《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Epigenetic plasticity and chemoresistance in cancer: mechanisms, biomarkers, and translational opportunities for real-world evidence
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化疗耐药仍是实现肿瘤长期控制的主要障碍。现有证据表明，其并非仅由遗传选择驱动，更是一种受表观遗传调控的细胞状态动态变化过程。研究支持这样一种模型：部分肿瘤细胞通过药物耐受持久（DTP）状态存活于治疗压力下，该状态的特征包括慢周期、应激耐受、转录重编程以及与肿瘤
化疗耐药仍是实现肿瘤长期控制的主要障碍。现有证据表明，其并非仅由遗传选择驱动，更是一种受表观遗传调控的细胞状态动态变化过程。研究支持这样一种模型：部分肿瘤细胞通过药物耐受持久（DTP）状态存活于治疗压力下，该状态的特征包括慢周期、应激耐受、转录重编程以及与肿瘤微环境（TME）相互作用的改变。在此背景下，染色质重塑、组蛋白状态调控、染色质可及性、增强子重编程以及谱系可塑性成为核心机制，使肿瘤细胞能够在治疗压力下实现适应性生存，并促进向更稳定耐药表型的转变。这些机制也为将表观遗传疗法作为诱导、联合或再增敏策略提供了生物学依据。临床与转化研究显示，靶向表观遗传调节因子可能有助于恢复治疗敏感性，但现有证据仍呈异质性，体现在方案、终点和生物标志物采样策略的差异上。因此，表观基因组生物标志物在识别适应性细胞状态、监测靶点结合以及追踪耐药轨迹方面具有重要价值。真实世界数据（RWD）与真实世界证据（RWE）可通过捕捉治疗排序、异质性人群以及获批后的有效性和安全性模式，补充机制与临床研究。然而，其转化价值依赖于适用性设计、分析有效性、透明的来源追溯以及偏差识别方法，特别是在易混杂、终点误分类和非随机分子检测的序贯治疗场景中。本小型综述探讨了表观遗传可塑性如何驱动化疗耐药，以及表观基因组生物标志物和真实世界数据如何支持临床研究与更严谨的证据生成。
1 引言
化疗耐药日益被认为是由基因组进化与表观遗传可塑性共同塑造的动态过程。虽然基因突变赋予长期耐药性，但药物耐受持久（DTP）细胞的短暂存活代表了至关重要的非遗传前体。这些细胞利用代谢与转录重编程应对初始治疗压力，最终过渡到稳定的难治状态。因此，化疗耐药应更准确地视为克隆选择与治疗诱导的表型可塑性共同作用的结果。在该模型中，耐药性最初可能通过表观遗传适应出现，而非立即通过基因组逃逸实现。表观遗传可塑性通过实现无需DNA序列改变的快速染色质重塑与转录重编程，驱动了DNA修复增强、凋亡逃逸、代谢重编程以及干性特征获得或谱系不稳定的过程，这为开发表观遗传治疗药物与表观基因组生物标志物提供了强有力的依据。然而，其转化效用依赖于经过分析验证的检测方法、可重复的流程以及明确的方法学与转化标准。真实世界数据（RWD）与真实世界证据（RWE）能够将疗效评估从传统试验延伸至纵向治疗轨迹、异质性人群及获批后临床结局，在化疗耐药领域尤为相关，因为临床获益往往分布于序贯治疗决策中，而非单一的统一终点。但这些场景放大了对因果推断的威胁，包括指征混杂、时间零点错位和信息缺失偏倚。因此，RWD/RWE的价值在于其与研究目的适配、设计透明且与临床 estimand 在分析上保持一致。本综述首先探讨表观遗传可塑性在化疗耐药中的机制基础，重点关注DTP状态、染色质重塑与增强子重编程，随后讨论在稳健生物学与方法学严谨的研究设计基础上，表观基因组生物标志物与RWD如何支持转化证据生成。
2 化疗耐药中的表观遗传可塑性与药物耐受持久状态
