超级增强子通过FOXA1调控SLC7A11介导前列腺癌双硫死亡的新型机制

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

本研究针对前列腺癌(PCa)治疗挑战，揭示了超级增强子(SEs)通过转录因子FOXA1调控SLC7A11表达，进而影响双硫死亡(disulfidptosis)的新机制。研究人员通过多组学分析和基因编辑技术发现，位于chr14:37583488-37589585的FOXA1超级增强子在葡萄糖剥夺条件下可诱导SLC7A11高表达细胞发生细胞骨架崩溃。该研究为靶向SE/FOXA1/SLC7A11轴治疗前列腺癌提供了新策略，尤其对葡萄糖代谢异常的肿瘤微环境具有重要治疗意义。

　　

前列腺癌是全球男性泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一，尤其在西欧国家，新诊断的男性癌症病例中约20%为前列腺癌，死亡率约为9%。虽然亚洲人群的发病率相对较低，但随着生活方式改变和人口老龄化，中国的前列腺癌发病率正在稳步上升。早期前列腺癌通常对雄激素剥夺疗法(ADT)反应良好，然而大多数晚期病例最终会进展为去势抵抗性前列腺癌(CRPC)，后者更依赖于雄激素受体(AR)信号通路。作为一种所谓的"免疫冷"肿瘤，前列腺癌对免疫检查点抑制剂反应不佳，这使得CRPC的治疗尤为棘手。

程序性细胞死亡是清除异常细胞的关键机制，包括铁死亡(ferroptosis)、自噬、免疫原性细胞死亡和坏死性凋亡(necroptosis)等多种亚型，这些都在癌症治疗中显示出新兴潜力。最近，一种新型的程序性细胞死亡方式——双硫死亡(disulfidptosis)被提出，该过程依赖于细胞对胱氨酸的摄取和代谢。在葡萄糖限制条件下，SLC7A11高表达的肿瘤细胞无法有效还原胱氨酸，导致肌动蛋白细胞骨架内异常二硫键积累，引起细胞骨架崩溃和随后的细胞死亡。SLC7A11在前列腺癌等多种癌症中过度表达，可能在双硫死亡调控中起关键作用。干扰SLC7A11表达与葡萄糖代谢抑制剂联用，可增强前列腺癌细胞对双硫死亡的敏感性并抑制增殖。然而，前列腺癌中双硫死亡的调控机制仍不清楚，上游转录调控因子尚未明确鉴定。

超级增强子(SEs)是具有强转录活性的顺式调控元件，富含H3K27ac等表观遗传标记，与多种癌症中关键癌基因的表达密切相关。SEs可招募大量转录因子和共激活蛋白(如BRD4、MED1)来驱动MYC等癌基因的转录，使其成为重要的治疗靶点。在前列腺癌中，AR信号通路也通过SEs调控关键致癌驱动因子。

本研究旨在通过整合药理学干预、基因编辑和高通量组学方法，探讨SE介导的SLC7A11表观遗传调控及其相关通路在前列腺癌双硫死亡中的功能作用，以阐明PCa细胞中双硫死亡的转录调控机制，为开发新型靶向治疗提供理论基础。该研究最终发表于《Cell Death & Disease》期刊。

为开展本研究，研究人员主要应用了以下关键技术方法：基于TCGA-PRAD和GEO数据库的生物信息学分析建立诊断模型；免疫组化(IHC)检测临床样本蛋白表达；细胞功能实验(迁移、侵袭、凋亡检测)；动物荷瘤模型；表观基因组分析(ChIP-seq和CUT&Tag测序鉴定超级增强子)；CRISPR-Cas9基因编辑技术；靶向代谢组学分析；双荧光素酶报告基因实验验证转录因子结合。

1. SLC7A11作为前列腺癌的生物标志物

通过整合TCGA-PRAD和GEO数据库的837例前列腺癌样本，研究人员构建了基于24个双硫死亡相关基因的诊断模型。其中glmBoost+RF模型表现出最高的预测效能(C-index=0.76)，包含SLC7A11、FLNA、ACTB和MYH10等15个基因。SLC7A11、OXSM、RPN1和NDUFA11在癌组织中的表达显著高于正常组织，且SLC7A11表达水平随Gleason评分升高而增加。单细胞RNA测序显示SLC7A11主要在前列腺癌恶性上皮细胞中表达。体外实验证实PC-3和DU145细胞中SLC7A11表达最高，而正常前列腺上皮细胞RWPE-1中表达最低，表明SLC7A11可能作为前列腺癌的新型生物标志物。

