YEATS4解读组蛋白巴豆酰化以促进脂肪酸代谢与乳腺癌干细胞特性的机制研究

本研究针对组蛋白巴豆酰化(H3Kcr)识别机制不清的问题，揭示了YEATS4作为H3K14cr特异性阅读器，通过激活CD36/CPT1A/ACOX1等脂肪酸代谢基因表达，增强ALDH+乳腺癌干细胞自我更新能力。研究发现YEATS4在ER+乳腺癌中高表达且与不良预后相关，为靶向脂代谢-表观遗传交叉调控提供了新策略。

　　

在肿瘤生物学研究领域，表观遗传调控与代谢重编程的交互作用一直是科学家关注的焦点。组蛋白修饰作为表观遗传的重要机制，通过改变染色质结构调控基因表达，其中组蛋白巴豆酰化(histone crotonylation, Kcr)作为一种新型酰化修饰，其生物学功能和识别机制仍存在大量未知。特别值得注意的是，巴豆酰化的供体crotonyl-CoA直接来源于脂肪酸β-氧化代谢过程，这暗示了代谢与表观遗传之间可能存在密切的对话机制。

此前研究发现，YEATS结构域蛋白家族成员能够识别多种组蛋白酰化修饰，但YEATS4（又称GAS41）的具体功能和识别特性尚不明确。尤其引人关注的是，两项独立的基因组关联分析研究均将YEATS4鉴定为乳腺癌的潜在驱动基因，这促使研究人员深入探索YEATS4在乳腺癌发生发展中的具体作用机制。

在这项发表于《Cell Reports》的研究中，Peng等人系统阐明了YEATS4作为H3K14cr特异性阅读器的分子机制及其在乳腺癌代谢调控中的关键作用。研究人员首先通过表面等离子共振(SPR)和等温滴定量热(ITC)技术证实YEATS4对多种组蛋白巴豆酰化修饰具有识别能力，其中对H3K14cr的亲和力最高。分子机制研究表明，YEATS4通过其YEATS结构域中Y74和W93芳香族残基形成π-π-π sandwich结合口袋，特异性识别H3K14cr修饰。

为探究YEATS4的生物学功能，研究团队整合了多组学分析技术。代谢组学分析显示，YEATS4缺失导致细胞中多种酰基肉碱和酰基辅酶A水平显著降低，特别是脂肪酸β-氧化过程中的关键代谢物如棕榈酰肉碱、硬脂酰肉碱和crotonyl-CoA等。进一步的转录组与表观基因组分析发现，YEATS4与H3K14cr共同结合在脂肪酸代谢相关基因（如CD36、CPT1A和ACOX1）的启动子区域，激活这些基因的转录表达。

研究人员发现YEATS4在ER阳性乳腺癌中显著高表达，且其表达水平与患者不良预后密切相关。特别值得注意的是，在具有干细胞特性的ALDH+乳腺癌细胞中，YEATS4表达和H3K14cr水平均显著升高。功能实验表明，YEATS4通过促进脂肪酸摄取和β-氧化代谢，增强乳腺癌干细胞的自我更新能力和肿瘤形成能力。动物实验进一步证实，YEATS4缺失显著抑制肿瘤生长，而过表达CD36、CPT1A或ACOX1能够挽救YEATS4缺失引起的表型。

本研究采用了多种关键技术方法：包括表面等离子共振(SPR)和等温滴定量热(ITC)分析蛋白-组肽相互作用；CUT&Tag测序技术绘制全基因组范围内YEATS4和H3K14cr的结合图谱；液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)进行非靶向和靶向代谢组学分析；体外和体内功能实验（包括细胞增殖、干细胞特性分析和异种移植瘤模型）验证YEATS4的生物学功能；使用临床乳腺癌组织样本（包括31对癌与癌旁组织阵列和110例临床样本）进行组织芯片和免疫组化分析。

YEATS4是H3K14cr的表观遗传阅读器

研究人员通过重组蛋白纯化和生物物理分析发现，YEATS4能够识别多个组蛋白巴豆酰化位点，其中对H3K14cr的亲和力最高。ITC实验证实YEATS4与H3K14cr肽段的结合常数(Kd)为5.2μM，而Y74A和W93A突变完全消除了这一相互作用。免疫共沉淀实验进一步验证了YEATS4与H3K14cr在细胞内的结合。