化疗耐药是一个超越固定遗传改变渐进选择的动态多步骤过程。大量肿瘤细胞可通过可逆的非突变细胞状态转换在治疗中存活，这些短暂状态即DTP状态，其特征为增殖输出降低、应激适应、广泛转录重编程以及与肿瘤微环境相互作用的改变。DTP并非终末表型，而是一个允许在治疗急性压力下存活并可能进一步发展为更稳定耐药表型的中间适应性区室。这一观点将化疗耐药重新定义为治疗诱导的细胞状态转换连续体，而非静态二元结果。早期耐药不必源于即刻固定的基因组逃逸机制，肿瘤细胞可能首先进入以增殖减少、谱系通路失稳和生存通路重组为特征的应激耐受状态。研究已证实，可逆的药物耐受状态可由染色质介导并可被治疗靶向，这确立了表观遗传调控在早期治疗适应中的核心地位。DTP模型的核心启示在于，表观遗传可塑性提供了产生和维持这些适应性状态的调控架构。由于染色质状态可被快速重塑，表观遗传调控可在不改变DNA序列的情况下改变转录输出，使肿瘤细胞能够通过染色质可及性、组蛋白相关调控状态、增强子活性和转录回路的协同变化，获得适合化疗压力下生存的表型。因此，表观遗传可塑性不应仅被视为耐药的伴随特征，而是适应性生存的赋能机制。化疗施加了深远的选择与生理压力，为持续存活，肿瘤细胞必须抑制死亡通路、耐受复制与代谢压力、维持DNA损伤处理能力，并常削弱既有的分化特征。DTP并非被动残留细胞，而是主动维持的适应性状态，癌细胞在其中从增殖转向持久存活。其可逆性提示早期耐药在生物学上尚不稳定，因此在更顽固的耐药表型形成前仍可能被干预。该观点还将短期持久性与长期疾病演化联系起来，因为在可逆耐受状态下存活的细胞后续可能发生表型巩固或获得更稳定的耐药决定因素。表观遗传可塑性将细胞状态调控置于治疗压力下化疗耐药的中心位置，DTP细胞作为关键枢纽，展示了肿瘤细胞如何通过可逆的染色质介导适应在治疗中存活。
3 染色质重塑、组蛋白修饰与治疗诱导的转录适应
适应性化疗耐药的特征是在稳定遗传耐药建立之前发生的基因表达快速重组，这一过程依赖于动态染色质调控，其决定了调控DNA对转录因子与共调节因子的可及性。在此背景下，染色质重塑、染色质可及性改变与组蛋白状态调控是决定细胞退出治疗敏感状态并进入生存允许状态的主要因素。染色质重塑为这种适应性提供了结构基础，ATP依赖性复合物通过调控核小体定位与间距来控制启动子、增强子和其他顺式调控元件的可及性。在癌症中，这些复合物影响谱系保真度及在压力下利用替代调控程序的能力，治疗期间的重塑促进向持久性而非药物敏感性兼容的转录状态过渡。与此同时，染色质可及性的改变选择性激活新的转录因子网络，同时限制先前的谱系决定回路，这种可及性改变很可能直接促成而非仅仅反映耐药相关的状态转换。第二层功能耦合的机制来自组蛋白修饰，癌症相关的组蛋白修饰主要包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化，新证据还提示乳酸化、SUMO化及其他非经典标记的作用。组蛋白乙酰化通常由HATs/KATs和HDACs调控，一般通过染色质开放与转录激活相关。在癌症中，H4K16单乙酰化的全局缺失是肿瘤发生的早期渐进性标志，而启动子低乙酰化即使在无DNA甲基化的情况下也会导致抑癌基因沉默。相反，p300/CBP和KAT6A/B等乙酰转移酶的异常活性可能维持致癌转录。组蛋白甲基化的效应由其修饰残基与甲基化状态决定，EZH2的致癌功能获得突变（特别是滤泡性淋巴瘤中的Y641位点）会增加H3K27me3并促进抑癌基因抑制，其他参与的甲基转移酶还包括NSD2、SETD2和DOT1L。更广泛地，癌症常表现为H3K4me2/me3等激活标记的缺失，以及H3K9me2/me3和H3K27me3等抑制标记的增加。在治疗暴露的细胞中，这些调控状态可能强化促生存程序，同时抑制与增殖和分化相关的转录，在慢周期、应激耐受表型中尤为相关，此时肿瘤细胞必须重新平衡DNA损伤处理、凋亡调控、氧化应激反应和代谢适应。