2025-06-24
文章題目： Integration of epigenomic and transcriptomic profiling uncovers EZH2 target genes linked to cysteine metabolism in hepatocellular carcinoma
中文標題： 表觀組(zu)與轉錄組(zu)聯合分析(xi)揭示EZH2調控半胱氨酸代(dai)謝的靶基因并助力(li)肝癌治療(liao)
發表期刊： Cell Death and Disease
影響因子： 9.6
發表時間： 2024年
研究對象： 肝癌細胞系
涉及組學： scRNA-Seq、bulk RNA-Seq、CUT&Tag、ATAC-seq等
研究背景
肝(gan)細胞癌(ai)（HCC）是全球范(fan)圍內(nei)主要的(de)癌(ai)癥死亡原因(yin)之一(yi)，其發(fa)病機(ji)制(zhi)復雜，涉及細胞突變、表(biao)觀(guan)遺(yi)傳修飾異(yi)常以及代(dai)謝紊亂。EZH2是PRC2復合體(ti)的(de)核心(xin)催化亞(ya)基(ji)(ji)，通過H3K27me3修飾抑制(zhi)基(ji)(ji)因(yin)表(biao)達(da)，在(zai)多種癌(ai)癥中(zhong)過表(biao)達(da)，并與(yu)HCC的(de)惡性進(jin)展、免疫逃逸和(he)(he)藥物耐受(shou)性相關。盡管EZH2抑制(zhi)劑Tazemetostat已在(zai)其他腫瘤(liu)中(zhong)獲批應用(yong)，但其在(zai)HCC中(zhong)的(de)靶基(ji)(ji)因(yin)及作用(yong)機(ji)制(zhi)尚不明確。此外，半(ban)胱氨酸代(dai)謝和(he)(he)鐵死亡在(zai)HCC中(zhong)扮演重(zhong)要角色，但EZH2如何通過表(biao)觀(guan)遺(yi)傳調控影響(xiang)這些(xie)過程(cheng)尚不清(qing)楚。因(yin)此，本研究旨在(zai)通過整合表(biao)觀(guan)組學(xue)和(he)(he)轉錄組學(xue)分析，揭(jie)示EZH2在(zai)HCC中(zhong)的(de)靶基(ji)(ji)因(yin)，特別是那些(xie)與(yu)半(ban)胱氨酸代(dai)謝和(he)(he)鐵死亡相關的(de)基(ji)(ji)因(yin)，為HCC的(de)表(biao)觀(guan)遺(yi)傳治療提供新的(de)理論依據。
研究路線
步驟1
EZH2功能干預實驗設計
研究團(tuan)隊采用兩種方式下(xia)調(diao)EZH2功(gong)能：其一是利用FDA已批準的EZH2小(xiao)分子抑制劑(ji)Tazemetostat處理HCC細胞系(xi)；其二(er)是通過siRNA介(jie)導的EZH2沉默(mo)，從(cong)而系(xi)統地(di)干預EZH2催化(hua)的H3K27me3修飾(shi)水(shui)平，驗證其對(dui)轉錄組(zu)的影響。
步驟2
多組學聯合測序分析
在(zai)EZH2干(gan)預處理后，對HepG2等肝癌細胞(bao)系開展RNA-seq用于(yu)獲得差異表達基(ji)因(yin)，同時進行CUT&Tag測(ce)定(ding)EZH2介導的(de)H3K27me3分布(bu)變化，并輔以(yi)ATAC-seq檢(jian)測(ce)染(ran)色(se)質(zhi)可及性變化，解析染(ran)色(se)質(zhi)狀態與轉錄激活之間的(de)關系。
步驟3
整合分析鎖定關鍵靶點基因
研(yan)究(jiu)通(tong)過交叉比對轉錄(lu)組差異上調基(ji)因(yin)、CUT&Tag中H3K27me3降低(di)的(de)區域以(yi)及ATAC-seq中染色質開放(fang)區域，篩選出16個EZH2調控的(de)關(guan)(guan)鍵(jian)靶點(dian)基(ji)因(yin)，重點(dian)關(guan)(guan)注(zhu)與硫氨基(ji)酸代謝相關(guan)(guan)的(de)BHMT和CDO1，并輔以(yi)HNF4α結合位點(dian)的(de)ChIP-seq數據驗證(zheng)其調控關(guan)(guan)系。
