血漿ChIP-seq的cfDNA組蛋白修飾分析揭示晚期前列腺癌表型異質性_abio生物試劑品牌網
近日，美國國家癌癥研究所David Y. Takeda和加拿大哥倫比亞大學Alexander W. Wyatt、Cameron Herberts團隊合作，利用血漿游離細胞DNA（cell–free DNA，cfDNA）的染色質免疫沉淀測序（cfChIP-seq）技術研究了晚期轉移性前列腺癌的表型和臨床異質性。研究團隊通過分析cfDNA中的組蛋白修飾，揭示了前列腺癌在不同轉移模式和臨床表現中的染色質特征，并探討了其作為生物標志物和生物發現工具的潛力。相關研究成果以《Plasma Cell–Free DNA Chromatin ImmunopreciPItation Profiling Depicts Phenotypic and Clinical Heterogeneity in Advanced Prostate Cancer》為題發表于《Cancer Research》期刊。
標題：Plasma Cell–Free DNA Chromatin Immunoprecipitation Profiling Depicts Phenotypic and Clinical Heterogeneity in Advanced Prostate Cancer（血漿cfDNA 染色質免疫沉淀分析描述了轉移性前列腺癌的表型和臨床異質性）
發表時間：2025年2月15日
發表期刊：Cancer Research（癌癥研究）
影響因子：IF16.6/Q1
技術平臺：cfChIP-seq
doi: 10.1158/0008-5472.CAN-24-2052
前列腺癌（prostate cancer，PCa）的細胞表型是臨床表現和治療抵抗的基礎，受表觀基因組特征調控。然而前列腺癌傾向于向骨骼轉移，進而抑制獲取轉移組織通路，因此此前大多對前列腺癌染色質生物學理解均來自無法完全代表疾病復雜性的臨床前模型。對人血漿cfDNA組蛋白修飾的非侵入性染色質免疫沉淀或許能夠捕獲不同的前列腺癌表型。本研究分析了具有不同轉移模式和多樣的臨床表現的轉移性前列腺癌cfDNA中激活型啟動子和增強子相關H3K4me2。分析結果揭示了前列腺癌基因、開放染色質以及譜系定義轉錄因子結合位點上的H3K4me2密度與循環腫瘤DNA（circulating tumor DNA, ctDNA）比例高度相關，這表明捕獲了前列腺癌特異性生物學特征，并為調整ctDNA比例（ctDNA fraction，ctDNA%）的統計框架提供了信息。染色質特征與同步檢測的臨床基因組學特征相呼應：以骨骼為主與以肝臟為主的疾病、血清前列腺特異性抗原（PSA）、活檢確認的組織病理學亞型以及RB1基因缺失共同表明表型沿雄激素受體活性差異和神經內分泌身份軸的分離。在部分患者中，在系統治療的連續進展后檢測到譜系轉換，表明其可用于個體化的耐藥監測。在兩名患者的bulk cfDNA中發現了轉移誘導的正常組織破壞的表觀基因組足跡（Epigenomic footprints）。研究最后利用一種尚未在前列腺癌中廣泛研究的特異性染色質標記，生成了一個公共表觀基因組資源。這些結果為侵襲性前列腺癌的適應性分子譜提供了見解，并支持將血漿cfDNA染色質分析作為生物標志物來源和生物學發現工具。
易小結
先前已有研究開發了一種基于cfDNA片段組學的分析方法，用于推斷組蛋白修飾水平（詳見→PNAS：cfChIP-seq揭示cfDNA片段化模式與組蛋白修飾的相關性 助力液體活檢新突破）。
