缺氧诱导因子 HIF1α 在氯化钴诱导的缺氧环境中提升 mRNA 加帽酶表达的关键作用

为探究缺氧应激对 mRNA 加帽酶（CE）/ 胞质加帽酶（cCE）的影响，研究人员以氯化钴（CoCl2）诱导骨肉瘤细胞缺氧为模型展开研究。结果发现 CoCl2诱导的缺氧会提升 CE/cCE 表达，且 cCE 能调控部分 lncRNAs 稳定性。该研究揭示了 cCE 在缺氧调控中的新机制。

　　在肿瘤的发展进程中，缺氧是一个极为关键的因素，它能塑造肿瘤微环境，助力肿瘤转移。想象一下，肿瘤细胞就像一群 “狡猾的侵略者”，在缺氧的 “掩护” 下，不断壮大并向身体其他部位扩散。早在 1953 年，就有研究发现，缺氧的肿瘤细胞对放疗的反应远不如氧气充足的肿瘤细胞。后续更多研究揭示，缺氧对肿瘤细胞的代谢、血管生成能力以及对化疗和免疫治疗的敏感性都有着深远影响。

在应对缺氧的过程中，缺氧诱导因子（Hypoxia-inducible factors，HIFs）起着关键的调控作用，其中 HIF1α 是缺氧调控的 “总指挥” ，它能和组成性表达的 β 亚基协同工作，重新编程细胞的转录输出，帮助细胞抵抗缺氧压力。除了 HIF1α，非编码 RNA 如微小 RNA（microRNAs，miRNA）、长链非编码 RNA（long noncoding RNAs，lncRNA）、环状 RNA（circular RNAs，circRNA）以及一些表观遗传因素也参与其中。

然而，目前关于缺氧对 RNA 稳定性在转录后水平的影响，研究还不够全面。RNA 的 5′ 帽结构对其稳定性至关重要，但在缺氧应激下，这个结构会受到怎样的影响，仍是一个未解之谜。大多数由 RNA 聚合酶 II 转录的真核 RNA 都需要 5′ 帽结构，它由 N⁷ 甲基化鸟苷残基组成，由 RNA 鸟苷酸转移酶和 5′ - 磷酸酶（RNGTT） ，也就是 mRNA 加帽酶（mRNA capping enzyme，CE）添加到转录本的第一个核苷酸上。传统观念认为加帽过程发生在细胞核内，但后来发现，胞质中也存在加帽酶（cytoplasmic capping enzyme，cCE），它能对胞质中未加帽的转录本进行重新加帽，从而稳定这些转录本。cCE 在维持 “帽稳态” 以调控基因表达方面有着重要作用，它还能调节特定 mRNA 和 lncRNA 的稳定性和可翻译性。尽管 cCE 在氧化应激等过程中的作用已有所研究，但缺氧应激对 CE/cCE 的影响还无人探究。

为了解开这些谜团，来自国内的研究人员开展了相关研究。他们以氯化钴（CoCl₂）诱导的缺氧环境为研究模型，因为 CoCl₂是一种常用的缺氧模拟化合物，能在体外营造类似缺氧的环境。研究人员选用了骨肉瘤细胞系 U2OS 和 MG63，以及二倍体细胞系 hTERT RPE-1 作为实验对象。

该研究成果发表在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms》杂志上，为揭示缺氧调控机制提供了新的视角，有助于深入理解肿瘤在缺氧环境下的发展机制，为肿瘤治疗开辟新的方向。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是构建表达载体，将小鼠胞质限制性催化失活的加帽酶（K294A）克隆到 pLVX-TetOne-Puro 载体中；二是建立体外化学诱导缺氧细胞模型，用 CoCl₂处理细胞；三是通过染色质免疫沉淀和 HIF1α 抑制剂实验，探究相关蛋白与基因表达的关系；四是检测 cCE 靶向 lncRNAs 的稳态水平，分析 cCE 对 lncRNAs 的调控作用 。

研究结果

1. 缺氧模拟物 CoCl₂增强 U2OS 和 MG63 骨肉瘤细胞中 HIF1α 的表达：研究人员建立了体外化学诱导缺氧细胞模型，用 CoCl₂处理 U2OS、MG63 骨肉瘤细胞和 hTERT RPE-1 二倍体细胞。结果发现，CoCl₂诱导的缺氧能显著增强 U2OS 和 MG63 细胞中 HIF1α 的表达，这为后续研究 HIF1α 与 CE/cCE 的关系奠定了基础。
2. CoCl₂诱导的缺氧以 HIF1α 依赖的方式提升核 CE 和胞质 cCE 的表达：通过染色质免疫沉淀实验，研究人员发现 HIF1α 能与 RNGTT 启动子中含缺氧反应元件（HRE）的位点结合。同时，使用 HIF1α 抑制剂处理细胞后，CoCl₂诱导的 CE/cCE 表达升高现象被抑制。这表明 CoCl₂诱导的缺氧会通过 HIF1α 提升核 CE 和胞质 cCE 的表达。
3. cCE 在 CoCl₂诱导的缺氧中对其靶 lncRNAs 的稳定性起转录后调控作用：研究人员检测了在 CoCl₂诱导的缺氧条件下，表达 cCE 显性负突变体（K294A）的细胞中，先前验证的 cCE 靶向 lncRNAs 的稳态水平。结果发现，部分 lncRNAs 在 CoCl₂诱导的缺氧中表达上调，且 cCE 能调控它们的稳定性。这说明 cCE 在转录后水平对缺氧应答的 lncRNAs 起着重要的调控作用。

研究结论与讨论

该研究首次揭示了在 CoCl₂诱导的缺氧环境中，HIF1α 通过与 RNGTT 启动子中的 HRE 位点结合，上调了 CE/cCE 的表达。同时，cCE 在转录后水平调控了部分缺氧应答 lncRNAs 的稳定性。这一研究成果意义重大，不仅丰富了人们对缺氧调控机制的认识，也为肿瘤治疗提供了新的潜在靶点。未来的研究可以进一步探究 cCE 调控的 lncRNAs 在肿瘤发展中的具体功能，以及如何通过干预这一调控途径来抑制肿瘤的生长和转移，为攻克肿瘤疾病带来新的希望。