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一周前沿回顾·组学研究 | 从表观训练到空间解析:多组学与深度学习如何连接免疫代谢、微生态与疾病靶点

生物探索 • 1 月前 • 108 次点击  
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多组学研究的价值,不只是同时测量更多分子,而是把原本分散的代谢、表观遗传、免疫和组织空间信号串成可以检验的路径。这里的关键问题是:哪些发现停留在关联,哪些已经得到干预实验支持?

近期的几项研究跨越T细胞训练、白血病免疫抑制、耐药基因暴露、肿瘤标志物、放射耐受、卒中预后、儿童生长障碍和空间组学算法。共同变化是,研究正在从“找到差异”转向定位细胞、解析中介环节,并用模型验证可干预节点。

01 · 初始T细胞|表观遗传|代谢适能

静息T细胞为何能迅速应战?H2A.Z提前布置代谢程序

研究发现,初始CD8+T细胞在静息期已为未来激活准备代谢基因;这一预置过程受IL-7信号和H2A.Z调控。

PubMed:Epigenetic training licenses naïve CD8(+) T cell metabolic fitness and function.(PMID 42758848)

该研究聚焦静息初始CD8+T细胞,结合多组学与H2A.Z缺失、IL-7补充及H2A.Z过表达等干预,追踪染色质预置、氧化磷酸化转录和后续效应功能,并评估衰老相关变化及CAR-T细胞表现。

H2A.Z选择性沉积于氧化磷酸化基因启动子,使相关基因在激活时能够快速转录。持续的IL-7信号经GABPα调节这一过程;随年龄下降的IL-7信号伴随H2A.Z占据减少和T细胞激活受损,补充IL-7或提高H2A.Z表达可挽救缺陷。H2A.Z过表达还增强了CAR-T细胞干性和模型中的抗肿瘤效力。

关键数据

  • H2A.Z缺失扰乱初始T细胞稳态和效应应答
  • H2A.Z富集于氧化磷酸化基因启动子
  • IL-7补充或H2A.Z过表达可挽救激活缺陷

这项研究值得关注的地方

把静息期染色质状态与后续代谢能力直接连接,为理解免疫衰老和优化细胞治疗提供了可检验轴线。

注:

证据来自实验系统及CAR-T相关模型,不能据此认定在人类衰老或肿瘤患者中干预该轴已安全有效。

02 · 单核细胞型AML|免疫抑制|BLVRB

单核细胞型AML如何压制T细胞?BLVRB成为关键节点

研究把单核细胞型AML的免疫抑制锁定到BLVRB,并在细胞和移植瘤模型中测试了削弱这一屏障的可能性。

PubMed:Targeting BLVRB Overcomes Immunosuppression and Potentiates Immunotherapy in Monocytic Acute Myeloid Leukemia.(PMID 42742315)

该研究对原发急性髓系白血病样本开展单细胞多组学分析,描绘单核细胞型AML的免疫抑制状态;随后通过BLVRB耗竭、T细胞杀伤实验、细胞系和患者来源异种移植模型,检验其功能及药物可干预性。

BLVRB标记免疫抑制性的单核细胞型AML细胞。降低BLVRB可下调免疫调节基因,并提高AML细胞对T细胞杀伤的敏感性;机制实验将其连接至转录因子MAFB及多种免疫抑制相关基因。小分子Tamibarotene可靶向BLVRB,并在模型中增强CAR-T和抗PD-1抗体疗效。

关键数据

  • BLVRB耗竭降低免疫调节基因表达
  • 细胞系和患者来源异种移植模型均用于疗效验证
  • Tamibarotene增强CAR-T与抗PD-1治疗效果

这项研究值得关注的地方

研究不仅识别免疫抑制标志物,还通过遗传和药物干预建立了从分子节点到免疫治疗反应的实验链条。

注:

疗效证据限于细胞与异种移植模型,尚不能推定Tamibarotene联合免疫治疗对AML患者有效。

03 · 空气微生物组|耐药基因|职业暴露

空气与鼻腔耐药组相连,真正需要警惕的是哪些基因?

