研究论文报告

主要作者与机构

该研究由纽约大学格罗斯曼医学院病理学系的Yohana E. Ghebrechristos和Nikki A. Evensen作为共同第一作者完成，通讯作者为Iannis Aifantis、Aristotelis Tsirigos和William L. Carroll。研究团队来自纽约大学格罗斯曼医学院、劳拉和艾萨克·珀尔马特癌症中心、科罗拉多大学安舒茨医学校区以及费城儿童医院等多家机构。该研究发表于2026年7月的*Blood Cancer Discovery*期刊（第7卷，第586–605页），DOI为10.¹¹⁵⁸⁄₂₆₄₃-3230.BCD-25-0315。

研究背景与目的

B细胞急性淋巴细胞白血病（B-cell acute lymphoblastic leukemia, B-ALL）源于骨髓、血液和髓外部位发育停滞的淋巴母细胞的恶性增殖。尽管基于风险分层的治疗方案已将儿童B-ALL的5年总生存率提升至90%以上，但由于其高发病率，B-ALL仍然是儿童癌症相关死亡和健康并发症的主要原因之一。目前已知超过20种不同的B-ALL遗传亚型，其特征性结构变异（structural variants, SV）常涉及染色质修饰因子和发育相关转录因子（transcription factors, TF）的编码基因，如KMT2A、IKZF1、TCF3、PAX5、RUNX1和EBF1等。

三维基因组架构在基因表达调控、DNA复制和重组中发挥关键作用。染色体区室（compartment）可分为转录活跃的A区室和转录抑制的B区室，而CTCF和黏连蛋白（cohesin）复合体介导的拓扑关联结构域（topologically associated domains, TAD）则在更精细的尺度上组织增强子-启动子环（enhancer–promoter loops）。既往研究已证实小鼠B细胞发育过程中存在动态的染色质架构重塑，但三维基因组重排在不同B-ALL亚型中的具体作用仍不清楚。

基于此，研究者提出假设：B细胞祖细胞分化和恶性转化所依赖的关键基因活性需要显著的动态三维染色质拓扑结构改变。该研究的核心目标是通过原位Hi-C、RNA测序（RNA-seq）和转座酶可及性染色质测序（ATAC-seq）等技术，系统描绘健康B细胞祖细胞和不同B-ALL亚型中的染色质架构景观，揭示三维核组织在急性白血病发病中的关键作用。

研究流程与实验设计

该研究的整体流程可分为以下主要环节：

第一环节：健康人B细胞分化过程中三维染色体架构的绘制。 研究团队利用流式细胞分选技术，从四名健康独立骨髓供体中分离出代表四个不同分化阶段的B细胞祖细胞：共同淋巴祖细胞（common lymphoid progenitors, CLP，CD34⁺CD10⁺CD19⁻）、pro-B细胞（CD34⁺CD10⁺CD19⁺）、pre-B细胞（CD34⁻CD10⁺CD19⁺IgM⁻）以及未成熟B细胞（immature-B，CD34⁻CD10⁺CD19⁺IgM⁺），并对这些分选群体进行了原位Hi-C和RNA-seq。文库质量经序列比对分类确认后，使用开源分析平台HiC-bench进行后续分析。通过主成分分析（principal component analysis, PCA）对区室评分进行聚类，并采用cscoretool算法进行A/B区室分配。同时，研究者利用公开的单细胞ATAC-seq数据生成pseudo-bulk ATAC-seq轨迹，以评估基因座的可及性变化。

第二环节：儿童B-ALL患者样本的三维架构与转录组分析。 研究纳入了24例初诊（治疗前）和1例早期复发的儿童B-ALL患者骨髓样本，其中包括7例ETV6::RUNX1、5例KMT2A重排（KMT2Ar，其中4例KMT2A::AFF1和1例KMT2A::MLLT10）、3例BCR::ABL1⁺（费城染色体阳性，Ph⁺）、3例BCR::ABL1样（Ph-like），以及7例其他亚型（iAMP21 2例、超二倍体1例、其他4例）。对分选的B-ALL原始细胞进行了RNA-seq，并对其中21例配对样本进行了原位Hi-C，对6例样本进行了ATAC-seq。研究团队还通过GATK单倍型分析、Hi-C breakfinder和NeoLoop工具验证了临床遗传学注释，确认了KMT2A::AFF1、BCR::ABL1、ETV6::RUNX1和IKZF1::FBXW11等融合基因事件。

第三环节：B-ALL亚型特异性的三维重编程分析。 研究者将B-ALL样本与健康祖细胞的Hi-C数据进行整合，通过Pearson相关分析、PCA聚类和区室转换分析，确定各亚型的发育阶段来源和特异性的染色质架构改变。通过比较KMT2Ar与pro-B、ETV6::RUNX1与pre-B之间的区室转换和差异TAD活性，识别亚型特异性的三维变化。同时，利用HOMER motif富集分析从ATAC-seq可及性峰中识别驱动三维变化的潜在转录因子。

