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超級增強子通過FOXA1調控SLC7A11介導前列腺癌雙硫死亡的新型機制

《Cell Death & Disease》：Super-enhancers mediates SLC7A11 via FOXA1 to regulate disulfidptosis in prostate cancer

【字體：大中小】 時間：2025年12月04日 來源：Cell Death & Disease 9.6

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　　本研究針對前列腺癌(PCa)治療挑戰，揭示了超級增強子(SEs)通過轉錄因子FOXA1調控SLC7A11表達，進而影響雙硫死亡(disulfidptosis)的新機制。研究人員通過多組學分析和基因編輯技術發現，位于chr14:37583488-37589585的FOXA1超級增強子在葡萄糖剝奪條件下可誘導SLC7A11高表達細胞發生細胞骨架崩潰。該研究為靶向SE/FOXA1/SLC7A11軸治療前列腺癌提供了新策略，尤其對葡萄糖代謝異常的腫瘤微環境具有重要治療意義。

前列腺癌是全球男性泌尿系統最常見的惡性腫瘤之一，尤其在西歐國家，新診斷的男性癌癥病例中約20%為前列腺癌，死亡率約為9%。雖然亞洲人群的發病率相對較低，但隨著生活方式改變和人口老齡化，中國的前列腺癌發病率正在穩步上升。早期前列腺癌通常對雄激素剝奪療法(ADT)反應良好，然而大多數晚期病例最終會進展為去勢抵抗性前列腺癌(CRPC)，后者更依賴于雄激素受體(AR)信號通路。作為一種所謂的"免疫冷"腫瘤，前列腺癌對免疫檢查點抑制劑反應不佳，這使得CRPC的治療尤為棘手。

程序性細胞死亡是清除異常細胞的關鍵機制，包括鐵死亡(ferroptosis)、自噬、免疫原性細胞死亡和壞死性凋亡(necroptosis)等多種亞型，這些都在癌癥治療中顯示出新興潛力。最近，一種新型的程序性細胞死亡方式——雙硫死亡(disulfidptosis)被提出，該過程依賴于細胞對胱氨酸的攝取和代謝。在葡萄糖限制條件下，SLC7A11高表達的腫瘤細胞無法有效還原胱氨酸，導致肌動蛋白細胞骨架內異常二硫鍵積累，引起細胞骨架崩潰和隨后的細胞死亡。SLC7A11在前列腺癌等多種癌癥中過度表達，可能在雙硫死亡調控中起關鍵作用。干擾SLC7A11表達與葡萄糖代謝抑制劑聯用，可增強前列腺癌細胞對雙硫死亡的敏感性并抑制增殖。然而，前列腺癌中雙硫死亡的調控機制仍不清楚，上游轉錄調控因子尚未明確鑒定。

超級增強子(SEs)是具有強轉錄活性的順式調控元件，富含H3K27ac等表觀遺傳標記，與多種癌癥中關鍵癌基因的表達密切相關。SEs可招募大量轉錄因子和共激活蛋白(如BRD4、MED1)來驅動MYC等癌基因的轉錄，使其成為重要的治療靶點。在前列腺癌中，AR信號通路也通過SEs調控關鍵致癌驅動因子。

本研究旨在通過整合藥理學干預、基因編輯和高通量組學方法，探討SE介導的SLC7A11表觀遺傳調控及其相關通路在前列腺癌雙硫死亡中的功能作用，以闡明PCa細胞中雙硫死亡的轉錄調控機制，為開發新型靶向治療提供理論基礎。該研究最終發表于《Cell Death & Disease》期刊。

為開展本研究，研究人員主要應用了以下關鍵技術方法：基于TCGA-PRAD和GEO數據庫的生物信息學分析建立診斷模型；免疫組化(IHC)檢測臨床樣本蛋白表達；細胞功能實驗(遷移、侵襲、凋亡檢測)；動物荷瘤模型；表觀基因組分析(ChIP-seq和CUT&Tag測序鑒定超級增強子)；CRISPR-Cas9基因編輯技術；靶向代謝組學分析；雙熒光素酶報告基因實驗驗證轉錄因子結合。

1. SLC7A11作為前列腺癌的生物標志物

通過整合TCGA-PRAD和GEO數據庫的837例前列腺癌樣本，研究人員構建了基于24個雙硫死亡相關基因的診斷模型。其中glmBoost+RF模型表現出最高的預測效能(C-index=0.76)，包含SLC7A11、FLNA、ACTB和MYH10等15個基因。SLC7A11、OXSM、RPN1和NDUFA11在癌組織中的表達顯著高于正常組織，且SLC7A11表達水平隨Gleason評分升高而增加。單細胞RNA測序顯示SLC7A11主要在前列腺癌惡性上皮細胞中表達。體外實驗證實PC-3和DU145細胞中SLC7A11表達最高，而正常前列腺上皮細胞RWPE-1中表達最低，表明SLC7A11可能作為前列腺癌的新型生物標志物。