奶牛场空气颗粒物与工作人员鼻腔耐药组高度相似,高风险耐药基因和葡萄球菌构成了主要连接线索。

PubMed:Multi-omics evidence reveals robust airborne-human resistome connectivity driven by high-risk ARGs and mediated by Staphylococcus.(PMID 42743804)

该研究在奶牛场环境中整合宏基因组测序与耐药葡萄球菌分离株全基因组测序,对比总悬浮颗粒物及人鼻腔耐药组,并从耐药谱、同源基因、菌株相似性和可移动遗传背景评估二者连接。

在多个环境储库中,总悬浮颗粒物耐药组与人鼻腔耐药组最相似,这种连接主要由高风险耐药基因驱动。葡萄球菌在全部样本中持续检出,并且是空气与鼻腔样本间唯一共享、同时携带耐药基因和毒力因子基因的致病菌基因组。职业暴露者的总耐药基因及高风险耐药基因负担更高。

关键数据

  • 总悬浮颗粒物与鼻腔耐药组相似性最强
  • 葡萄球菌在全部样本中持续检出
  • 职业暴露伴随总耐药基因和高风险耐药基因负担升高

这项研究值得关注的地方

将环境空气与宿主微生物组放入同一分析框架,有助于识别职业场景中更值得优先监测的耐药风险。

注:

相似耐药谱、菌株和遗传背景支持环境—人体连接,但观察性结果不能确定传播方向或证明空气暴露直接造成鼻腔定植。

04 · 膀胱癌|HER2|ERBB2扩增

HER2染色与ERBB2扩增并非一回事,膀胱癌分层需拆开看

445例膀胱癌分析显示,HER2膜染色和ERBB2扩增承载不同信息,单靠蛋白染色不足以判断预后。

PubMed:Integrated Analysis of HER2 Expression and ERBB2 Alterations in Bladder Cancer.(PMID 42732768)

该研究纳入日本统一临床数据库中的445例膀胱癌,包括306例肌层浸润性和139例非肌层浸润性病例,结合全外显子组测序、RNA测序及细化的HER2免疫组化评分,比较蛋白表达、基因改变与临床结局。

HER2免疫组化1+/2+/3+占30.1%,另有8.5%的IHC0病例仍见微弱膜染色,合计约38.5%可检测到膜信号。HER2评分不具预后价值;ERBB2扩增见于7.8%病例,并与较差生存相关,多变量分析HR为1.76。扩增富集于LuminalUnstable亚型,而HER2膜染色与高NECTIN4表达相关。

关键数据

  • HER2免疫组化阳性率为30.1%
  • 约38.5%的病例可检测到HER2膜染色
  • ERBB2扩增率为7.8%,多变量HR为1.76(95%CI 1.08–2.87)

这项研究值得关注的地方

结果提示蛋白表达、基因扩增和其他ADC靶点需要并行评估,而不能将HER2染色直接等同于ERBB2驱动。

注:

单一日本队列的观察性分析可支持分层和预后关联,但不能据此预测HER2或NECTIN4靶向治疗的实际获益。

05 · 脑膜瘤|乳酰化|放射耐受

脑膜瘤放疗后为何逃离衰老?糖酵解信号给出一条路径

两个脑膜瘤细胞模型显示,放疗诱导的衰老并非终点;乳酸相关表观遗传变化可帮助耐药细胞重新进入周期。

PubMed:Lactylation-Driven PROS1-TYRO3-CARF Signaling Promotes Therapy-Induced Senescence Escape and Radioresistance in Meningioma.(PMID 42750190)

该研究以2个独立脑膜瘤细胞系建立光子照射来源的放射耐受模型,结合多组学、CUT&Tag、报告基因、免疫沉淀质谱和体内异种移植实验,追踪糖酵解、H3K27乳酰化及治疗诱导衰老逃逸。

放射耐受细胞表现出糖酵解增强、乳酸积累和H3K27乳酰化升高。H3K27乳酰化促进PROS1转录和分泌,继而激活TYRO3,使CARF第8位酪氨酸磷酸化并发生蛋白酶体降解,从而解除与CDKN2A/p53相关的衰老状态并允许细胞周期重启。阻断PROS1信号或CARF磷酸化可在体内恢复衰老表型并提高放射敏感性。

关键数据

  • 放射耐受模型来自2个独立脑膜瘤细胞系
  • 耐受细胞的糖酵解、乳酸和H3K27乳酰化均升高
  • CARF关键磷酸化位点为第8位酪氨酸

这项研究值得关注的地方

研究将代谢重编程、组蛋白修饰与衰老逃逸串联起来,并通过干预关键节点验证其与放射敏感性的关系。

注:

机制主要建立于细胞系和异种移植模型,尚不能直接说明该通路在患者脑膜瘤中的发生频率或临床靶向价值。

06 · 缺血性卒中|遗传推断|PYGL

卒中三个月后的功能结局,哪些基因可能真正参与其中?