2. SLC7A11在葡萄糖剥夺条件下促进细胞死亡

功能实验表明，SLC7A11过表达显著增强前列腺癌细胞的迁移和侵袭能力，而敲除则抑制这些表型。在裸鼠移植瘤模型中，SLC7A11过表达组肿瘤体积和重量显著增加，Ki67表达升高。流式细胞术检测发现，在葡萄糖充足条件下，SLC7A11不影响细胞凋亡，但在葡萄糖剥夺条件下，过表达组凋亡率显著增加。免疫荧光显示葡萄糖剥夺时SLC7A11过表达细胞出现F-肌动蛋白崩溃和细胞形态收缩，表明SLC7A11高表达在葡萄糖限制条件下可诱导细胞骨架破坏。

3. iBET-151抑制FOXA1表达

通过数据库预测和共表达分析，鉴定出FOXA1是与SLC7A11相关性最高的转录因子(R=0.59)。超级增强子抑制剂iBET-151和JQ-1处理前列腺癌细胞后，FOXA1表达显著下调。转录组测序显示iBET-151处理后仅FOXA1显著下调。空间转录组数据证实FOXA1和SLC7A11在肿瘤上皮和神经内分泌细胞中共表达，而在正常前列腺组织中同步低表达。

4. 超级增强子的鉴定

通过整合ChIP-seq和CUT&Tag测序数据，结合ROSE算法，在多株前列腺癌细胞(PC-3、C4-2B、22Rv1)中鉴定出FOXA1为超级增强子靶基因，而在正常前列腺上皮细胞RWPE-1中未见此调控。进一步定位到chr14:37583488-37589585区域的FOXA1超级增强子，CRISPR-Cas9靶向该区域的三个子区域(SE-sgRNA-1、2、3)均可显著降低FOXA1表达。双荧光素酶报告基因实验证实该超级增强子可增强FOXA1启动子活性。

5. FOXA1与SLC7A11启动子相互作用的机制研究

分子对接预测FOXA1与SLC7A11启动子存在两个结合位点(TFBS1和TFBS2)。双荧光素酶报告基因实验显示FOXA1过表达可增强SLC7A11启动子活性，而位点突变则消除此效应。CUT&Tag-qPCR证实FOXA1可直接结合SLC7A11启动子。在前列腺癌细胞中依次转染SE-sgRNA可渐进性降低FOXA1和SLC7A11表达。靶向代谢组学显示SLC7A11敲除引起氨基酸代谢、TCA循环和中心碳代谢重编程。

6. 葡萄糖抑制对前列腺癌进展的影响

SLC7A11过表达增强胱氨酸摄取，葡萄糖剥夺导致NADP⁺/NADPH比值升高，GSH水平下降。非还原性Western blot显示葡萄糖剥夺时细胞骨架蛋白出现二硫键异常交联。GLUT1抑制剂BAY-876可模拟葡萄糖剥夺效应，在体内显著抑制SLC7A11高表达肿瘤的生长。免疫组化检测4-HNE和cleaved caspase-3未见明显差异，排除铁死亡和凋亡参与。

7. FOXA1相关超级增强子在调控双硫死亡中的作用

SE-sgRNA转染可逆转SLC7A11过表达引起的胱氨酸摄取增加、NADP⁺/NADPH比值升高和GSH水平变化。在葡萄糖剥夺条件下，SE抑制可保护细胞免受细胞骨架崩溃。细胞死亡抑制剂筛选实验表明，仅SE抑制可特异性挽救双硫死亡，而凋亡、铁死亡、自噬和坏死性凋亡抑制剂均无效。功能回复实验进一步证实FOXA1相关超级增强子通过调控SLC7A11表达在双硫死亡中起关键作用。

本研究系统阐明了超级增强子-FOXA1-SLC7A11轴在前列腺癌双硫死亡中的调控机制。在生理条件下，SLC7A11促进前列腺癌细胞增殖；在葡萄糖剥夺条件下，SLC7A11高表达通过破坏细胞氧化还原平衡，诱导细胞骨架二硫键异常交联，最终导致双硫死亡。位于chr14:37583488-37589585的FOXA1超级增强子作为关键调控节点，其活性受表观遗传调控剂影响。该研究不仅揭示了前列腺癌中一种新的细胞死亡调控通路，还为针对葡萄糖代谢异常肿瘤的治疗提供了新策略。特别是BAY-876等葡萄糖代谢抑制剂在SLC7A11高表达肿瘤中的有效性，为临床转化提供了实验依据。未来研究可进一步探索超级增强子调控网络在前列腺癌代谢重编程中的广泛作用，以及双硫死亡与其他程序性细胞死亡方式的交叉对话。