本研究提供了一種非侵入性的方法來分析轉移性前列腺癌的表觀遺傳特征，能夠揭示不同轉移模式和臨床表現之間的生物學差異。這種方法不僅能夠為前列腺癌的生物標志物發現提供新的工具，還可能幫助臨床醫生更好地理解前列腺癌的異質性，從而優化治療策略。此外，cfChIP-seq技術的應用不僅限于前列腺癌，還可能擴展到其他類型的癌癥研究中，為癌癥的早期診斷和個性化治療提供支持。
研究方法
研究團隊通過對46名個體的71份血漿樣本和7份白細胞樣本進行cfChIP-seq分析，結合影像學、臨床和基因組學數據，系統地研究了轉移性前列腺癌的表觀遺傳特征。
樣本收集與處理：34名轉移性前列腺癌（metastatic prostate cancer, mPCa）患者、5名轉移性膀胱癌患者和7名健康對照者。在治療前和治療過程中收集血漿樣本和白細胞樣本，分別提取白細胞DNA（WBC DNA）和cfDNA。
目標捕獲和測序：進行目標區域捕獲，覆蓋77個前列腺癌相關基因的編碼區域。使用Illumina平臺進行測序，分析cfDNA的基因組特征。
cfChIP-seq實驗：使用H3K4me2抗體進行cfChIP-seq實驗，以捕獲激活的啟動子和增強子相關信號。
結果圖形
（1）晚期轉移性前列腺癌的cfDNA基因組和組蛋白修飾分析
研究團隊分析了71份血漿樣本和7份白細胞樣本，涵蓋了34名轉移性前列腺癌患者、5名轉移性膀胱癌患者和7名健康對照者。通過cfChIP-seq技術，研究團隊檢測了cfDNA中與激活的啟動子和增強子相關的H3K4me2組蛋白修飾。cfChIP-seq分析結果表明，前列腺癌基因（如HOXB13、FOXA1、KLK3和FOLH1）在ctDNA陽性樣本中的H3K4me2密度顯著高于ctDNA陰性樣本，而血液特異性基因（如CST7）則相反。研究還發現，ctDNA%與H3K4me2密度在前列腺癌基因中的相關性較強，表明cfChIP-seq能夠捕獲前列腺癌特異性的生物學特征。
圖 1：晚期前列腺癌患者的血漿 cfChIP-seq 及其全面的臨床基因組學注釋。
(A) 研究隊列特征（左側）和多組學測序策略（右側）。
(B) 前列腺癌的ctDNA基因型以及部分與時間匹配的臨床特征和既往治療暴露情況。
(C) 每個樣本（按行）的AR基因和增強子的分段拷貝數分析。對配體結合域（LBD）突變、結構變異以及基因和增強子的拷貝數狀態進行注釋。
(D) 通過多模式血漿cfChIP-seq檢測到的AR鄰域組蛋白修飾密度。與膀胱癌患者樣本和ctDNA陰性對照樣本相比，代表性的轉移性去勢抵抗性前列腺癌（mCRPC）患者和LNCaP（前列腺癌細胞系）樣本富含激活標記物。
(E) 所有蛋白編碼基因體的cfChIP-seq片段數匯總，涵蓋了所有mCRPC cfDNA樣本（n=58）和分析的組蛋白后翻譯修飾標記。
(F) 在ctDNA陰性樣本中，全血RNA表達與TSS組蛋白標記計數（TSS周圍±500bp區域內）呈相關性。
（2）cfDNA組蛋白修飾提示前列腺癌特異性生物學特征
研究團隊進一步探討了cfChIP-seq是否能夠區分前列腺癌與其他癌癥類型的生物學差異。通過分析18種不同癌癥類型的開放染色質區域，研究團隊發現ctDNA陽性前列腺癌樣本在前列腺癌特異性開放染色質區域的H3K4me2強度顯著高于其他癌癥類型。這一結果表明，cfChIP-seq能夠揭示前列腺癌的特異性表觀遺傳特征，即使在存在多種癌癥類型信號的情況下，也能準確識別前列腺癌信號。
圖 2：構成bulk cfDNA的癌細胞和正常細胞的表觀基因組足跡。
(A) 在cfDNA和白細胞（WBC）DNA樣本中，4個譜系特異性基因區域的H3K4me2片段數。樣本（按行排列）根據局部ctDNA%進行排序。