组蛋白状态调控因此稳定了更广泛的适应性表型，包括干性样和免疫逃逸状态。综上，染色质重塑、染色质可及性改变与组蛋白状态调控汇聚于转录适应，在化疗压力下，肿瘤细胞面临复制、蛋白稳态、代谢和DNA修复的急性压力，生存需要将转录优先级从原有生长程序转向状态特异的生存模块，这些程序通常集中于应激耐受、凋亡缓冲、修复能力、代谢灵活性以及谱系身份的局部失稳。该模型也支持将表观遗传疗法作为合理的再增敏或联合策略，尤其是针对适应性染色质状态在耐药表型固化之前进行干预。从机制上看，表观遗传介导的耐药主要由可逆细胞状态进入、染色质可及性改变、增强子重分布以及谱系约束的渐进丧失所驱动。
4 增强子重编程、谱系可塑性与耐药细胞状态转换
如果说染色质重塑与组蛋白状态调控为适应性耐药提供了允许性架构，那么增强子重编程则帮助确定了持续或耐药细胞所采用的转录身份。增强子是情境依赖的调控元件，整合转录因子、染色质可及性、信号输入与共调节因子募集，以控制谱系限制性基因表达。在治疗压力下，增强子景观可被重构，使恶性细胞激活替代转录回路，减弱谱系约束程序，并在药物暴露状态下稳定生存。因此，增强子重编程可被视为表观遗传可塑性转化为持久表型改变的核心机制。当治疗前转录状态不再与生存兼容时，该过程尤为重要，此时肿瘤细胞可将增强子活性重新分配至支持应激耐受、降低药物依赖和改变细胞身份的程序，通过重构主导增强子使用的转录因子网络，癌细胞可脱离治疗敏感的谱系状态，转向更适合持久存活的适应性表型。前列腺癌的最新研究阐明了这一原则，显示FOXA2依赖的AP-1中心回路重布线可通过大规模转录重编程驱动谱系可塑性。有必要区分状态适应与谱系重定型，在某些肿瘤中，治疗诱导的耐受状态使细胞仍与原谱系广泛相关，但获得了足够的调控灵活性以持续存活；而在其他肿瘤中，长期选择压力倾向于高谱系可塑性，细胞失去先前分化程序的特征，并获得本质上对治疗敏感性更低的新身份。前列腺癌中LKB1失活已被证明可促进表观遗传重塑、DNA低甲基化以及与抗雄激素耐药相关的AR非依赖谱系可塑性。更广泛地说，谱系可塑性现被视为治疗逃逸的主要组织原则。增强子重编程也解释了为何耐药状态常表现出干性特征、去分化或部分发育回归，一旦增强子重连的状态建立，肿瘤细胞可能获得新的转录依赖性，而非变得完全弥散或不可靶向，这些依赖性可存在于超级增强子回路、先锋因子伙伴关系、高阶增强子-启动子组装或谱系特异性共激活因子网络中。增强子-启动子枢纽的拓扑改变已被证明与获得性耐药相关的转录变化同步发生，支持耐药身份可在调控架构层面被稳定的观点。近期跨人类癌症的单细胞染色质可及性图谱强调了以高分辨率解析恶性调控状态的可行性，支持表观基因组方法作为追踪适应性轨迹的工具，而不仅仅是晚期耐药终点。这些转换也具有生物标志物意义，如果肿瘤通过改变身份而非仅突变靶点来逃逸治疗，基于终点的生物标志物可能错过正在进行的进程，更具信息量的读数可能包括增强子使用、染色质可及性和谱系转录回路。总体而言，这些机制最好被视为耐药连续体的关联组件，而非孤立事件：DTP形成反映了治疗压力下早期的 reversible 生存状态；染色质重塑与组蛋白状态调控为转录适应提供允许性与稳定性架构；增强子重编程帮助确定耐药转录身份；谱系可塑性则代表适应性生存可能巩固为持久治疗逃逸的更高级阶段。在该模型中，耐药更少由孤立的表观遗传改变驱动，而更多由随时间推移的染色质可及性、调控回路和细胞身份的协同变化所驱动。
5 转化性化疗耐药研究中的表观基因组生物标志物与真实世界数据
