南京医科大学 | 单细胞 eQTL 新突破:解析肺细胞特异性遗传调控,锁定肺癌易感基因

肺癌是全球高发恶性肿瘤，非小细胞肺癌（NSCLC）占比超 85%，遗传易感性（遗传度 18%-26%）是重要致病因素。既往全基因组关联研究（GWAS）已发现 50 余个肺癌风险位点，但多位于非编码区，具体致病基因和细胞机制不明。传统批量 eQTL 分析只能反映组织平均基因表达，掩盖细胞特异性调控，难以解析异质肺组织中遗传变异的作用细胞。单细胞 RNA 测序技术可解析细胞异质性，单细胞 eQTL（sc-eQTL）能定位细胞特异性调控变异，但此前肺组织 sc-eQTL 研究样本量小、多为欧美人群且含病变组织，缺乏中国正常人群数据，亟需构建大规模中国人肺 sc-eQTL 图谱，破解肺癌遗传调控的细胞特异性难题。

• 图谱构建：绘制含 4341 个独立 eQTL、2768 个 eGene 的肺单细胞 eQTL 图谱，巨噬细胞（MP）、肺泡 2 型上皮细胞（AT2）占比最高；

• 细胞特异性：超 60% sc-eQTL、51% eGene 具细胞特异性，仅 51.7% sc-eQTL 在批量数据中可检测；

• 易感基因筛选：整合 GWAS 识别 28 个已知、24 个新肺癌易感基因，AT2 细胞、MP 是核心调控细胞；47% 风险位点具细胞特异性多效性；

• 功能验证：DLX3（新基因）在 AT2 细胞中高表达，rs3848456 变异增强其增强子活性，促进 AT2 细胞增殖、恶性转化；

• 药物靶点：14 个易感基因具可药性，CLDN18、DLX3 为潜在肺癌治疗靶点。

  

Figure 1：中国 LungSCeQTL 队列的人类肺细胞图谱

这张图完整呈现了研究队列设计、肺细胞分群及影响细胞组成的关键因素，首先展示了研究从 222 名中国受试者采集肺组织、血液样本，开展 SNP 基因分型、单细胞及批量 RNA 测序的整体流程；随后通过 UMAP 图清晰划分出 21 种转录特征各异的肺细胞类型，同时用小提琴图验证了各细胞类型特异性标志物基因的表达模式；接着统计了测序后各细胞类型的细胞数量及在个体中的占比分布，最后量化分析了吸烟、慢性呼吸道疾病、BMI 等宏观变量对肺组织细胞组成的影响，明确吸烟是调控肺细胞构成的最主要因素，且对单核细胞和 AT2 细胞的影响最为显著。

Figure 2：中国 LungSCeQTL 队列中跨细胞类型的 eQTL 定位

该图系统解析了 17 种高代表性肺细胞类型中 eQTL 的分布特征、细胞间共享规律及遗传调控关联性，首先通过条件 eQTL 分析，展示了两轮条件分析后各细胞类型中排名前三的独立 eQTL 数量分布；接着呈现了独立 eQTL、eGene 数量与对应细胞类型细胞数的相关性，证实细胞捕获数量而非样本总量是影响 eQTL 检出的关键；随后通过细胞类型间 eQTL 效应值共享比例热图，揭示了亲缘关系近的细胞谱系（如 AT2 与 AT1）eQTL 共享度更高，而不同谱系（如 AT2 与 NKT）共享度低；最后利用条件回归后的非显著 eSNP 比例热图，进一步证明遗传调控在同源细胞类型中重叠性更强，凸显肺细胞间遗传调控的异质性。

Figure 3：sc-eQTL 与批量 eQTL 及既往研究的对比分析

这张图从一致性、检出率、可重复性三个维度，对比了单细胞 eQTL、批量 eQTL 及 Natri 团队既往肺 sc-eQTL 研究的差异，首先统计了单细胞 eQTL 与批量 eQTL 的等位效应方向一致性，显示多数细胞类型方向一致率较高；接着量化了单细胞 eQTL 在批量数据中达到显著水平的比例，证实超半数 sc-eQTL 无法被批量测序检出；随后反向分析批量 eQTL 在单细胞数据中的重叠情况，明确批量数据仅能捕获少数细胞类型特异性 eQTL；最后通过 Z 值对比，展示了本研究中国人群 sc-eQTL 与 Natri 团队欧洲纤维化人群研究的可重复性，既验证了部分保守信号，也揭示了人群背景、疾病状态带来的差异。

