2025-06-24
文章题目： Integration of epigenomic and transcriptomic profiling uncovers EZH2 target genes linked to cysteine metabolism in hepatocellular carcinoma
中文标题： 表观组与转录组联合分析揭示EZH2调控半胱氨酸代谢的靶基因并助力肝癌治疗
发表期刊： Cell Death and Disease
影响因子： 9.6
发表时间： 2024年
研究对象： 肝癌细胞系
涉及组学： scRNA-Seq、bulk RNA-Seq、CUT&Tag、ATAC-seq等
研究背景
肝细胞癌（HCC）是全球范围内主要的癌症死亡原因之一，其发病机制复杂，涉及细胞突变、表观遗传修饰异常以及代谢紊乱。EZH2是PRC2复合体的核心催化亚基，通过H3K27me3修饰抑制基因表达，在多种癌症中过表达，并与HCC的恶性进展、免疫逃逸和药物耐受性相关。尽管EZH2抑制剂Tazemetostat已在其他肿瘤中获批应用，但其在HCC中的靶基因及作用机制尚不明确。此外，半胱氨酸代谢和铁死亡在HCC中扮演重要角色，但EZH2如何通过表观遗传调控影响这些过程尚不清楚。因此，本研究旨在通过整合表观组学和转录组学分析，揭示EZH2在HCC中的靶基因，特别是那些与半胱氨酸代谢和铁死亡相关的基因，为HCC的表观遗传治疗提供新的理论依据。
研究路线
步骤1
EZH2功能干预实验设计
研究团队采用两种方式下调EZH2功能：其一是利用FDA已批准的EZH2小分子抑制剂Tazemetostat处理HCC细胞系；其二是通过siRNA介导的EZH2沉默，从而系统地干预EZH2催化的H3K27me3修饰水平，验证其对转录组的影响。
步骤2
多组学联合测序分析
在EZH2干预处理后，对HepG2等肝癌细胞系开展RNA-seq用于获得差异表达基因，同时进行CUT&Tag测定EZH2介导的H3K27me3分布变化，并辅以ATAC-seq检测染色质可及性变化，解析染色质状态与转录激活之间的关系。
步骤3
整合分析锁定关键靶点基因
研究通过交叉比对转录组差异上调基因、CUT&Tag中H3K27me3降低的区域以及ATAC-seq中染色质开放区域，筛选出16个EZH2调控的关键靶点基因，重点关注与硫氨基酸代谢相关的BHMT和CDO1，并辅以HNF4α结合位点的ChIP-seq数据验证其调控关系。
步骤4
功能实验验证机制可靠性
通过细胞活力检测和脂质过氧化物（ROS）积累测定，验证EZH2抑制对铁死亡通路的影响；此外，通过敲低BHMT/CDO1等基因观察脂质ROS的变化，进一步确定EZH2通过代谢调控影响细胞死亡机制。
分析内容
1.EZH2高表达预示肝癌患者不良预后
在TCGA和GEO多个HCC队列中，研究发现EZH2的mRNA和蛋白在肿瘤组织中显著升高，尤其在LIHC患者中表现出高度表达，并与更短的总生存期（OS）和无病生存期（DFS）显著相关。进一步分析其PRC2复合物的关键亚基SUZ12和EED也呈现相似趋势，显示出EZH2通路的广泛激活状态。通过蛋白组数据和基因表达数据库进一步证实其临床重要性，提示EZH2可能为预后评估与靶向治疗的潜在标志物。
2.EZH2抑制逆转HCC恶性基因表达谱
利用Tazemetostat或siRNA处理肝癌细胞后，RNA-seq结果显示EZH2抑制可显著恢复多个被沉默的抗癌基因（如IGFBP4、CDH1、PCK1）的表达。同时，GO富集分析显示EZH2抑制上调了一系列代谢相关通路，如脂质合成、硫氨基酸代谢和氧化还原平衡，而下调了肿瘤进展相关的血管生成、伤口愈合、细胞周期等通路。这些数据表明EZH2通过表观机制广泛重编程HCC细胞的转录谱，参与肿瘤代谢适应与恶性行为调控。
3.CUT&Tag揭示EZH2调控的关键表观位点
CUT&Tag实验揭示EZH2通过H3K27me3在基因启动子区域介导转录抑制，尤其是BHMT和CDO1等代谢关键基因。在EZH2抑制后，这些基因的H3K27me3富集显著减少，提示表观层面的“释放”作用。共识分析发现EZH2主要靶向半胱氨酸代谢、单羧酸代谢和蛋白质代谢等路径，为理解其介导肝癌代谢重塑提供了新线索。该发现也为靶向EZH2以恢复代谢稳态提供了理论依据。
4.染色质可及性变化促进转录激活
ATAC-seq显示EZH2抑制使多个调控区域染色质开放性显著上升，特别是在HNF4α、CEBP和ATF等肝细胞核心转录因子的结合位点。这种开放结构与CUT&Tag中H3K27me3下降区域高度重合，进一步说明EZH2通过表观压制调控染色质结构。综合多组学数据，研究筛选出16个EZH2调控的核心靶基因，其中BHMT和CDO1最为显著，验证了EZH2通过染色质构象重塑调控代谢相关基因表达的机制。
5.BHMT与CDO1在肝细胞中特异表达并受EZH2抑制
单细胞转录组数据揭示BHMT和CDO1在正常肝细胞中高度表达，而在肝癌组织中几乎沉默。多个HCC人群队列验证了这两个基因在癌组织中的显著下调。蛋白组数据也证实其在肿瘤组织中表达量下降。进一步的生存分析表明，BHMT与CDO1表达低的患者群体预后显著较差。研究还构建了基于EZH2、BHMT和CDO1的风险评分模型，有效区分高危与低危患者群体，提示其联合作为预后评分工具的潜力。
6.EZH2抑制激活铁死亡通路，诱导ROS积累
EZH2抑制剂Tazemetostat显著抑制肝癌细胞活力，并导致脂质ROS积累增强。进一步的机制分析发现，该效应主要通过恢复BHMT和CDO1表达，引发细胞内半胱氨酸耗竭，从而激活铁死亡程序。同时，EZH2抑制还下调了多个铁死亡负调控因子（SLC7A11、FSP1、NFS1），形成协同放大效应。虽然敲低BHMT和CDO1可部分减轻ROS积累，但不能逆转细胞死亡，提示多通路协同作用。此研究为靶向EZH2以激活铁死亡提供了全新策略。
研究总结
本研究系统整合表观组、转录组和染色质可及性数据，明确了EZH2在HCC中通过抑制BHMT和CDO1介导的半胱氨酸代谢，促进肿瘤细胞逃避铁死亡。同时验证其作为潜在靶点的治疗意义。该研究为HCC精准治疗提供了新机制支持，也强调了多组学联合分析在复杂疾病机制研究中的应用价值。