(B-G) H3K4me2片段數與部分ctDNA%的個體線性模型示例（每個點代表一個cfDNA樣本）。相鄰的圖匯總了這些按因子劃分的線性模型統計數據，17487個轉錄起始位點（TSS）(C)、8071個genebodys（每個點代表一個基因）(E)以及458個轉錄因子（TF）的已發表結合位點（每個點代表一個TF）(G)；C、E、G中的x軸值表示從每個按因子劃分的線性模型擬合中推斷出的純ctDNA和純正常cfDNA片段數的對數比率。 (B) 在CST7 TSS ±2kb區域內H3K4me2片段數。(D) HOXB13 genebody的H3K4me2片段數。(F) 在FOXA1 TF結合位點±2kb區域內（n=37386）的平均H3K4me2片段數。在C和E中，使用顏色表示按mCRPC與全血表達比值排名的前20%和后20%的基因。G中不同的已發表TF ChIP-seq實驗用顏色區分。
(H) 樣本ctDNA%與全基因組共有peaks的H3K4me2片段數的第一和第二主成分強相關。
(I) 在特定于不同癌癥的18組開放染色質區域中，平均空間H3K4me2富集分布，在mPCa患者和膀胱癌患者中可視化。在mPCa樣本中，最顯著富集出現在前列腺癌軌跡中，而在膀胱癌樣本中，主要富集出現在膀胱癌軌跡中。
(J) 與任何其他癌癥類型相比，前列腺癌和膀胱癌cfDNA在前列腺和膀胱特異性開放染色質中具有更高的H3K4me2片段數。
(K) 特定18種癌癥譜系的開放染色質區域中空間H3K4me2密度，結腸癌和前列腺癌中表現出顯著信號。
(L) CT成像顯示局部復發前列腺癌直接侵犯鄰近的直腸腔。
（3）血漿cfChIP-seq揭示臨床亞組之間的生物學差異
研究團隊利用cfChIP-seq技術分析了不同臨床亞組之間的生物學差異，包括不同轉移模式（如骨轉移與肝轉移）、血清PSA水平、組織學亞型和RB1基因缺失等。結果顯示，具有高肝臟病變負荷的患者表現出與神經內分泌前列腺癌（NEPC）相關的轉錄因子（如EZH2、NANOG和POU5F1）的顯著富集，而具有高骨轉移負荷的患者則表現出與雄激素依賴相關的轉錄因子（如KLK3、AR和FOXA1）的富集。這些發現表明，cfChIP-seq技術能夠揭示不同臨床亞組之間的生物學差異，為前列腺癌的個性化治療提供了潛在的生物標志物。
圖 3. 按臨床特征分層的轉移性前列腺癌的表觀基因組相關性。
(A) AR（n=3223）和NANOG（n=11611）轉錄因子（TF）結合位點的平均H3K4me2片段數與平均局部ctDNA%比較分析。
(B) 比較cfDNA樣本中片段數的火山圖，這些樣本來自同時具有高負荷和低負荷肝臟（左側）或骨骼（右側）轉移的患者，重點關注458個TF的結合位點（每點代表一個TF，B和D顯著異常值已突出顯示）。
(C) 在6個分類比較中展示8個差異富集程度最高的TF的對數比率和F檢驗p值前5和后5的TF。左側顯示每個臨床基因組學類別中的樣本數量以及類別之間的重疊情況（僅包括ctDNA比例>10%的樣本）。
(D) KLK3轉錄起始位點（TSS）的H3K4me2片段數、局部ctDNA%以及時間匹配的血清PSA水平之間存在強相關性。
(E) 膀胱癌和前列腺癌genebody的H3K4me2片段數。火山圖中的數據點根據前列腺癌和膀胱癌之間基因表達比值的前20%和后20%進行顏色編碼。
(F) 按臨床亞組和樣本ctDNA%分層的mPCa患者中，NEPC（神經內分泌前列腺癌）和AR（雄激素受體）相關motif的富集情況。
(G) AR特異性和NEPC特異性TF motif富集與PSA水平呈現出負相關性。
(H) 在ctDNA陽性mPCa中，AR和NEPC-TF motif富集之間存在負相關。
(I) 在前列腺腺癌患者中，開放的前列腺癌染色質區域內的平均H3K4me2信號高于NEPC。