第四环节：ERG转录因子在ETV6::RUNX1 B-ALL中的功能验证。 基于前述分析发现ERG在ETV6::RUNX1亚型中的显著富集，研究团队利用CRISPR-Cas9基因敲除（knockout, KO）技术在B-ALL细胞系（REH为ETV6::RUNX1型，SEM为KMT2Ar型）中敲除ERG，通过竞争性增殖实验评估细胞活力。进一步在ERG KO和对照REH细胞中进行了RNA-seq、ERG染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）、H3K27ac ChIP-seq和H3K27ac HiChIP实验，以解析ERG直接调控的转录程序和三维环结构。此外，研究团队还利用DNA荧光原位杂交（DNA-FISH）技术，在细胞系和患者样本中验证了ERG基因座和MEIS1基因座的三维距离变化。

主要研究结果

在健康B细胞分化过程中，研究团队发现超过97%的区室区域保持稳定，仅约1.13%发生A到B转换和1.57%发生B到A转换。更关键的是，随着分化推进，更多的B到A区室转换和TAD活性增加被观察到，其中最显著的变化出现在CLP与未成熟B细胞之间。MEIS1基因座——一个对正常和白血病造血至关重要的调控因子——在CLP和pro-B中位于A区室，在pre-B和未成熟B细胞阶段转换至B区室，并伴随TAD结构的逐渐丧失和基因表达的下降。相反，B细胞身份的主调控因子PAX5在pro-B阶段获得TAD活性和表达增加。基因本体（Gene Ontology, GO）富集分析显示，区室转换相关基因富集于细胞黏附和细胞群体增殖调控等通路，而TAD变化相关基因则富集于适应性免疫应答和免疫球蛋白产生等通路。

在B-ALL研究中，PCA分析清晰地分离了ETV6::RUNX1和KMT2Ar亚型。KMT2Ar样本在转录组上与CLP和pro-B更为接近，而ETV6::RUNX1亚型则更接近pre-B和未成熟B细胞。MEIS1基因座在KMT2Ar中保持A区室状态和高表达，而在其他亚型中则处于B区室并低表达，这提示KMT2Ar具有更早期的分化来源。EPHA7基因座在所有B-ALL亚型中均从健康细胞的B区室转换为A区室并获得异位表达，而DKK1也呈现类似模式，且其高表达与显著较差的总生存期相关。

与健康对应细胞相比，KMT2Ar（vs. pro-B）中鉴定出157个TAD活性增加和45个减少，ETV6::RUNX1（vs. pre-B）中鉴定出139个增加和43个减少。值得注意的是，TP53INP1基因座在KMT2Ar中特异性地丧失TAD活性和增强子环，其表达显著降低；而MYO10在ETV6::RUNX1中表现出增加的区室和TAD活性以及表达升高，且MYO10高表达与ETV6::RUNX1患者显著较差的无事件生存期和总生存期相关。

Motif富集分析揭示ERG是ETV6::RUNX1激活区室中最显著富集的转录因子（40.76%的目标序列），而在KMT2Ar中仅排名第六。ERG基因座在健康pro-B阶段后失去交互性和可及性并在pre-B及之后阶段转录下调，但在ETV6::RUNX1 B-ALL中维持了高交互性和表达。CRISPR敲除ERG在REH细胞中导致最大的细胞活力下降。RNA-seq分析显示ERG缺失引起635个基因的差异表达，其中包括SPIB、ID3、IKZF2和LYN等B细胞分化关键调控因子的上调，以及RUNX1、MECOM、IRX3和FLT3等干细胞样基因的下调。ERG ChIP-seq证实462个（73%）失调基因在其转录起始位点直接被ERG结合。H3K27ac HiChIP数据显示，在总计42,794个环中，44%（18,865个）在ERG KO后丢失。在RUNX1和FLT3基因座，ERG KO导致染色质环的明显丧失和基因表达下降。

研究结论与意义

该研究系统揭示了三维基因组架构在正常人类B细胞分化过程中的动态演变，以及B-ALL亚型特异性的异常染色质配置。研究结果表明，B-ALL亚型的染色质架构特征部分反映了其分化阻滞阶段，同时白血病细胞获得了支持癌基因驱动因子表达的异常三维配置。该研究确立了ERG作为ETV6::RUNX1 B-ALL中维持白血病状态的关键调控因子，通过直接结合靶基因启动子并维持染色质环结构来调控生存和分化相关基因的表达网络。

本研究的科学价值在于：首次在人类原代B细胞祖细胞和B-ALL患者样本中系统整合了Hi-C、RNA-seq和ATAC-seq等多组学数据，绘制了正常和恶性B细胞发育的三维基因组图谱，为理解B-ALL的细胞起源和发病机制提供了新的维度。应用价值方面，研究鉴定的MYO10、EPHA7和DKK1等基因具有作为预后标志物的潜力，而ERG的致癌作用则为ETV6::RUNX1亚型提供了潜在的治疗靶点。

研究亮点与特色

该研究的突出亮点包括：其一，利用多组学整合策略首次在人类原代样本中揭示了B-ALL亚型特异性的三维染色质架构特征，并将这些特征与发育分化阶段联系起来；其二，通过CRISPR筛选、ChIP-seq和HiChIP等正交实验方法，从三维基因组层面阐明了ERG直接调控染色质环结构从而维持ETV6::RUNX1白血病细胞存活的分子机制；其三，研究中意外发现一名健康供体携带BCR::ABL1融合基因但仍能进行正常分化，这一观察为理解白血病转化的多步骤过程提供了有价值的线索。此外，研究对MYO10在B-ALL中作为趋化性调控因子的新功能鉴定，以及EPHA7作为泛B-ALL标志物的发现，拓展了对白血病生物学复杂性的认识。