步驟4
功能實驗驗證機制可靠性
通(tong)過細胞(bao)(bao)活力檢測和脂(zhi)質(zhi)過氧化(hua)物(wu)（ROS）積累(lei)測定，驗證EZH2抑制對(dui)鐵死亡通(tong)路的影(ying)響(xiang)；此外，通(tong)過敲低(di)BHMT/CDO1等基因觀(guan)察脂(zhi)質(zhi)ROS的變化(hua)，進一(yi)步(bu)確定EZH2通(tong)過代謝調控影(ying)響(xiang)細胞(bao)(bao)死亡機制。
分析內容
1.EZH2高表達預示肝癌患者不良預后
在(zai)TCGA和(he)(he)GEO多個HCC隊列中，研究(jiu)發現(xian)EZH2的mRNA和(he)(he)蛋白在(zai)腫瘤組(zu)織中顯著(zhu)升(sheng)高，尤(you)其在(zai)LIHC患者中表現(xian)出高度表達(da)(da)，并與更短(duan)的總生(sheng)(sheng)存期（OS）和(he)(he)無病(bing)生(sheng)(sheng)存期（DFS）顯著(zhu)相(xiang)關(guan)。進一(yi)步分析其PRC2復(fu)合物(wu)(wu)的關(guan)鍵亞基(ji)(ji)SUZ12和(he)(he)EED也(ye)呈現(xian)相(xiang)似趨勢，顯示出EZH2通路的廣泛激活狀態。通過(guo)蛋白組(zu)數據(ju)和(he)(he)基(ji)(ji)因表達(da)(da)數據(ju)庫進一(yi)步證(zheng)實其臨(lin)床重要性，提示EZH2可能為預后評估與靶向治療的潛(qian)在(zai)標志(zhi)物(wu)(wu)。
2.EZH2抑制逆轉HCC惡性基因表達譜
利(li)用Tazemetostat或(huo)siRNA處(chu)理(li)肝癌細(xi)胞(bao)后，RNA-seq結果顯(xian)示EZH2抑制可顯(xian)著恢復多個(ge)被(bei)沉(chen)默(mo)的(de)(de)抗癌基因（如(ru)IGFBP4、CDH1、PCK1）的(de)(de)表達。同時，GO富集分(fen)析顯(xian)示EZH2抑制上調(diao)了(le)一(yi)系列(lie)代(dai)謝(xie)相(xiang)關通(tong)路(lu)(lu)，如(ru)脂質合(he)成、硫氨基酸(suan)代(dai)謝(xie)和氧化還原平(ping)衡，而下(xia)調(diao)了(le)腫(zhong)瘤進展相(xiang)關的(de)(de)血管(guan)生成、傷口愈合(he)、細(xi)胞(bao)周期等通(tong)路(lu)(lu)。這(zhe)些數據(ju)表明EZH2通(tong)過表觀機制廣泛(fan)重編(bian)程HCC細(xi)胞(bao)的(de)(de)轉錄譜，參與(yu)腫(zhong)瘤代(dai)謝(xie)適應與(yu)惡性行為(wei)調(diao)控。
3.CUT&Tag揭示EZH2調控的關鍵表觀位點
CUT&Tag實驗揭示EZH2通過H3K27me3在(zai)基因(yin)啟(qi)動子區域介(jie)導(dao)轉錄抑制，尤其是BHMT和(he)CDO1等代(dai)(dai)(dai)謝(xie)關鍵基因(yin)。在(zai)EZH2抑制后(hou)，這(zhe)些基因(yin)的(de)H3K27me3富(fu)集顯著(zhu)減少，提(ti)(ti)示表觀層面(mian)的(de)“釋放(fang)”作用。共識分析發現EZH2主要靶向半(ban)胱氨酸代(dai)(dai)(dai)謝(xie)、單羧(suo)酸代(dai)(dai)(dai)謝(xie)和(he)蛋白質代(dai)(dai)(dai)謝(xie)等路(lu)徑，為理解其介(jie)導(dao)肝癌代(dai)(dai)(dai)謝(xie)重(zhong)塑提(ti)(ti)供了(le)(le)新線(xian)索。該發現也為靶向EZH2以恢復代(dai)(dai)(dai)謝(xie)穩態提(ti)(ti)供了(le)(le)理論依(yi)據。
4.染色質可及性變化促進轉錄激活