A-I部分僅展示每名患者中ctDNA%最高的樣本。
圖 4：通過時序血漿 cfChIP-seq 推斷的時間譜系變異性。
(A) 左側：P20患者的治療史、PSA時間線及影像學檢查結果。P20是一位76歲的男性，患有對治療無效的mCRPC（轉移性去勢抵抗性前列腺癌），在首次采集血漿cfDNA時存在骨骼和淋巴結疾病，但無內臟轉移。在初始血漿cfDNA采集后的約12-16個月，經過對多西他賽和镥-PSMA放射性配體治療產生深度生化反應后，他出現嚴重疾病進展，表現為肝臟實質幾乎完全被轉移性疾病浸潤。隨后采集第二份血漿cfDNA樣本，且在采樣期間進行的肝臟活檢證實出現治療誘導的小細胞癌（伴有腺癌），免疫組化染色顯示經典的神經內分泌標記物嗜鉻粒蛋白和突觸素呈陽性，血清PSA水平較低（右側小提琴圖）。盡管接受了鉑類藥物雙聯化療，但由于多器官功能衰竭，包括惡性梗阻性尿路疾病，他不久后去世。這與預后指標LDH和ALP的異常升高（內嵌小提琴圖；點表示患者P20在首次ctDNA采集時相對于整個隊列分布的臨床標志物值）以及多個不同非前列腺組織譜系中顯著H3K4me2開放染色質富集相一致。連續血漿cfChIP-seq比較分析顯示，與NEPC（神經內分泌前列腺癌）轉分化相關的多個轉錄因子motif出現富集，尤其在ASCL1中最為顯著，但NeuroD1信號也有所增加，這與暴發性肝轉移的發展相吻合。相比之下，在考慮樣本間ctDNA%差異后，cfDNA采集時間點之間在拷貝數結構上并無明顯差異。
(B) 左側：P14患者治療史、影像學檢查及組織病理學結果。多西他賽前的CT影像顯示廣泛的轉移性疾病，包括肺部（紅色箭頭）和盆腔（粉色）病灶。臨床惡化與多發新腦轉移（藍色）的出現同時發生。轉移性肩胛骨活檢的H&E染色顯示低分化惡性腫瘤，伴有廣泛腫瘤壞死，與55個月前取樣的原發性前列腺腺癌活檢無相似之處。右上角：比較多西他賽前和治療中cfDNA樣本的H3K4me2 cfChIP-seq和全基因組拷貝數圖。雷達圖顯示TF motif富集的-log(p)值。折線圖顯示特定于不同癌癥類型的開放染色質區域中H3K4me2的空間分布。右下角：P14的兩個cfDNA樣本的全基因組拷貝數圖譜。VAF散點圖比較第二份cfDNA樣本與黑色素瘤原位活檢和第一份cfDNA樣本。在三個樣本中檢出的所有突變均已顯示。
縮寫：ADT，雄激素剝奪治療；NTD，（AR）N端結構域；PSA，前列腺特異性抗原；CT，計算機斷層掃描；H&E，蘇木精-伊紅；lpWGS，低深度全基因組測序。
討論和啟示
本研究通過cfChIP-seq技術揭示了晚期前列腺癌的表觀遺傳特征，并展示了其在不同臨床亞組之間的差異。研究結果表明，cfChIP-seq技術能夠捕獲前列腺癌特異性的生物學特征，并可能用于監測治療反應和疾病進展。此外，cfChIP-seq技術還能夠揭示其他潛在的病理信息，如并發的非前列腺癌惡性腫瘤。研究也存在一些局限性，例如樣本量較小，且主要關注高ctDNA%的樣本，可能限制對低ctDNA%樣本的分析能力。未來研究需要進一步驗證cfChIP-seq技術在更大樣本量和更多癌癥類型中的應用潛力。
本研究證明了cfChIP-seq技術作為一種非侵入性工具在晚期前列腺癌研究中的潛力。通過分析cfDNA中的組蛋白修飾，研究團隊能夠揭示前列腺癌的表型和臨床異質性，并為生物標志物發現和個性化治療提供了新的視角。cfChIP-seq技術的應用不僅限于前列腺癌，還可能擴展到其他類型的癌癥研究中，為癌癥的早期診斷和治療監測提供支持。
參考文獻：