前述机制模型具有明确的转化意义。如果化疗耐药至少部分由表观遗传可塑性、DTP状态、染色质重塑与谱系重编程驱动，那么表观基因组生物标志物不仅能描述分子谱，还可能帮助定义细胞状态、评估靶点结合、估计治疗敏感性并追踪适应性重编程的时间动态。在此背景下，生物标志物可帮助识别最可能从表观遗传诱导中获益的肿瘤、确认靶标染色质调控、检测早期脱离耐受状态，并监测治疗期间代偿性染色质重编程或谱系转换。这一问题尤为重要，因为当前表观遗传再增敏的证据虽具前景，但在方法学上仍呈异质性：小型非随机队列、诱导方案多变、终点模糊、系列生物标志物采样有限以及信息缺失偏倚削弱了因果解释。铂耐药卵巢癌研究中低剂量地西他滨联合卡铂的方案显示了生物学合理性，更广泛的综述也支持靶向表观遗传调节因子以克服治疗耐药。临床实例有助于阐明表观遗传机制如何表现为可观察的治疗模式，而非仅停留在概念层面。在铂耐药卵巢癌中，卡铂前给予低剂量地西他滨提供了表观遗传再增敏的最清晰早期例证，其生物学与临床活性与甲基化相关铂耐药的逆转一致；相比之下，一项在部分铂敏感卵巢癌中的随机II期研究显示，该特定方案下的地西他滨联合卡铂降低了治疗可实施性且未改善疗效，凸显表观遗传诱导的临床价值取决于疾病背景、剂量与患者选择。在难治性非小细胞肺癌中，阿扎胞苷联合恩替诺特产生了客观持久缓解，并与血液生物标志物获益相关；在晚期乳腺癌中，同一组合基于表观遗传疗法可能恢复雌激素受体表达等治疗相关转录程序的原理被测试，以支持后续内分泌再挑战。这些研究共同提示，DNA甲基化与组蛋白状态调控不仅是适应性耐药的生物学合理贡献者，也可能塑造临床上可检测到的再增敏模式、异质性获益与情境依赖性失败。其他例子说明了特定表观遗传状态可作为治疗敏感或耐药的临床信息性生物标志物，典型案例如胶质母细胞瘤中MGMT启动子甲基化可识别更可能从替莫唑胺获益的肿瘤，直接将表观遗传沉默事件与化疗反应联系起来；在高浆卵巢癌中，BRCA1启动子定量甲基化也具有转化相关性，纯合或杂合BRCA1甲基化可预测rucaparib反应，而化疗后甲基化丢失则与获益丧失相关，支持表观遗传逆转可伴随获得性耐药的观点。液体活检研究进一步显示，循环肿瘤DNA中的BRCA1启动子高甲基化常在复发时逆转，该模式被解释为治疗耐药克隆的选择，并与较差的临床轨迹相关，这些例子尤其重要，因为它们表明表观遗传生物标志物不仅能捕获基线敏感性，还能捕捉从初始可靶向状态的动态逃逸。新兴血浆表观基因组方法通过使耐药细胞状态转换随时间可测量，进一步加强了机制与纵向临床观察的联系。在晚期前列腺癌中，靶向血浆DNA甲基化检测可无创识别神经内分泌前列腺癌，支持对难以通过系列组织记录的治疗耐药谱系可塑状态进行患者分层；与之互补的是，血浆游离DNA染色质免疫沉淀对增强子和启动子相关组蛋白标记的谱分析，捕捉了晚期前列腺癌的表型和临床异质性，支持染色质液体活检作为适应性肿瘤状态的读数。最直接的是，系列血浆表观基因组谱分析已检测到前列腺癌治疗中新出现的鳞状转化，表明谱系转换与转录重编程可实时追踪，而不仅仅在回顾性组织复发时推断。在真实世界或纵向诊疗环境中，这类观察可使表观遗传可塑性具备临床可操作性：不仅作为耐药的事后解释，而是作为可在序贯治疗、重复采样和疾病状态演变中追踪的动态过程。然而，更强的推断仍需要随机证据、谨慎的准实验RWD分析，或在明确关注偏倚的前提下将机制表观基因组发现与临床数据进行三角互证。这也说明了如何将分子与临床真实世界数据整合到一个支持互操作性、数据质量和伦理使用的结构化转化方法中，这在化疗耐药领域尤为相关，因为其治疗是序贯性的，获益往往体现为后线有效性、延长的至下次治疗时间或延迟进展，而非单一二元终点。表观基因组与RWD的整合在与特定临床目标和适用性终点挂钩时最为有效，在单臂研究中，表观基因组数据可通过提供分子一致的入组标准和药效动力学锚定来改善可比性，但无法解决指征混杂、时间零点错位或基线数据缺口；在获批后场景中，关联系统可将评估扩展至更广泛的人群，并为长期治疗使用提供依据。对于临床转化，生物标志物开发与伴随诊断策略需要一个明确的使用背景、结构化路径和可重复的报告标准。