ATAC-seq顯(xian)示(shi)EZH2抑制使(shi)多(duo)個(ge)調(diao)控(kong)區(qu)(qu)域染(ran)(ran)色(se)質(zhi)(zhi)開(kai)放性(xing)顯(xian)著上升，特別是在HNF4α、CEBP和ATF等肝細胞核心(xin)轉錄因(yin)子的(de)結合(he)位點。這(zhe)種開(kai)放結構與CUT&Tag中H3K27me3下降區(qu)(qu)域高度重合(he)，進一(yi)步說(shuo)明EZH2通過(guo)表(biao)觀壓制調(diao)控(kong)染(ran)(ran)色(se)質(zhi)(zhi)結構。綜合(he)多(duo)組(zu)學(xue)數(shu)據，研(yan)究篩選出16個(ge)EZH2調(diao)控(kong)的(de)核心(xin)靶基因(yin)，其中BHMT和CDO1最為顯(xian)著，驗證了EZH2通過(guo)染(ran)(ran)色(se)質(zhi)(zhi)構象(xiang)重塑調(diao)控(kong)代謝相關(guan)基因(yin)表(biao)達的(de)機制。
5.BHMT與CDO1在肝細胞中特異表達并受EZH2抑制
單(dan)細胞(bao)轉錄組(zu)數(shu)據揭示BHMT和CDO1在(zai)正常肝細胞(bao)中(zhong)高度表(biao)(biao)達(da)，而在(zai)肝癌(ai)組(zu)織(zhi)中(zhong)幾乎沉默。多個HCC人群(qun)隊列(lie)驗證了這(zhe)兩個基因在(zai)癌(ai)組(zu)織(zhi)中(zhong)的(de)顯著下調。蛋白(bai)組(zu)數(shu)據也證實其(qi)在(zai)腫瘤(liu)組(zu)織(zhi)中(zhong)表(biao)(biao)達(da)量下降。進一(yi)步的(de)生存分(fen)(fen)(fen)析表(biao)(biao)明，BHMT與CDO1表(biao)(biao)達(da)低的(de)患(huan)者(zhe)群(qun)體(ti)(ti)預(yu)后(hou)顯著較差。研(yan)究還構建了基于EZH2、BHMT和CDO1的(de)風險評(ping)(ping)分(fen)(fen)(fen)模型，有效區分(fen)(fen)(fen)高危與低危患(huan)者(zhe)群(qun)體(ti)(ti)，提示其(qi)聯合作為預(yu)后(hou)評(ping)(ping)分(fen)(fen)(fen)工具(ju)的(de)潛力。
6.EZH2抑制激活鐵死亡通路，誘導ROS積累
EZH2抑(yi)(yi)制(zhi)劑(ji)Tazemetostat顯著(zhu)抑(yi)(yi)制(zhi)肝(gan)癌細胞(bao)活(huo)力，并導(dao)致脂(zhi)質ROS積(ji)累增(zeng)強。進一(yi)步的(de)機制(zhi)分析(xi)發現，該效應(ying)主要通(tong)過(guo)恢復BHMT和CDO1表達，引發細胞(bao)內(nei)半胱氨酸耗竭，從而激(ji)(ji)活(huo)鐵(tie)死亡(wang)程序。同(tong)時，EZH2抑(yi)(yi)制(zhi)還下調了(le)多個鐵(tie)死亡(wang)負調控(kong)因子（SLC7A11、FSP1、NFS1），形成協同(tong)放大效應(ying)。雖然敲低BHMT和CDO1可部分減輕ROS積(ji)累，但不能逆(ni)轉(zhuan)細胞(bao)死亡(wang)，提(ti)示多通(tong)路協同(tong)作用。此(ci)研究為(wei)靶向EZH2以激(ji)(ji)活(huo)鐵(tie)死亡(wang)提(ti)供(gong)了(le)全新策略。
研究總結
本研(yan)究系統整合表觀(guan)組、轉錄(lu)組和染色質可及性數據，明確了EZH2在(zai)HCC中通(tong)過抑制BHMT和CDO1介導的(de)半(ban)胱氨酸(suan)代謝，促進腫瘤細(xi)胞逃(tao)避鐵死亡。同時(shi)驗(yan)證其作為潛在(zai)靶點的(de)治療(liao)意義。該(gai)研(yan)究為HCC精準治療(liao)提供(gong)了新機制支持，也強調了多組學聯合分析在(zai)復雜(za)疾病機制研(yan)究中的(de)應(ying)用(yong)價值。
