利用重組病毒生產技術，構建含有特定轉基因的慢病毒和腺相關病毒 8（Adeno - associated virus 8，AAV8），用于細胞轉導和體內基因操作。通過將小鼠胚胎成纖維細胞（Mouse embryonic fibroblasts，MEFs）重編程為肝細胞、神經元和肌細胞等實驗，驗證候選因子對細胞命運的影響。在小鼠體內，采用水動力尾靜脈注射（Hydrodynamic tail - vein injection，HDTVI）技術構建肝癌小鼠模型，研究保護抑制因子在肝癌發生發展過程中的作用。同時，運用免疫沉淀結合質譜分析、染色質可及性分析（如 ATAC - seq）、RNA 測序（RNA - seq）等技術，深入探究相關分子機制。

圖2 保護抑制劑篩選

研究結果

篩選保護抑制因子候選者：通過計算分析，研究人員從 1296 個轉錄因子中篩選出 59 個候選保護抑制因子，其中 27 個滿足終身保護抑制因子的標準，14 個被報道能促進預測的細胞命運。在肝細胞候選者中，PROX1（prospero homeobox protein 1）表現出肝細胞特異性表達，并結合許多非肝細胞基因，成為首要的肝細胞保護抑制因子候選者。

PROX1 與肝癌的關系：患者數據顯示，肝細胞候選基因（PROX1、KLF15、ONECUT2 和 ZNF771）的高表達與肝細胞癌（Hepatocellular carcinoma，HCC）患者更好的預后相關，其中 PROX1 在肝癌組織中的表達低于正常組織。在 Hep3B 細胞系和小鼠肝癌模型中，過表達 PROX1 會抑制細胞增殖，減少腫瘤結節數量，延長小鼠生存期；相反，敲低 PROX1 則會促進細胞增殖，加速腫瘤形成。這表明 PROX1 在肝癌中具有腫瘤抑制作用。

PROX1 對肝臟再生和重編程的作用：利用單細胞 RNA 測序分析發現，在肝臟損傷后的再生過程中，Prox1 表達和肝細胞身份會顯著下降。在條件性 Prox1 基因敲除小鼠中，肝臟損傷后肝細胞再生效率降低，血清中肝臟損傷標志物堿性磷酸酶（Alkaline phosphatase，ALP）水平升高，說明 PROX1 是肝臟損傷后肝細胞有效再生所必需的。在 MEFs 重編程為肝細胞的實驗中，過表達 Prox1 能提高肝細胞身份，增加成功重編程的肝細胞數量；敲低 Prox1 則會損害肝臟重編程，表明 PROX1 對肝細胞命運誘導至關重要。

PROX1 抑制替代命運：過表達 PROX1 幾乎完全抑制神經元和肌細胞的重編程，同時促進肝細胞命運。在肝細胞重編程過程中，PROX1 通過與核心抑制因子相互作用，主要是與核小體重塑和去乙酰化（Nucleosome remodeling and deacetylase，NuRD）復合物的 11 個成員相互作用，關閉染色質，抑制非肝細胞命運基因的表達，從而促進肝細胞身份的維持。

PROX1 調控肝癌可塑性：PROX1 在 HCC 中的表達比膽管癌（Cholangiocarcinoma，CCA）高 1.4 倍，且 HCC 患者中高表達 PROX1 的生存期更好。在小鼠肝癌模型中，敲低 Prox1 會使腫瘤從 HCC 向 CCA 轉變，而過表達 Prox1 則誘導 CCA 向 HCC 轉變。這表明 PROX1 可以調節肝癌的可塑性，維持肝細胞身份，防止肝臟疾病的發生。

研究結論與討論

這項研究表明，PROX1 作為一種肝細胞特異性的保護抑制因子，通過抑制非肝細胞基因，積極抑制細胞命運可塑性，從而維持肝細胞身份并預防肝癌發生。在發育過程中，細胞命運可塑性逐漸受到限制，而 PROX1 的持續表達和功能發揮對于肝細胞命運的維持至關重要。從機制上講，PROX1 通過與 NuRD 復合物相互作用，關閉染色質，抑制替代命運的主調節因子，如 Prrx1 和 Pparg 等，進而促進肝細胞命運。

在肝癌研究方面，該研究成果具有多方面的重要意義。一方面，發現 PROX1 在肝癌中的腫瘤抑制作用，且其過表達能顯著延長小鼠生存期，這為肝癌的治療提供了新的潛在靶點。與目前肝癌治療中使用的激酶抑制劑索拉非尼相比，Prox1 過表達對小鼠生存期的延長效果更為顯著，這為開發更有效的肝癌治療策略提供了新的思路。另一方面，PROX1 對肝癌可塑性的調控作用，即能夠調節肝細胞向 HCC 或 CCA 的轉化，有助于深入理解肝癌的發病機制，為肝癌的早期診斷和精準治療提供了理論基礎。

此外，該研究還提出了一種關于保護抑制因子的模型，這類因子通過調節不適當可及的基因，維持細胞命運。研究人員通過對 18 種細胞類型的分析，鑒定出多個候選保護抑制因子，這為進一步研究細胞命運調控機制提供了方向。未來，深入探究這些保護抑制因子在其他細胞類型中的作用，以及它們與疾病發生發展的關系，有望為再生醫學和癌癥治療帶來更多突破。同時，研究 PROX1 等轉錄因子如何在不同細胞環境中依賴輔助因子發揮作用，也將加深對細胞命運調控復雜性的理解，推動生命科學領域的發展。

[1] Active repression of cell fate plasticity by PROX1 safeguards hepatocyte identity and prevents liver tumorigenesis