Joonatan Sipola, et al; Plasma Cell–Free DNA Chromatin Immunoprecipitation Profiling Depicts Phenotypic and Clinical Heterogeneity in Advanced Prostate Cancer. Cancer Res 15 February 2025; 85 (4): 791–807. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-24-2052
標題：Plasma Cell–Free DNA Chromatin Immunoprecipitation Profiling Depicts Phenotypic and Clinical Heterogeneity in Advanced Prostate Cancer（血漿cfDNA 染色質免疫沉淀分析描述了轉移性前列腺癌的表型和臨床異質性）
發表時間：2025年2月15日
發表期刊：Cancer Research（癌癥研究）
影響因子：IF16.6/Q1
技術平臺：cfChIP-seq
doi: 10.1158/0008-5472.CAN-24-2052
前列腺癌（prostate cancer，PCa）的細胞表型是臨床表現和治療抵抗的基礎，受表觀基因組特征調控。然而前列腺癌傾向于向骨骼轉移，進而抑制獲取轉移組織通路，因此此前大多對前列腺癌染色質生物學理解均來自無法完全代表疾病復雜性的臨床前模型。對人血漿cfDNA組蛋白修飾的非侵入性染色質免疫沉淀或許能夠捕獲不同的前列腺癌表型。本研究分析了具有不同轉移模式和多樣的臨床表現的轉移性前列腺癌cfDNA中激活型啟動子和增強子相關H3K4me2。分析結果揭示了前列腺癌基因、開放染色質以及譜系定義轉錄因子結合位點上的H3K4me2密度與循環腫瘤DNA（circulating tumor DNA, ctDNA）比例高度相關，這表明捕獲了前列腺癌特異性生物學特征，并為調整ctDNA比例（ctDNA fraction，ctDNA%）的統計框架提供了信息。染色質特征與同步檢測的臨床基因組學特征相呼應：以骨骼為主與以肝臟為主的疾病、血清前列腺特異性抗原（PSA）、活檢確認的組織病理學亞型以及RB1基因缺失共同表明表型沿雄激素受體活性差異和神經內分泌身份軸的分離。在部分患者中，在系統治療的連續進展后檢測到譜系轉換，表明其可用于個體化的耐藥監測。在兩名患者的bulk cfDNA中發現了轉移誘導的正常組織破壞的表觀基因組足跡（Epigenomic footprints）。研究最后利用一種尚未在前列腺癌中廣泛研究的特異性染色質標記，生成了一個公共表觀基因組資源。這些結果為侵襲性前列腺癌的適應性分子譜提供了見解，并支持將血漿cfDNA染色質分析作為生物標志物來源和生物學發現工具。
易小結
先前已有研究開發了一種基于cfDNA片段組學的分析方法，用于推斷組蛋白修飾水平（詳見→PNAS：cfChIP-seq揭示cfDNA片段化模式與組蛋白修飾的相關性 助力液體活檢新突破）。
本研究提供了一種非侵入性的方法來分析轉移性前列腺癌的表觀遺傳特征，能夠揭示不同轉移模式和臨床表現之間的生物學差異。這種方法不僅能夠為前列腺癌的生物標志物發現提供新的工具，還可能幫助臨床醫生更好地理解前列腺癌的異質性，從而優化治療策略。此外，cfChIP-seq技術的應用不僅限于前列腺癌，還可能擴展到其他類型的癌癥研究中，為癌癥的早期診斷和個性化治療提供支持。
研究方法
研究團隊通過對46名個體的71份血漿樣本和7份白細胞樣本進行cfChIP-seq分析，結合影像學、臨床和基因組學數據，系統地研究了轉移性前列腺癌的表觀遺傳特征。