2. SLC7A11在葡萄糖剝奪條件下促進細胞死亡

功能實驗表明，SLC7A11過表達顯著增強前列腺癌細胞的遷移和侵襲能力，而敲除則抑制這些表型。在裸鼠移植瘤模型中，SLC7A11過表達組腫瘤體積和重量顯著增加，Ki67表達升高。流式細胞術檢測發現，在葡萄糖充足條件下，SLC7A11不影響細胞凋亡，但在葡萄糖剝奪條件下，過表達組凋亡率顯著增加。免疫熒光顯示葡萄糖剝奪時SLC7A11過表達細胞出現F-肌動蛋白崩潰和細胞形態收縮，表明SLC7A11高表達在葡萄糖限制條件下可誘導細胞骨架破壞。

3. iBET-151抑制FOXA1表達

通過數據庫預測和共表達分析，鑒定出FOXA1是與SLC7A11相關性最高的轉錄因子(R=0.59)。超級增強子抑制劑iBET-151和JQ-1處理前列腺癌細胞后，FOXA1表達顯著下調。轉錄組測序顯示iBET-151處理后僅FOXA1顯著下調。空間轉錄組數據證實FOXA1和SLC7A11在腫瘤上皮和神經內分泌細胞中共表達，而在正常前列腺組織中同步低表達。

4. 超級增強子的鑒定

通過整合ChIP-seq和CUT&Tag測序數據，結合ROSE算法，在多株前列腺癌細胞(PC-3、C4-2B、22Rv1)中鑒定出FOXA1為超級增強子靶基因，而在正常前列腺上皮細胞RWPE-1中未見此調控。進一步定位到chr14:37583488-37589585區域的FOXA1超級增強子，CRISPR-Cas9靶向該區域的三個子區域(SE-sgRNA-1、2、3)均可顯著降低FOXA1表達。雙熒光素酶報告基因實驗證實該超級增強子可增強FOXA1啟動子活性。

5. FOXA1與SLC7A11啟動子相互作用的機制研究

分子對接預測FOXA1與SLC7A11啟動子存在兩個結合位點(TFBS1和TFBS2)。雙熒光素酶報告基因實驗顯示FOXA1過表達可增強SLC7A11啟動子活性，而位點突變則消除此效應。CUT&Tag-qPCR證實FOXA1可直接結合SLC7A11啟動子。在前列腺癌細胞中依次轉染SE-sgRNA可漸進性降低FOXA1和SLC7A11表達。靶向代謝組學顯示SLC7A11敲除引起氨基酸代謝、TCA循環和中心碳代謝重編程。

6. 葡萄糖抑制對前列腺癌進展的影響

SLC7A11過表達增強胱氨酸攝取，葡萄糖剝奪導致NADP⁺/NADPH比值升高，GSH水平下降。非還原性Western blot顯示葡萄糖剝奪時細胞骨架蛋白出現二硫鍵異常交聯。GLUT1抑制劑BAY-876可模擬葡萄糖剝奪效應，在體內顯著抑制SLC7A11高表達腫瘤的生長。免疫組化檢測4-HNE和cleaved caspase-3未見明顯差異，排除鐵死亡和凋亡參與。

7. FOXA1相關超級增強子在調控雙硫死亡中的作用

SE-sgRNA轉染可逆轉SLC7A11過表達引起的胱氨酸攝取增加、NADP⁺/NADPH比值升高和GSH水平變化。在葡萄糖剝奪條件下，SE抑制可保護細胞免受細胞骨架崩潰。細胞死亡抑制劑篩選實驗表明，僅SE抑制可特異性挽救雙硫死亡，而凋亡、鐵死亡、自噬和壞死性凋亡抑制劑均無效。功能回復實驗進一步證實FOXA1相關超級增強子通過調控SLC7A11表達在雙硫死亡中起關鍵作用。

本研究系統闡明了超級增強子-FOXA1-SLC7A11軸在前列腺癌雙硫死亡中的調控機制。在生理條件下，SLC7A11促進前列腺癌細胞增殖；在葡萄糖剝奪條件下，SLC7A11高表達通過破壞細胞氧化還原平衡，誘導細胞骨架二硫鍵異常交聯，最終導致雙硫死亡。位于chr14:37583488-37589585的FOXA1超級增強子作為關鍵調控節點，其活性受表觀遺傳調控劑影響。該研究不僅揭示了前列腺癌中一種新的細胞死亡調控通路，還為針對葡萄糖代謝異常腫瘤的治療提供了新策略。特別是BAY-876等葡萄糖代謝抑制劑在SLC7A11高表達腫瘤中的有效性，為臨床轉化提供了實驗依據。未來研究可進一步探索超級增強子調控網絡在前列腺癌代謝重編程中的廣泛作用，以及雙硫死亡與其他程序性細胞死亡方式的交叉對話。

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