DNMT3B通过甲基化修饰TAL1解除PKM2转录抑制进而激活糖酵解促进非小细胞肺癌进展

《Cell Division》：DNMT3B blocks TAL1-mediated PKM2 transcriptional repression to promote non-small cell lung cancer progression through inducing glycolysis

本研究针对非小细胞肺癌(NSCLC)高死亡率及治疗手段有限的问题，探讨了转录因子TAL1通过调控PKM2转录影响糖酵解进程的作用机制。研究发现DNMT3B介导的TAL1甲基化修饰可解除其对PKM2的转录抑制，从而激活糖酵解通路并促进NSCLC恶性进展。该研究为NSCLC代谢靶向治疗提供了新的理论依据。

肺癌是全球发病率最高、致死率最高的恶性肿瘤之一，其中非小细胞肺癌(NSCLC)占肺癌病例的85%，其五年生存率极不理想。尽管手术切除是早期NSCLC的标准治疗方案，化疗广泛应用于晚期患者，但靶向治疗耐药性问题日益凸显。代谢重编程是肿瘤的典型特征，其中瓦博格效应（即有氧糖酵解）通过促进肿瘤生存和酸化肿瘤微环境导致耐药性产生，因此靶向糖酵解代谢可能成为NSCLC的潜在治疗策略。

在这项发表于《Cell Division》的研究中，研究人员聚焦于转录因子TAL1（T-cell acute lymphocytic leukemia 1）在NSCLC中的功能机制。前期生物信息学分析显示TAL1在NSCLC组织中低表达，且其表达受DNA甲基化调控，但具体机制及其下游靶点尚未明确。通过整合GSE18842、GSE19188和GSE159857三个基因表达数据集，研究者发现TAL1是NSCLC中显著下调的转录因子，并与糖酵解关键酶PKM2（pyruvate kinase M2）存在潜在调控关系。

研究采用多重技术方法验证机制通路：通过生物信息学筛选差异表达基因和转录因子；利用MTT、EdU、伤口愈合、Transwell和TUNEL实验检测细胞恶性表型；采用蛋白质印迹(Western blot)分析增殖、上皮间质转化(EMT)和糖酵解相关蛋白表达；通过双荧光素酶报告基因和染色质免疫沉淀(ChIP)实验验证转录调控关系；构建裸鼠移植瘤模型进行体内功能验证；使用定量甲基化特异性PCR(qMSP)检测DNA甲基化状态。

TAL1在NSCLC中低表达且抑制肿瘤进展

研究人员发现TAL1在NSCLC细胞系（H1299、HCC827、A549、H460、PC-9）中mRNA和蛋白水平均显著低于正常肺上皮细胞BEAS-2B。过表达TAL1可抑制A549和H460细胞的增殖、迁移和侵袭能力，促进细胞凋亡，同时降低增殖标志物Ki67和间质标志物N-cadherin表达，上调上皮标志物E-cadherin。

TAL1转录抑制PKM2表达

通过KEGG富集分析发现代谢通路是TAL1潜在调控的核心通路，进一步筛选确定PKM2为关键下游靶点。JASPAR数据库预测显示TAL1在PKM2启动子区存在结合位点，双荧光素酶报告基因和ChIP实验证实TAL1可直接结合PKM2启动子并抑制其转录活性。临床数据分析显示TAL1与PKM2在LUAD（肺腺癌）和LUSC（肺鳞癌）中呈负相关。

TAL1通过抑制PKM2阻断糖酵解通路

功能回复实验表明，过表达PKM2可逆转TAL1对NSCLC细胞恶性表型的抑制作用。TAL1过表达降低乳酸生成量和糖酵解相关蛋白GLUT1（葡萄糖转运蛋白1）、LDHA（乳酸脱氢酶A）和PDK1（丙酮酸脱氢酶激酶1）表达，而同时过表达PKM2则可恢复糖酵解活性。

体内实验验证TAL1/PKM2轴的功能

裸鼠移植瘤实验显示，过表达TAL1可显著抑制肿瘤生长，降低Ki67表达并增加Cleaved-Caspase3（凋亡标志物）水平；而同时过表达PKM2则促进肿瘤进展。免疫组化结果进一步证实TAL1通过调控PKM2影响糖酵解相关蛋白表达。

DNMT3B通过甲基化修饰抑制TAL1表达

机制深入研究表明，DNA甲基转移酶DNMT3B在NSCLC中高表达，且与TAL1启动子区甲基化水平呈正相关。ChIP和qMSP实验证实DNMT3B可直接结合TAL1启动子并促进其甲基化，从而抑制TAL1转录。功能上，过表达DNMT3B可促进NSCLC细胞增殖、迁移和糖酵解，而这些效应可被TAL1过表达所逆转。

DNMT3B通过TAL1/PKM2轴调控NSCLC进展

最终体内外实验均证实，DNMT3B通过甲基化抑制TAL1表达，解除其对PKM2的转录抑制，进而激活糖酵解通路促进NSCLC进展。过表达DNMT3B可增加肿瘤体积和重量，上调GLUT1、LDHA、PDK1等糖酵解标志物表达，而敲低PKM2则可逆转这一效应。

本研究首次阐明了DNMT3B/TAL1/PKM2轴在NSCLC糖酵解调控中的核心作用，揭示了DNA甲基化修饰通过调控转录因子活性影响肿瘤代谢重编程的新机制。不仅为理解NSCLC发生发展提供了新的理论视角，更为开发针对DNMT3B或TAL1的代谢靶向治疗策略奠定了实验基础。相比直接靶向PKM2可能存在的安全性问题，恢复TAL1表达或靶向DNMT3B活性可能成为更可行的NSCLC治疗新途径。