细胞作为生物体的基本结构和功能单位，在发育和人类疾病的过程中，命运受到精确调控。 自人类基因组计划启动以来，科学家们对基因调控机制的理解发生了巨大变化。 在20世纪80年代，发现了第一批增强子，可以使基因表达量提高200倍，从那时起，增强子作为远端调控元件被广泛研究，与近端启动子合作控制特定基因的表达。 随着科学技术的发展，染色质的研究已经扩展到3D维度，远端增强元件通过染色体折叠将激活信号传递给启动子，这进一步解释了基因表达调控的准确性，丰富了转录模型理论。
最初，增强子仅指经典增强子 （TE），然而，2013 年 Jakob Lovén 等人在 Cell 上发表了一项研究 （IF： 64.）5）发表题为“Selective inhibition of tumor oncogenes by disruption of super-enhancers”的论文首次提出了超级增强子（super-enhancers）的概念，超级增强子（SEs）是由多个单独的调控元件组成的团队，它们共同作用以驱动非常高水平的基因表达，SEs通常是细胞身份基因的调节因子，与复杂的性状和遗传疾病有关。尽管 TE 和 SE 的相似之处在于它们携带相同的成分，例如转录因子 （TF）、辅因子、介质复合物和 RNA 聚合酶 （POL） 复合物，但 SE 携带这些因子的平均密度是 TE 的 10 倍。 TE和SE在功能和结构上的差异如图1所示。
图1 SE和TE特性的比较（Wang et al.）。, 2023）。
SE简介。 SE 是一大簇顺式调节 DNA 元件，与转录因子和辅因子紧密结合，在定义细胞命运和身份方面发挥关键作用。 组蛋白标志物（如 H3K27AC、H3K4Me1 和转录辅因子 P300）通常用于定义 SE。 自发现以来，SE作为一种生物标志物，一直是越来越多的研究的焦点，以开发新的疾病诊断工具，并为临床**策略建立新的方向。 因此，SE可以被认为是疾病的新靶点，靶向SES是一种很有前途的策略。
据报道，TE 很短，通常跨越 100 至 1000 bp 的 DNA 序列，并包含 DNA 结合位点 （TFB），这些位点可通过不同的亲和力和特异性被序列特异性 TF 识别。 SE 是一组相邻的增强子，跨度超过 10 kb，具有高倍增强子活性，可驱动细胞类型特异性基因表达，包括许多 TF 结合位点（例如胚胎干细胞中的 OCT4、SOX2、nanoG 和 KLF4，以及 MED1 和染色质修饰剂（P300 和 BRD4）），SE 具有组织和细胞特异性，这是细胞身份的主要决定因素（图 2）。 多项研究表明，与 TE 相比，即使是 SE 的异位片段也能够在体外诱导高水平的报告基因表达。
图2 SE结构示意图（Yamagata等）。, 2020）。
SE的检测方法大多为Chip-Seq或cut&tag，用于检测基因组中主要转录因子、辅因子和BRD4蛋白等共因子，或H3K27AC和H3K4Me1的结合位点，其中H3K27AC最常用。 目前，SE鉴定可以通过三步法进行：（1）基于细胞类型特异性主转录因子的chip-seq或cut&tag数据鉴定增强子;（2）12.将 5 kb 内的组成增强子拼接在一起形成单个大序列;（3）BRD4、CEBP、MED1、H3K27AC或其他转录因子缝合增强子的总背景对ChIP-Seq信号进行归一化，并对剩余的单个增强子进行排序，以生成斜率为1的曲线，作为分离Se和Te的截止值，Se定义为曲线点上方的区域，剩余的增强子区域被认为是Te（图3）。
图3 Chip-Seq数据分析对SE的定义（Yang et al.）。, 2023）。
在dbsuper、sedb、seanalysis、sea等多个数据库中可以找到各种chip-seq数据集中有关SE的信息，这些数据库为研究超增强子、靶基因、TF关联和疾病相关SNP之间的关系提供了资源（Yoshino S和Suzuki H I.）。, 2022）。此外，与转录组测序数据的相关性分析可以识别受SE调控的靶基因。
SE和疾病的发生。
自2024年以来，已有6000多篇关于SE的高分文章，其中大部分是在恶性肿瘤中进行的，表明其在恶性肿瘤发生、细胞分化和免疫应答等重要生物学过程中发挥着重要的调控作用，调控基因包括原癌和抑癌基因、细胞身份决定基因、 以及炎症通路的关键基因（图4）。有几种技术和方法可用于鉴定 SE 及其在肿瘤中的功能和调节机制。 首先，为了识别 SE，需要生物信息学数据库**近年来，随着生物信息学算法和高通量测序技术的改进，可以通过3C、4C、5C或Hi-C技术直接分析染色质序列之间的相互作用，并鉴定出硒相关基因此外，基于CRISPR Cas9技术，可用于研究SE的功能;此外，利用CRISPR基因编辑技术，结合CHIP-SEQ、ATAC-SEQ、CUT&tag、单细胞测序等技术，还可以进一步研究SE的转录调控元件。 下面，我们来看看2024年在高分期刊上发表的几例肿瘤学领域SE研究进展的案例