YEATS4影响细胞代谢组学特别是脂肪酸代谢

通过LC-MS/MS代谢组学分析，发现YEATS4缺失导致125种代谢物下调和110种代谢物上调。下调代谢物显著富集于极长链脂肪酸β-氧化通路，多种酰基肉碱水平明显降低。靶向代谢组学证实YEATS4缺失细胞中乙酰肉碱、癸酰肉碱、棕榈酰肉碱等水平下降，同时长链脂肪酸辅酶A（包括棕榈酰辅酶A、硬脂酰辅酶A）以及crotonyl-CoA和乙酰辅酶A也显著减少。

YEATS4转录靶点的全基因组鉴定

CUT&Tag测序分析在MCF-7细胞中鉴定出58,521个YEATS4结合峰和18,987个H3K14cr结合峰，其中29.0%的YEATS4峰与89.4%的H3K14cr峰重叠。这些共同结合峰对应10,461个基因，其中YEATS4/H3K14cr激活的基因显著富集于PPAR信号通路等脂代谢相关通路。qChIP实验证实YEATS4和H3K14cr在CD36、CPT1A和ACOX1基因调控元件的富集。

YEATS4增强乳腺癌细胞中脂肪酸摄取和代谢

功能实验表明，YEATS4缺失显著抑制了BODIPY FL C16标记的脂肪酸摄取和BODIPY 493/503标记的脂滴积累，而野生型YEATS4而非Y74A/W93A突变体能挽救这一表型。YEATS4缺失还降低了细胞ATP水平和氧消耗率(OCR)，而过表达CD36、CPT1A或ACOX1能恢复FAO活性。

YEATS4在乳腺癌中扩增和过表达并增强癌细胞干性

生物信息学分析显示，YEATS4在乳腺癌中存在频繁扩增，尤其在ER阳性亚型中更为常见。临床样本分析发现，39例ER阳性样本中有5例存在YEATS4扩增，而71例ER阴性样本中未见扩增。在ALDH+乳腺癌干细胞中，YEATS4表达和H3K14cr水平均显著升高，YEATS4缺失降低了ALDH+细胞比例和干细胞自我更新能力。

YEATS4促进BALB/c裸鼠中乳腺癌异种移植瘤的生长

体内实验表明，YEATS4缺失显著抑制肿瘤生长，而野生型YEATS4而非DNA结合突变体能恢复肿瘤生长表型。从肿瘤中分离的ALDH+细胞比例在YEATS4缺失组显著降低，过表达CD36、CPT1A或ACOX1能部分挽救YEATS4缺失引起的肿瘤生长抑制。

YEATS4阅读H3K14cr在乳腺癌中的临床病理学意义

免疫组化分析显示，YEATS4和H3K14cr在乳腺癌组织中的表达显著高于癌旁组织，且两者表达呈正相关。组织芯片分析发现YEATS4在高级别（III级）肿瘤中表达最高。生存分析显示YEATS4高表达与ER阳性乳腺癌患者的不良预后显著相关。

本研究系统揭示了YEATS4-H3K14cr轴在乳腺癌代谢重编程和干细胞特性调控中的核心作用。YEATS4通过识别H3K14cr修饰，激活脂肪酸摄取和β-氧化代谢相关基因表达，促进crotonyl-CoA生成，从而形成组蛋白巴豆酰化与脂肪酸代谢之间的前馈循环放大机制。这种代谢-表观遗传交叉调控在ER阳性乳腺癌和ALDH+癌症干细胞中尤为显著，为理解肿瘤代谢适应性提供了新视角。

研究的创新性在于首次将YEATS4确定为H3K14cr的特异性阅读器，并建立了从表观遗传阅读到代谢重编程再到癌症干细胞特性调控的完整信号轴。研究发现不仅深化了对组蛋白巴豆酰化生物学功能的理解，而且为开发靶向YEATS4-H3K14cr轴的乳腺癌治疗策略提供了理论依据。特别是针对ER阳性乳腺癌患者，YEATS4可能成为一个有前景的诊断标志物和治疗靶点。

需要注意的是，本研究主要集中于乳腺癌模型，YEATS4-H3K14cr轴在其他生理病理背景下的功能仍需进一步探索。此外，YEATS4还能识别其他组蛋白巴豆酰化修饰（如H3K27cr），这些修饰在代谢基因调控中的协同或拮抗作用值得深入研究。未来研究可关注YEATS4抑制剂开发及其与现有治疗方法的联合应用潜力，为乳腺癌治疗提供新思路。