遗传与脑影像分析筛出4个候选基因,细胞实验进一步支持PYGL可能通过神经元能量代谢影响损伤反应。

PubMed:Integration of multi-omics Mendelian randomization, neuroimaging mediation, and functional validation identifies PYGL as a neuroprotective causal gene for stroke prognosis.(PMID 42744168)

该研究整合汇总数据孟德尔随机化、脑组织表达数量性状位点、贝叶斯共定位和细胞类型分析,研究缺血性卒中后3个月改良Rankin量表结局;并以影像中介分析及缺氧缺糖/复氧处理的海马神经元细胞进行验证。

分析获得4个证据较稳健的基因:PYGL、GSTA1和PTGIS与较好结局相关,NFATC1与较差结局相关。细胞类型分析将PYGL信号主要定位于兴奋性神经元,将NFATC1信号定位于少突胶质细胞;白质束完整性和皮层厚度部分中介这些关联。细胞中提高PYGL表达可减轻凋亡,沉默PYGL则加重损伤。

关键数据

  • 功能结局评估时间为缺血性卒中后3个月
  • 共识别4个具有稳健证据的候选基因
  • PYGL过表达减轻缺氧缺糖/复氧诱导的细胞凋亡

这项研究值得关注的地方

多层证据把卒中预后关联进一步定位到特定细胞类型和影像表型,并为PYGL的功能方向提供实验支持。

注:

孟德尔随机化依赖工具变量和共定位等假设,细胞实验也不能替代人体干预研究;PYGL的治疗效果仍需动物及临床验证。

07 · 持续性腹泻|儿童生长|丁酸

持续性腹泻为何伴随矮小?肠菌、免疫与生长轴被串联

患儿多组学分析将丁酸菌群缺失、炎症偏移和生长轴抑制联系起来,联合干预仅在小鼠中得到支持。

PubMed:Multi-omics insights into growth impairment mechanisms in children with persistent diarrhea.(PMID 42752205)

该研究比较健康儿童、无矮小的持续性腹泻患儿和伴矮小患儿3组样本,开展多组学分析与机器学习预测,考察产丁酸菌群、短链脂肪酸、Th17/Treg平衡及GH-IGF-1轴,并在小鼠中测试联合干预。

伴矮小患儿出现核心产丁酸菌群及相关代谢通路紊乱、粪便丁酸降低、Th17/Treg向促炎状态偏移,并伴GH-IGF-1轴受体与配体层面的双重抑制。模型筛出由代谢、免疫和内分泌指标组成的5因子面板;在小鼠中,丁酸、普拉梭菌和重组人生长激素联合干预改善了生长迟缓。

关键数据

  • 研究比较3类儿童样本
  • 机器学习形成5因子风险预测面板
  • 小鼠联合干预包含丁酸、普拉梭菌和重组人生长激素

这项研究值得关注的地方

研究把微生物代谢物、免疫状态与生长激素轴放入同一框架,为解释患儿生长受损提供了可分层检验的模型。

注:

儿童部分以组间关联和模型推断为主,联合干预效果来自小鼠,不能直接作为患儿使用菌株、丁酸或生长激素的依据。

08 · 空间多组学|深度学习|组织分区

空间多组学信息越来越多,算法能否更准确划出组织边界?

SpaMOAL同时利用分子、位置和组织图像信息,在人和小鼠配对数据集中更稳定地识别空间区域。

PubMed:SpaMOAL is a deep learning method that enables accurate spatial domain identification from multi-omics data.(PMID 42748198)

该研究提出图对比学习方法SpaMOAL,将空间坐标、组织学图像特征和多组学分子谱整合为适合聚类的表示,并在多个近期的人和小鼠配对空间多组学数据集上,与现有空间区域识别方法进行基准比较。

SpaMOAL能够联合利用转录组、表观基因组或蛋白组等互补信息,同时保留空间邻近关系和组织图像特征。在所测试的人与小鼠数据集中,其空间区域划分表现持续优于现有方法,为解析组织结构和细胞微环境提供了统一计算框架。由于未给出具体性能增幅,现阶段更适合将其视为经过多数据集基准检验的新工具。