图4 SE驱动的致癌基因在肿瘤中的作用（Wang等人）。, 2023）。
案例 1. 2023 年 5 月，Li 等人在 Cancer Research （IF： 112）发表了题为“LSD1抑制破坏去势抵抗性前列腺癌中超增强子驱动的致癌转录程序”的研究文章。该团队通过转录组学分析了一系列对LSD1抑制剂敏感的去势抵抗性前列腺癌（CRPC）异种移植小鼠模型中的基因水平**，结果显示LSD1抑制导致的肿瘤生长可归因于MYC信号转导的显着减少，并且发现MYC是LSD1的一致靶点。 此外，LSD1 与 BRD4 和 FOXA1 形成网络，并富集在表现出液-液相分离的超增强子 （Se） 区域。 LSD1抑制剂与BET抑制剂联合使用在破坏CRPC中多种驱动因素的活性方面表现出强大的协同作用，从而显着抑制肿瘤生长。 重要的是，**的组合在破坏新发现的CRPC特异性SE亚群方面显示出优于单独使用任何抑制剂的疗效。 这些结果为两个关键表观遗传因子的共靶向提供了机制和见解，可以快速应用于临床CRPC患者。
图5 共靶向LSD1和BRD4协同破坏了临床鉴定的CRPC特异性SE结果（Li等）。, 2023）。
案例 2. 2024年7月，Jia等人在Cell Death & Disease （IF：9）上发表了题为“Jun诱导的超级增强子RNA形成R-loop to Promote Nasopharyngeal Carcinoma Metastasis”的研究文章。 通过对CHIP-SEQ、GRO-SEQ、HIChip和公开数据集的分析，团队深入分析了SE和SE生成RNA（Serna）对鼻咽癌（NPC）转移的影响，介绍了一种参与鼻咽癌转移的新型SerNA-NPCM（一种与鼻咽癌转移相关的特异性SerNA），并提出了鼻咽癌转移的潜在分子机制。 经鉴定，研究小组发现JUN介导的Serna-NPCM可以形成R环，调节SE和远端NDRG1启动子之间的染色质环，促进鼻咽癌转移，并且Serna-NPCM被证明与ACTA1蛋白相互作用，进一步，HNRNPR被鉴定为与Serna-NPCM相互作用的蛋白质。 即Serna-NPCM通过与HNRNPR和ACTA1蛋白结合促进染色质环，HNRNPR蛋白锚定在NDRG1和TRIB1启动子附近，部分Serna-NPCM通过R环与SE区杂交，使SE更接近NDRG1和TriB1的启动子，从而调控其转录。 最终，该团队提出Serna-NPCM HNRNPR Acta1 NDRG1信号转导轴可能是NPC**的新潜在靶点。
图6 Serna-NPCM通过形成R环调控NDRG1和Trib1表达的模型示意图（Jia等）。, 2023）。
案例 3. 2024年9月，Antal等人在Nature Communications（IF：16.）上发表了一篇报告。6）发表了题为“A Super-Enhancer-regulated RNA-binding protein Cascade Drives Pancreatic Cancer”的研究文章。该团队通过对 16 种不同人胰腺导管腺癌 （PDAC） 细胞系中的 SE 进行无偏倚分析，鉴定了 876 种不同的 SE，确定了 HNRNPF（选择性剪接、多聚腺苷酸化和 RNA 稳定性的调节因子）及其下游调控基因 PRMT1 在肿瘤生长中的关键作用。 同时，对已发表的人类单细胞（SC）RNA-Seq数据的分析结果显示，与正常导管相比，HNRNPF在PDAC细胞中显著上调和上调，其表达随着肿瘤分期的增加而增加。 进一步的研究发现，SE中HNRNPF基因的缺失或细胞系的敲除可以有效减缓PDAC细胞的生长，HNRNPF的KO原位移植小鼠模型进一步证实了HNRNPF在肿瘤生长中的作用。 最终，研究小组发现了一种MYC，一种在多种恶性肿瘤中发生突变的癌症相关基因，它协调HNRNPF SE调节网络，该网络通过增加核糖体生物发生来上调翻译，以维持转化的癌症表型。 通过剖析特定的 SE 级联反应，确定受 HNRNPF 激活影响的蛋白质之一 PRMT1 可用作 PDAC 的药物靶点，以拦截 SE 驱动的恶性肿瘤，同时可能避免与其他临床 SE 靶点相关的一些严重毒性。
图7 HNRNPF SE通过调控HNRNPF表达调控肿瘤生长的示意图（Antal等）。, 2023）。
总结。 在过去的几十年里，已经报道了SE生物学的基本理论及其功能。 大量研究表明，SE 促进癌基因的过表达，并且特定的肿瘤**通路可能包括 SE 结构和复合物的改变。 然而，我们对SE的了解只是冰山一角。 目前，尚不清楚肿瘤抑制性SEs是如何特异性产生的，或者它们是否有助于正常细胞中的肿瘤抑制。 尽管已经研究过SE抑制剂可能用于某些恶性肿瘤，但由于对SE复合物不同成员的生物学知识有限，迄今为止创造的药物仅发挥了有限的作用，并且没有显示出药理学成功的迹象。
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