樣本收集與處理：34名轉移性前列腺癌（metastatic prostate cancer, mPCa）患者、5名轉移性膀胱癌患者和7名健康對照者。在治療前和治療過程中收集血漿樣本和白細胞樣本，分別提取白細胞DNA（WBC DNA）和cfDNA。
目標捕獲和測序：進行目標區域捕獲，覆蓋77個前列腺癌相關基因的編碼區域。使用Illumina平臺進行測序，分析cfDNA的基因組特征。
cfChIP-seq實驗：使用H3K4me2抗體進行cfChIP-seq實驗，以捕獲激活的啟動子和增強子相關信號。
結果圖形
（1）晚期轉移性前列腺癌的cfDNA基因組和組蛋白修飾分析
研究團隊分析了71份血漿樣本和7份白細胞樣本，涵蓋了34名轉移性前列腺癌患者、5名轉移性膀胱癌患者和7名健康對照者。通過cfChIP-seq技術，研究團隊檢測了cfDNA中與激活的啟動子和增強子相關的H3K4me2組蛋白修飾。cfChIP-seq分析結果表明，前列腺癌基因（如HOXB13、FOXA1、KLK3和FOLH1）在ctDNA陽性樣本中的H3K4me2密度顯著高于ctDNA陰性樣本，而血液特異性基因（如CST7）則相反。研究還發現，ctDNA%與H3K4me2密度在前列腺癌基因中的相關性較強，表明cfChIP-seq能夠捕獲前列腺癌特異性的生物學特征。
圖 1：晚期前列腺癌患者的血漿 cfChIP-seq 及其全面的臨床基因組學注釋。
(A) 研究隊列特征（左側）和多組學測序策略（右側）。
(B) 前列腺癌的ctDNA基因型以及部分與時間匹配的臨床特征和既往治療暴露情況。
(C) 每個樣本（按行）的AR基因和增強子的分段拷貝數分析。對配體結合域（LBD）突變、結構變異以及基因和增強子的拷貝數狀態進行注釋。
(D) 通過多模式血漿cfChIP-seq檢測到的AR鄰域組蛋白修飾密度。與膀胱癌患者樣本和ctDNA陰性對照樣本相比，代表性的轉移性去勢抵抗性前列腺癌（mCRPC）患者和LNCaP（前列腺癌細胞系）樣本富含激活標記物。
(E) 所有蛋白編碼基因體的cfChIP-seq片段數匯總，涵蓋了所有mCRPC cfDNA樣本（n=58）和分析的組蛋白后翻譯修飾標記。
(F) 在ctDNA陰性樣本中，全血RNA表達與TSS組蛋白標記計數（TSS周圍±500bp區域內）呈相關性。
（2）cfDNA組蛋白修飾提示前列腺癌特異性生物學特征
研究團隊進一步探討了cfChIP-seq是否能夠區分前列腺癌與其他癌癥類型的生物學差異。通過分析18種不同癌癥類型的開放染色質區域，研究團隊發現ctDNA陽性前列腺癌樣本在前列腺癌特異性開放染色質區域的H3K4me2強度顯著高于其他癌癥類型。這一結果表明，cfChIP-seq能夠揭示前列腺癌的特異性表觀遺傳特征，即使在存在多種癌癥類型信號的情況下，也能準確識別前列腺癌信號。
圖 2：構成bulk cfDNA的癌細胞和正常細胞的表觀基因組足跡。
(A) 在cfDNA和白細胞（WBC）DNA樣本中，4個譜系特異性基因區域的H3K4me2片段數。樣本（按行排列）根據局部ctDNA%進行排序。
(B-G) H3K4me2片段數與部分ctDNA%的個體線性模型示例（每個點代表一個cfDNA樣本）。相鄰的圖匯總了這些按因子劃分的線性模型統計數據，17487個轉錄起始位點（TSS）(C)、8071個genebodys（每個點代表一個基因）(E)以及458個轉錄因子（TF）的已發表結合位點（每個點代表一個TF）(G)；C、E、G中的x軸值表示從每個按因子劃分的線性模型擬合中推斷出的純ctDNA和純正常cfDNA片段數的對數比率。 (B) 在CST7 TSS ±2kb區域內H3K4me2片段數。(D) HOXB13 genebody的H3K4me2片段數。(F) 在FOXA1 TF結合位點±2kb區域內（n=37386）的平均H3K4me2片段數。在C和E中，使用顏色表示按mCRPC與全血表達比值排名的前20%和后20%的基因。G中不同的已發表TF ChIP-seq實驗用顏色區分。
