转录组与表观遗传组整合分析揭示BCL6B调控人多能干细胞向内皮细胞分化的新机制

内皮细胞（Endothelial Cell，EC）是组成血管的基本单位之一，其在血管生成及维持血管功能和稳态中具有不可或缺的作用。人多能干细胞（human pluripotent stem cell， hPSC）具有多谱系分化潜能，是用于研究人EC分化和发育很好的体外模型。内皮细胞的分化过程经历血管中胚层细胞（vascular mesoderm cell, VMC）、内皮祖细胞（endothelial progenitor cell, EPC）再到EC的三个阶段，受表观遗传机制（如染色质可及性和组蛋白修饰）的精细调控。本研究以人多能干细胞（hPSCs）内皮分化为模型系统，通过整合RNA-seq、ATAC-seq及H3K4me3/H3K27ac/H3K27me3 ChIP-seq多组学数据，首次构建了hPSC向EC分化的表观遗传动态图谱。研究展示了染色质可及性、组蛋白修饰与转录调控网络的时空协同范式：ATAC-seq分析鉴定出6类阶段特异性开放染色质区域C1-C6，其中C5模块在EPC-EC阶段显著富集于ETS1、FLK1等重要血管发育基因调控区；H3K4me3宽域修饰(broad domain)（>5 kb）修饰主要标记细胞身份和命运决定相关基因，如在EPC和EC中FLK1和DLL4的启动子区域被H3K4me3宽域修饰，并与基因高表达水平密切相关。随后，通过整合染色质可及性及三种表观修饰（H3K4me3、H3K27ac和H3K27me3）数据，我们归纳出三类关键顺式调控元件（cis-regulatory element, CRE），并指出其在不同分化阶段具有显著分布差异。内皮分化调控关键基因的开放染色质区域常具备多种复合型CRE，比如在内皮祖细胞EPC, APLNR的启动子区具有2a型CRE修饰(开放染色质区域与单独H3K4me3) ， SOX17的启动子区则有2b型CRE修饰(开放染色质区域与H3K4me3和H3K27me3 双修饰并存)。 ETS1和FLK1基因内含子和启动子区域可具备1型CRE (开放染色质区域，H3K4me3 和 H3K27ac 修饰并存)，3型CRE(开放染色质区域和 H3K27ac 修饰)，体现出这些基因在表观遗传层面有不同的精细调控机制。

最后，我们将表观遗传图谱与单细胞转录组整合分析，筛选出内皮特异性转录因子BCL6B。基因敲除和过表达实验发现BCL6B为转录抑制因子，通过下调Notch信号通路基因和动脉内皮基因（如DLL4、NOTCH1等）的表达，负向调节动脉内皮基因网络，从而调控动静脉内皮的命运决定。

综上，我们绘制了人hPSC向EC分化的多组学表观遗传图谱，筛选并鉴定出 BCL6B为关键调控因子之一，为人内皮分化和多能干细胞研究提供了大量有价值的数据，对深入理解人血管发育机制及相关疾病模型构建提供了新的思路、理论基础与实验依据。

那洁副教授为该论文通讯作者，清华大学医学院已毕业博士朱咏林为本文第一作者。那洁实验室博士生刘金阳、山西医科大学博士生王佳等也对本研究做出了重要贡献。

本研究得到国家重点研发计划2022YFA1103103 和 2023YFA1800302，国家自然科学基金项目32270784 和 31970819，山西医科大学-清华大学医学院前沿医学协同创新中心，疑难重症与罕见病国家重点实验室的经费资助。