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本研究针对急性髓系白血病(AML)治疗中DNA低甲基化药物(HMAs)响应率低、易复发等临床难题，通过单细胞多组学技术揭示了AZA/DAC治疗诱导的表观遗传异质性特征，发现甲基化保留细胞具有更强的自我更新能力，并首次证实胆固醇代谢通路激活是HMA耐药的关键机制。研究人员通过体外实验和PDX模型证明他汀类药物可显著增强HMA疗效，为AML联合治疗提供了新策略。
在血液系统恶性肿瘤治疗领域，DNA低甲基化药物(HMAs)如阿扎胞苷(AZA)和地西他滨(DAC)虽被广泛应用于急性髓系白血病(AML)和骨髓增生异常综合征的治疗，但临床响应率不足50%且多数患者最终复发。这种治疗困境背后隐藏着两个关键科学问题：为何相同治疗方案下不同白血病细胞呈现差异性响应？耐药细胞群体如何逃逸治疗并驱动疾病复发？
澳大利亚纽卡斯尔大学(University of Newcastle)和Hunter医学研究所的研究团队在《Leukemia》发表的重要研究，通过创新性地整合单细胞多组学技术(scNMT-seq/scTEM-seq)与功能实验，首次系统揭示了HMA诱导的表观遗传异质性及其对白血病干细胞生物学特性的影响。研究发现，即使在相同处理条件下，单个AML细胞的DNA甲基化水平呈现17-69%的显著差异，这种异质性主要与细胞分裂次数相关。更引人注目的是，约1-5%的细胞能完全抵抗药物作用，保持与未处理细胞相当的甲基化水平，这些"甲基化保留细胞"在后续培养中展现出更强的克隆形成能力。
研究采用三大关键技术：1) 单细胞多组学测序(scNMT-seq/scTEM-seq)同步检测DNA甲基化、染色质开放性和转录组；2) 细胞示踪技术(CellTrace)关联细胞分裂史与表观遗传变化；3) 患者来源异种移植(PDX)模型验证联合治疗效果。样本来源包括HL-60、MOLM-13和MV-4-11细胞系及AML患者原代细胞。
HMA治疗诱导DNA甲基化异质性
通过单细胞分析发现，DAC和AZA处理后不同细胞的基因组甲基化程度差异显著(HL-60细胞17-69%)，且与CellTrace荧光强度呈负相关，证实甲基化丢失程度取决于细胞分裂次数。约3%的细胞表现出完全耐药性，其甲基化水平与未处理组相当。
表观遗传异质性导致转录程序分化
多组学整合分析将细胞分为4个特征群体：第3组细胞表现出LINE-1转座子激活和促凋亡通路富集，而第1组细胞维持翻译相关基因高表达。值得注意的是，启动子区域甲基化与基因表达的负相关性在HMA敏感基因(如S100A8/S100A9)中尤为显著。
甲基化保留细胞的自我更新优势
在撤药后的克隆形成实验中，DAC处理组75%以上的高甲基化克隆比例(17天时)远超早期(3天时)的耐药细胞比例(3%)，表明这些细胞具有选择性生长优势。而AZA处理组未见此现象，提示两种药物作用机制存在差异。
胆固醇代谢通路的关键作用
转录组分析揭示，所有HMA处理组(包括高甲基化克隆)均上调胆固醇合成通路基因(SREBF1、PMVK等)。体外实验证实，HMGCR抑制剂罗苏伐他汀与DAC联用可产生协同抗白血病效应。在PDX模型中，该联合方案使AML-16模型小鼠生存期显著延长(p<0.05)，白血病负荷降低。
这项研究首次阐明HMA治疗产生的表观遗传异质性是临床疗效受限的重要原因，其中甲基化保留细胞通过激活胆固醇合成通路获得生存优势。发现不仅解释了HMA治疗响应差异的细胞基础，更提供了克服耐药的可行策略——靶向胆固醇代谢。研究创新性地将单细胞分辨率的多组学分析与功能性验证相结合，为AML精准治疗提供了新的生物标志物(SREBF1等胆固醇相关基因)和治疗靶点。临床前数据支持他汀类药物与HMA联用的转化价值，这种基于表观代谢重编程的治疗策略有望改善AML患者的长期预后。
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