(H) 樣本ctDNA%與全基因組共有peaks的H3K4me2片段數的第一和第二主成分強相關。
(I) 在特定于不同癌癥的18組開放染色質區域中，平均空間H3K4me2富集分布，在mPCa患者和膀胱癌患者中可視化。在mPCa樣本中，最顯著富集出現在前列腺癌軌跡中，而在膀胱癌樣本中，主要富集出現在膀胱癌軌跡中。
(J) 與任何其他癌癥類型相比，前列腺癌和膀胱癌cfDNA在前列腺和膀胱特異性開放染色質中具有更高的H3K4me2片段數。
(K) 特定18種癌癥譜系的開放染色質區域中空間H3K4me2密度，結腸癌和前列腺癌中表現出顯著信號。
(L) CT成像顯示局部復發前列腺癌直接侵犯鄰近的直腸腔。
（3）血漿cfChIP-seq揭示臨床亞組之間的生物學差異
研究團隊利用cfChIP-seq技術分析了不同臨床亞組之間的生物學差異，包括不同轉移模式（如骨轉移與肝轉移）、血清PSA水平、組織學亞型和RB1基因缺失等。結果顯示，具有高肝臟病變負荷的患者表現出與神經內分泌前列腺癌（NEPC）相關的轉錄因子（如EZH2、NANOG和POU5F1）的顯著富集，而具有高骨轉移負荷的患者則表現出與雄激素依賴相關的轉錄因子（如KLK3、AR和FOXA1）的富集。這些發現表明，cfChIP-seq技術能夠揭示不同臨床亞組之間的生物學差異，為前列腺癌的個性化治療提供了潛在的生物標志物。
圖 3. 按臨床特征分層的轉移性前列腺癌的表觀基因組相關性。
(A) AR（n=3223）和NANOG（n=11611）轉錄因子（TF）結合位點的平均H3K4me2片段數與平均局部ctDNA%比較分析。
(B) 比較cfDNA樣本中片段數的火山圖，這些樣本來自同時具有高負荷和低負荷肝臟（左側）或骨骼（右側）轉移的患者，重點關注458個TF的結合位點（每點代表一個TF，B和D顯著異常值已突出顯示）。
(C) 在6個分類比較中展示8個差異富集程度最高的TF的對數比率和F檢驗p值前5和后5的TF。左側顯示每個臨床基因組學類別中的樣本數量以及類別之間的重疊情況（僅包括ctDNA比例>10%的樣本）。
(D) KLK3轉錄起始位點（TSS）的H3K4me2片段數、局部ctDNA%以及時間匹配的血清PSA水平之間存在強相關性。
(E) 膀胱癌和前列腺癌genebody的H3K4me2片段數。火山圖中的數據點根據前列腺癌和膀胱癌之間基因表達比值的前20%和后20%進行顏色編碼。
(F) 按臨床亞組和樣本ctDNA%分層的mPCa患者中，NEPC（神經內分泌前列腺癌）和AR（雄激素受體）相關motif的富集情況。
(G) AR特異性和NEPC特異性TF motif富集與PSA水平呈現出負相關性。
(H) 在ctDNA陽性mPCa中，AR和NEPC-TF motif富集之間存在負相關。
(I) 在前列腺腺癌患者中，開放的前列腺癌染色質區域內的平均H3K4me2信號高于NEPC。
A-I部分僅展示每名患者中ctDNA%最高的樣本。
圖 4：通過時序血漿 cfChIP-seq 推斷的時間譜系變異性。