最后，RWD可能有助于优化治疗排序，包括诱导持续时间与方案选择的问题，尽管此类分析仍易受时间依赖性混杂、 immortal time bias和信息删失的影响。综合表观基因组-RWD研究的主要转化障碍通常是方法学与操作层面的，而非生物学层面，脆弱性的关键来源包括数据溯源不完整、组学结果与源临床记录关联不佳、检测不稳定、终点不一致、非随机分子检测以及非随机缺失的临床或组织数据。因此，一个简明的方法学与转化视角仍有价值，但应保持在综述生物学焦点之下。总体而言，表观基因组生物标志物与RWD不应被视为机制或前瞻性临床研究的替代品，而应作为互补的转化工具。
6 讨论
6.1 领域现有共识
现有证据支持一种模型，即化疗耐药不仅由遗传选择驱动，还由表观遗传调控的细胞状态适应驱动。在此模型中，DTP状态、染色质重塑、组蛋白状态调控、转录适应、增强子重编程和谱系可塑性不应被视为独立机制，而是耐药连续体的相互依赖层次，使肿瘤在治疗压力下得以生存，并随时间稳定地逃逸治疗。该模型已将领域从纯粹的终点导向耐药观推向动态观，即肿瘤细胞可通过可逆和适应性表型转换在治疗中存活，先于或平行于更稳定耐药状态的建立。第二项主要进展是认识到这些适应性状态不仅具有生物学意义，还可能具有治疗可操作性。如果早期耐药由染色质介导的可塑性维持，那么表观遗传疗法在耐药表型完全固化前用于破坏适应性状态时可能最为有效。该模型也支持开发能够捕捉状态转换、靶点结合和适应性重编程动态的表观基因组生物标志物，而非仅依赖静态终点分类。
6.2 尚未解决的问题
尽管概念上取得了进展，若干重大问题仍未解决。首先是机制层面：尚不清楚可逆持久状态如何转变为更持久的耐药表型，以及这一进程主要是由渐进性染色质强化、增强子重连、谱系重定型、微环境选择还是与后续遗传进化的相互作用所驱动。其次是时间层面：大多数现有研究未能充分解析适应性染色质变化何时为起始事件、何时为稳定事件、何时仅为持久性的次要伴随现象。第三是情境层面：本文讨论的许多机制，包括染色质重塑、增强子切换、干性相关程序和谱系可塑性，似乎高度依赖肿瘤类型和治疗方式，这使得区分普遍原则与谱系特异性轨迹变得复杂。此外还存在重大转化局限：支持表观遗传再增敏的临床文献仍呈异质性，诱导方案、终点、采样策略和分子读数差异显著，系列生物标志物采集通常稀疏，检测可重复性与跨平台可比性未得到一致证明。与此同时，真实世界证据仍易受指征混杂、时间零点错位、终点不一致、非随机分子信息和缺失偏倚的影响，这些问题限制了因果解释，并使将机制合理性与临床可信证据联系起来的努力复杂化。
6.3 持续存在的争议
若干争议仍在塑造该领域。其一关乎因果关系：非遗传可塑性是治疗逃逸的主要驱动力，还是主要为后期遗传选择争取时间的短暂缓冲机制。其二关乎稳定性：DTP状态是否代表一个独特的生物学区室，还是一个具有不同轨迹和治疗相关性的流体应激适应表型谱。其三关乎转化策略：表观遗传疗法应主要定位为再增敏工具、谱系状态调节剂，还是更广泛的联合用药。其四关乎生物标志物解读：动态表观基因组特征是否能达到足够的分析稳健性与临床特异性，以支持在不同研究、治疗场景和平台间的重复使用。
6.4 未来方向
未来工作应优先考虑纵向、单细胞和多模态设计，以在治疗暴露期间解析染色质状态、转录回路和谱系轨迹。需要更高的机制分辨率来区分对持久性功能必需的染色质变化与仅伴随适应性生存的变化。生物标志物开发应聚焦于适用性检测、系列采样策略、可重复的实施以及更好反映化疗耐药序贯性的临床可解释终点。真实世界研究应用于扩展而非替代机制和前瞻性调查，并应锚定于目标试验逻辑、透明溯源和偏倚感知分析。总体而言，该领域已果断转向将表观遗传可塑性视为治疗下肿瘤适应的核心。挑战不再是要确立非遗传耐药是否存在，而是要界定其在何时最为关键、如何被稳定，以及其哪些方面可以被足够严谨地测量与治疗利用，以改善患者结局。