关键数据

  • 模型整合空间坐标、组织图像和分子谱3类输入
  • 基准测试覆盖人和小鼠配对空间多组学数据
  • 在所测试数据集中持续优于现有方法

这项研究值得关注的地方

该工具回应了空间多组学中不同模态难以共同建模的问题,可帮助研究者从复杂信号中识别可解释的组织区域。

注:

结果属于计算基准证据,性能可能受数据平台、组织类型和预处理方式影响;空间分区准确也不等同于获得生物学机制或临床效用。

值得关注的趋势

01|从组间差异走向机制链条

多项研究不再止于列出差异分子,而是通过缺失、过表达、药物阻断或细胞处理,把代谢、表观遗传、信号转导和功能表型串联起来。

02|细胞类型与空间位置成为解释关键

卒中研究将遗传信号定位到兴奋性神经元和少突胶质细胞,空间算法则直接整合组织位置与图像;同一分子信号在何种细胞、何处发生,正成为必要问题。

03|转化线索增多,证据边界更需前置

CAR-T增强、放射增敏、儿童联合干预和耐药暴露均具有应用吸引力,但多数干预证据仍停留在细胞或动物模型,观察性连接也不能替代传播与疗效验证。

参考文献

1. Lv M, Ding J, Long H, Chai Q, Xu L, Jin C, Liang W, Zhang L, Zhang B, Lv Z, Zhao J, Li G, Zhu M. Epigenetic training licenses naïve CD8(+) T cell metabolic fitness and function. Sci Adv. 2026 Sep 18;12(38):eaee8251.

PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42758848/

DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aee8251

2. Mo Z, Wang J, Zhao Y, Liang X, Liu L, Liu J, Wang K, Qin L, Su M, Guo H, Chen Y, Sun X, Yan R, Sun J, Hu Y, Huang H, Pei S, Wang D. Targeting BLVRB Overcomes Immunosuppression and Potentiates Immunotherapy in Monocytic Acute Myeloid Leukemia. Cancer Discov. 2026 Sep 15.

PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42742315/

DOI:https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-26-0447

3. Chen ZY, Gao FZ, Li P, Bai H, He LY, Liu YS, Ying GG. Multi-omics evidence reveals robust airborne-human resistome connectivity driven by high-risk ARGs and mediated by Staphylococcus. Environ Int. 2026 Sep 14;216:110525.

PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42743804/

DOI:https://doi.org/10.1016/j.envint.2026.110525

4. Hirosuna K, Nishimura K, Sakamoto M, Tokushige S, Nakamori K, Matsunaga T, Yoshikawa Y, Tsutsumi T, Maenosono R, Tsujino T, Ajiro M, Azuma H, Yoshimi A, Komura K. Integrated Analysis of HER2 Expression and ERBB2 Alterations in Bladder Cancer. Cancer Sci. 2026 Sep 13:10.1111/cas.70534.

PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42732768/

DOI:https://doi.org/10.1111/cas.70534

5. Wang Z, Zhang Q, Liao K, Liu X, Zhang H, Chen Y, Ma Y, Liu Y, Xu A, Sun Y, Chen J, Bian L, Wang B. Lactylation-Driven PROS1-TYRO3-CARF Signaling Promotes Therapy-Induced Senescence Escape and Radioresistance in Meningioma. Adv Sci (Weinh). 2026 Sep 16:e77818.

PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42750190/

DOI:https://doi.org/10.1002/advs.77818

6. Li K, Yuan H, Zhou D. Integration of multi-omics Mendelian randomization, neuroimaging mediation, and functional validation identifies PYGL as a neuroprotective causal gene for stroke prognosis. Brain Res. 2026 Sep 15;1892:150550.

PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42744168/

DOI:https://doi.org/10.1016/j.brainres.2026.150550

7. Shen J, Yan J, Yuan Y, Le L, Xu J, Chen B, Liu X, Chen H, Chen L, Yi M, Lyu J, Diao J, Zhang X, Zhao Y, Chen J. Multi-omics insights into growth impairment mechanisms in children with persistent diarrhea. Microbiol Spectr. 2026 Sep 17:e0390525.

PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42752205/

DOI:https://doi.org/10.1128/spectrum.03905-25

8. Wang J, Huo Y, Zhao R, Pan Y, Wu J, Wang H, Li X. SpaMOAL is a deep learning method that enables accurate spatial domain identification from multi-omics data. PLoS Biol. 2026 Sep 16;24(9):e3003690.

PubMed:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42748198/

DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003690

责编|探索君
排版|探索君
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