(A) 左側：P20患者的治療史、PSA時間線及影像學檢查結果。P20是一位76歲的男性，患有對治療無效的mCRPC（轉移性去勢抵抗性前列腺癌），在首次采集血漿cfDNA時存在骨骼和淋巴結疾病，但無內臟轉移。在初始血漿cfDNA采集后的約12-16個月，經過對多西他賽和镥-PSMA放射性配體治療產生深度生化反應后，他出現嚴重疾病進展，表現為肝臟實質幾乎完全被轉移性疾病浸潤。隨后采集第二份血漿cfDNA樣本，且在采樣期間進行的肝臟活檢證實出現治療誘導的小細胞癌（伴有腺癌），免疫組化染色顯示經典的神經內分泌標記物嗜鉻粒蛋白和突觸素呈陽性，血清PSA水平較低（右側小提琴圖）。盡管接受了鉑類藥物雙聯化療，但由于多器官功能衰竭，包括惡性梗阻性尿路疾病，他不久后去世。這與預后指標LDH和ALP的異常升高（內嵌小提琴圖；點表示患者P20在首次ctDNA采集時相對于整個隊列分布的臨床標志物值）以及多個不同非前列腺組織譜系中顯著H3K4me2開放染色質富集相一致。連續血漿cfChIP-seq比較分析顯示，與NEPC（神經內分泌前列腺癌）轉分化相關的多個轉錄因子motif出現富集，尤其在ASCL1中最為顯著，但NeuroD1信號也有所增加，這與暴發性肝轉移的發展相吻合。相比之下，在考慮樣本間ctDNA%差異后，cfDNA采集時間點之間在拷貝數結構上并無明顯差異。
(B) 左側：P14患者治療史、影像學檢查及組織病理學結果。多西他賽前的CT影像顯示廣泛的轉移性疾病，包括肺部（紅色箭頭）和盆腔（粉色）病灶。臨床惡化與多發新腦轉移（藍色）的出現同時發生。轉移性肩胛骨活檢的H&E染色顯示低分化惡性腫瘤，伴有廣泛腫瘤壞死，與55個月前取樣的原發性前列腺腺癌活檢無相似之處。右上角：比較多西他賽前和治療中cfDNA樣本的H3K4me2 cfChIP-seq和全基因組拷貝數圖。雷達圖顯示TF motif富集的-log(p)值。折線圖顯示特定于不同癌癥類型的開放染色質區域中H3K4me2的空間分布。右下角：P14的兩個cfDNA樣本的全基因組拷貝數圖譜。VAF散點圖比較第二份cfDNA樣本與黑色素瘤原位活檢和第一份cfDNA樣本。在三個樣本中檢出的所有突變均已顯示。
縮寫：ADT，雄激素剝奪治療；NTD，（AR）N端結構域；PSA，前列腺特異性抗原；CT，計算機斷層掃描；H&E，蘇木精-伊紅；lpWGS，低深度全基因組測序。
討論和啟示
本研究通過cfChIP-seq技術揭示了晚期前列腺癌的表觀遺傳特征，并展示了其在不同臨床亞組之間的差異。研究結果表明，cfChIP-seq技術能夠捕獲前列腺癌特異性的生物學特征，并可能用于監測治療反應和疾病進展。此外，cfChIP-seq技術還能夠揭示其他潛在的病理信息，如并發的非前列腺癌惡性腫瘤。研究也存在一些局限性，例如樣本量較小，且主要關注高ctDNA%的樣本，可能限制對低ctDNA%樣本的分析能力。未來研究需要進一步驗證cfChIP-seq技術在更大樣本量和更多癌癥類型中的應用潛力。
本研究證明了cfChIP-seq技術作為一種非侵入性工具在晚期前列腺癌研究中的潛力。通過分析cfDNA中的組蛋白修飾，研究團隊能夠揭示前列腺癌的表型和臨床異質性，并為生物標志物發現和個性化治療提供了新的視角。cfChIP-seq技術的應用不僅限于前列腺癌，還可能擴展到其他類型的癌癥研究中，為癌癥的早期診斷和治療監測提供支持。
參考文獻：
Joonatan Sipola, et al; Plasma Cell–Free DNA Chromatin Immunoprecipitation Profiling Depicts Phenotypic and Clinical Heterogeneity in Advanced Prostate Cancer. Cancer Res 15 February 2025; 85 (4): 791–807. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-24-2052
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