Figure 4：肺癌 GWAS 风险位点靶易感基因的解析

该图整合多组学数据，精准定位了已知 NSCLC 风险位点中的因果基因及作用细胞类型，首先用饼图呈现结合 sc-eQTL、批量 eQTL 和染色质开放数据后，对肺癌 GWAS 位点的注释分类；随后用热图展示不同细胞类型中，与 NSCLC、肺腺癌风险共定位基因的后验概率，明确上皮细胞（尤其 AT2）和免疫细胞是风险基因的主要作用载体；最后以 TP63（rs36108040）和 BPTF（rs12602655）为例，通过等位基因表达小提琴图、区域关联图和染色质开放信号轨迹，直观呈现风险位点在特定细胞类型中调控靶基因表达、与 GWAS 信号共定位的具体机制，揭示基因调控的细胞特异性和双向调控特征。

Figure 5：新型肺癌易感位点靶基因的解析

这张图聚焦 TWAS 和共定位分析发现的新型肺癌易感基因，解析其细胞定位、调控机制及人群验证结果，首先用饼图分类新型易感位点基因，区分上皮、免疫细胞特异性调控及染色质开放关联情况；接着用热图展示新型基因在 NSCLC、肺腺癌、肺鳞癌中的共定位后验概率，突出免疫细胞（尤其巨噬细胞）和 AT2 细胞富集新型易感基因；最后以 CLDN18（rs62280602）和 DLX3（rs3848456）为例，通过等位基因表达、区域关联及染色质开放轨迹，验证新型风险位点在 AT1/AT2 细胞中调控靶基因、驱动肺腺癌发生的作用，同时证实这些位点在欧洲人群中具有可重复性。

Figure 6：DLX3 在 AT2 细胞中的功能机制

该图通过体外功能实验，系统验证了新型易感基因 DLX3 在 AT2 细胞中促进肺腺癌发生的分子机制，首先通过双荧光素酶报告实验，证明 rs3848456 [A] 等位基因能增强 AT2 细胞中 DLX3 的增强子活性；随后用蛋白质印迹实验验证了 DLX3 敲低和过表达的效率；接着通过 MTT 细胞活力实验、克隆形成实验，证实 DLX3 能正向调控 AT2 细胞的增殖能力；最后通过 qRT-PCR 检测基因表达变化，发现 DLX3 敲低会促进 AT2 向 AT1 分化、抑制肺腺癌可塑性标志物表达，而过表达则相反，明确 DLX3 通过调控 AT2 细胞表型转化，推动肺腺癌恶性转化的关键作用。

本研究成功构建全球最大规模中国人正常肺组织单细胞 eQTL 图谱，明确肺组织遗传调控具有高度细胞特异性，传统批量分析严重低估细胞特异性调控变异。证实肺泡 2 型上皮细胞（AT2）和巨噬细胞是介导肺癌遗传易感性的关键细胞，发现 24 个全新肺癌易感基因，解析 47% 风险位点的细胞特异性多效调控机制。功能实验验证 DLX3 在肺腺癌发生中的关键作用，筛选出多个可用药靶点，为解析肺癌遗传机制、开发精准防治策略提供核心数据与理论支撑。

局限性：稀有细胞捕获不足、仅体外验证 DLX3 功能、样本均为中国人群，跨人群普适性待验证；未分析反式 eQTL。展望：富集稀有细胞完善图谱、开展体内实验验证基因功能、拓展多族群研究、解析反式 eQTL 调控网络，助力肺癌精准医疗。

文献来源：Fu Y, Wang Y, Jin C, Zhang C, Cai J, Gong L, Jin C, Ji C, Mou Y, Zhang C, Wu S, Ge X, Dai Y, Miao S, Ma H, Ma X, Wang M, Bian L, Zhang E, Dai J, Hu Z, Jin G, Zhu M, Shen H, Ma H. Single-cell eQTL mapping reveals cell-type-specific genetic regulation in lung cancer. Cell Genom. 2026 Mar 11;6(3):101100. doi: 10.1016/j.xgen.2025.101100. Epub 2025 Dec 11. PMID: 41386230; PMCID: PMC12985386.