Adv Sci | 姚兵/占强/胡志林/向俊揭示HDAC1乳酸化促进结直肠癌铁死亡抵抗的机制

结直肠癌 （CRC） 细胞对铁死亡高度抵抗，这阻碍了抗铁死亡疗法的进一步应用。组蛋白去乙酰化酶 （HDAC） 与肿瘤发展相关，HDAC抑制剂 （HDACi） 可抑制肿瘤细胞功能。然而，HDACi在CRC治疗中的应用受剂量依赖性毒性限制。代谢异常是肿瘤的标志之一，乳酸化作为一种新的翻译后修饰，与肿瘤细胞命运密切相关。本研究旨在明确HDACi增加CRC细胞对铁死亡敏感性的机制，揭示组蛋白修饰和RNA甲基化修饰之间的相互作用，探究HDACi和铁死亡诱导剂 （FINs） 联合治疗CRC的潜力，为CRC治疗提供新的策略。

近日，南京医科大学姚兵、占强、胡志林教授联合复旦大学向俊教授在ADVANCED SCIENCE杂志在线发表了题为Lactylation of HDAC1 Confers Resistance to Ferroptosis in Colorectal Cancer的研究论文。该研究揭示了HDAC1的乳酸化在铁死亡调控中的作用，并阐述了组蛋白修饰和RNA甲基化修饰间的相互作用。HDACi通过抑制FSP1增加CRC细胞对铁死亡敏感性，具体机制为HDACi通过抑制HDAC1增加FTO和ALKBH5启动子区游H3K27ac修饰富集，二者激活后减少FSP1的m6A修饰致其降解；HDAC1K412的乳酸化对铁死亡的增敏调控至关重要。并且，HDACi和铁死亡诱导剂联合使用可成为CRC治疗的新策略。

研究人员在多种肿瘤细胞系中诱导铁死亡，发现CRC细胞系对铁死亡诱导显著抵抗。同时，用多种亚致死剂量的铁死亡诱导剂RSL3与化疗、靶向治疗和免疫治疗药物组合，发现HDACi中的伏立诺他 （SAHA） 对铁死亡有显著的增敏作用。研究人员通过RNA-seq分析发现SAHA治疗与铁死亡相关的重要途径有关，基因集富集分析 （GSEA） 也验证了铁死亡途径与SAHA治疗的显著关联。并且，体外实验进一步证实SAHA可增强RSL3的致死效应，且对其他FINs也有促进致死效应的作用。在体内实验中，SAHA与铁死亡诱导剂IKE联合使用可协同抑制肿瘤生长，与常规化疗 （5-氟尿嘧啶+奥沙利铂） 效果相似，且同时联合治疗组安全性更好。

进一步通过RNA-seq分析筛选出主要的铁死亡调节因子，发现SAHA和另一种HDACi （TSA） 可显著降低铁死亡防御基因FSP1的表达。在体内外实验中均证实FSP1在CRC中过表达，且FSP1可将泛醌 （CoQ） 还原为泛醇 （CoQH2） 来抑制铁死亡。在CRC细胞系中耗尽FSP1后，发现SAHA对RSL3诱导的脂质过氧化和细胞死亡的促进作用消失，对其他FINs的增敏作用也消失，而在SAHA和RSL3处理的CRC细胞中过表达FSP1可挽救促进的铁死亡，证实FSP1是HDACi诱导铁死亡敏感性的靶标。有趣的是，HDACi可降低FSP1的mRNA表达并加速其降解，通过液相色谱-质谱 （LC/MS） 分析发现HDACi显著抑制m6A RNA甲基化水平，但对m1A、m5C和m7G RNA甲基化无影响。研究证实HDACi可减少FSP1 mRNA中的m6A富集，且HDACi可提高两种主要的m6A修饰酶FTO和ALKBH5的表达。在CRC细胞系中过表达FTO和ALKBH5可导致FSP1的m6A水平和mRNA稳定性降低，进而降低FSP1表达，同时增强由各种FINs诱导的铁死亡。研究表明HDACi通过促进H3K27ac修饰来调节FTO和ALKBH5，从而增加它们的表达，最终导致FSP1 mRNA的m6A修饰减少，加速FSP1 mRNA的降解。

通过RNA下拉质谱分析发现m6A读取蛋白在FSP1 mRNA探针中有显著富集，其中IGF2BP1结合最显著，且通过RIP分析证实IGF2BP1与FSP1 mRNA相互作用，表明IGF2BP1是FSP1的m6A读取蛋白。HDACi不影响IGF2BP1的表达，但在CRC细胞中耗尽IGF2BP1可抑制FSP1的mRNA稳定性、mRNA表达和蛋白表达，同时使CRC细胞对各种FINs敏感。研究人员通过筛选针对特定HDAC的HDACi库，发现多种以HDAC1为交叉靶点的化合物可使RSL3诱导的铁死亡敏感化。使用siRNA库单独敲低每个HDAC的表达，发现敲低HDAC1可降低FSP1的mRNA表达，增加ALKBH5和FTO的表达，同时降低FSP1的蛋白表达，促进ALKBH5和FTO启动子上H3K27ac的富集，降低FSP1的m6A修饰和mRNA稳定性，使细胞对不同FINs诱导的铁死亡敏感化。在野生型HCT116细胞中SAHA可使铁死亡敏感化，但在HDAC1耗尽的HCT116细胞中未观察到这种增敏作用。

通过对CRC组织的LC/MS分析发现HDAC1-K412位点存在乳酸化修饰。在AOM/DSS诱导的CRC小鼠模型中SAHA也可显著抑制HDAC1-K412的乳酸化，这对其调控铁死亡至关重要。在HDAC1耗尽的CRC细胞中恢复野生型HDAC1和HDAC1-K412突变型，发现与野生型相比，HDAC1-K412R在促进FSP1、抑制FTO和ALKBH5方面效果显著受损，对H3K27ac的抑制作用更弱，且表达HDAC1-K412R的CRC细胞对FINs更敏感，SAHA不能使表达HDAC1-K412R的CRC细胞对RSL3诱导的铁死亡敏感化，证实HDAC1-K412的乳酸化在调节CRC中的m6A-FSP1-铁死亡轴至关重要。

综上所述，研究人员揭示了HDACi特异性靶向HDAC1，促进了FTO和ALKBH5的H3K27ac修饰。FTO和ALKBH5的激活导致FSP1 mRNA上m6修饰的减少，最终导致其降解，使CRC对铁死亡恢复敏感。HDACi对HDAC1K412乳酸化的抑制对于调控铁死亡也至关重要。这些发现不仅阐明HDACi抑制HDAC1乳酸化并通过HDAC1-FTO/ALKBH5-FSP1轴调控CRC细胞铁死亡的的关键机制，同时提出HDACi和FINs联合治疗作为一种创新和有效的治疗CRC的策略，为临床转化治疗提供了新的思路。

南京医科大学基础医学院姚兵副教授为论文的通讯作者，南京医科大学基础医学院胡志林教授、南京医科大学附属无锡人民医院占强教授和复旦大学向俊教授为本文共同通讯作者。复旦大学杨周博士后、苏伟博士、无锡市人民医院张清淋副教授和上海市肺科医院牛莉莉博士为本人共同第一作者。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202408845

制版人：十一

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