SETD7介导H3K4me1表观遗传激活ALDH1A3促进食管鳞癌铁死亡抵抗的新机制

《Cell Death & Disease》：SETD7-mediated H3K4me1 activates ALDH1A3 to drive ferroptosis resistance in esophageal squamous cell carcinoma

本研究针对食管鳞状细胞癌(ESCC)中表观遗传调控机制不清及铁死亡抵抗难题，通过多组学技术揭示SETD7通过催化组蛋白H3K4单甲基化(H3K4me1)直接激活ALDH1A3转录，进而通过ALDH1A3/NADH/CoQ10H2代谢轴增强抗氧化能力的重要机制。这项工作不仅阐明了SETD7-H3K4me1-ALDH1A3新型信号轴在ESCC恶性进展中的核心作用，更为克服肿瘤治疗抵抗提供了潜在表观遗传治疗靶点。

　　

在全球癌症负担中，食管癌始终是威胁人类健康的重大疾病，其中食管鳞状细胞癌(ESCC)更是占据了食管癌病例的85%以上。尽管医疗技术不断进步，但ESCC患者的五年生存率仍徘徊在20%以下，这一严峻现实凸显了开发新型治疗策略的紧迫性。肿瘤细胞通过表观遗传重编程获得治疗抵抗的能力已成为当前研究的焦点，其中组蛋白修饰异常作为癌症的特征之一，为理解肿瘤恶性进展提供了全新视角。

在这项发表于《Cell Death and Disease》的研究中，研究人员聚焦于含有SET结构域的组蛋白赖氨酸甲基转移酶7(SETD7)在ESCC中的功能机制。SETD7能够特异性催化组蛋白H3第4位赖氨酸的单甲基化(H3K4me1)，这种表观遗传标记通常与基因转录激活密切相关。虽然既往研究提示SETD7在多种癌症中异常表达，但其在ESCC中的具体作用及其组蛋白修饰功能仍属未知领域。

为了系统解析SETD7在ESCC中的生物学功能，研究团队整合运用了多种关键技术方法。研究纳入了来自安阳肿瘤医院的临床组织样本（29对癌与癌旁组织），通过免疫组化、Western blotting等技术验证SETD7的表达特征。利用慢病毒载体构建SETD7敲低和过表达的ESCC细胞模型（Eca109、KYSE30、KYSE150等），通过CUT&Tag-seq（靶向切割与标签化测序）全基因组范围绘制H3K4me1修饰图谱，结合RNA-seq转录组分析筛选下游靶基因。功能实验包括CCK-8、Edu、Transwell等评估细胞增殖迁移，通过RSL3/Erastin诱导铁死亡并检测脂质ROS、MDA等指标。体内实验采用裸鼠移植瘤模型验证表型，同时通过UPLC-MS/MS等技术检测CoQ10H₂/CoQ10比值等代谢物变化。

SETD7在ESCC中高表达且与临床分期正相关

通过TIMER数据库泛癌分析发现，SETD7在ESCC组织中显著高表达。Western blot和免疫组化结果一致显示，ESCC组织和细胞系中SETD7蛋白水平明显高于正常对照，且其表达强度与患者临床分期显著相关，而与年龄、性别无关。这提示SETD7可能成为ESCC恶性进展的潜在生物标志物。

SETD7促进ESCC细胞迁移和增殖

功能实验表明，敲低SETD7显著抑制ESCC细胞的迁移（伤口愈合和Transwell实验）和增殖能力（CCK-8、克隆形成和EdU实验），而过表达SETD7则产生相反效应，证实SETD7在体外具有促进ESCC恶性表型的作用。

SETD7催化ESCC细胞中H3K4me1修饰

Western blot检测显示，SETD7敲低导致H3K4me1水平下降，而过表达则使其升高。CUT&Tag-seq分析进一步揭示，SETD7敲低后全基因组范围内有6152个H3K4me1峰发生显著变化，其中3038个基因的H3K4me1信号减弱。特别值得注意的是，转录起始位点(TSS)富集分析表明SETD7敲低导致TSS区域H3K4me1信号显著降低，这为SETD7通过H3K4me1调控基因转录提供了直接证据。

SETD7增强ESCC细胞对铁死亡的抵抗

基因集富集分析(GSEA)显示，铁死亡通路在SETD7调控下显著富集。功能实验证实，SETD7敲低使ESCC细胞对RSL3和Erastin诱导的铁死亡更为敏感，表现为细胞存活率下降、脂质过氧化物MDA和脂质ROS积累增加，而铁死亡抑制剂Ferrostatin-1能够逆转这一效应。相反，SETD7过表达则赋予细胞更强的铁死亡抵抗能力。这些结果明确表明SETD7在ESCC中发挥铁死亡抑制因子的功能。

SETD7通过催化H3K4me1促进ALDH1A3转录

整合CUT&Tag-seq和RNA-seq数据，研究人员发现ALDH1A3（醛脱氢酶1家族成员A3）是SETD7的关键下游靶基因。SETD7敲低导致ALDH1A3启动子区域H3K4me1信号显著降低，同时其mRNA和蛋白表达水平下降；而过表达SETD7则产生相反效果。CUT&Tag-qPCR进一步验证了ALDH1A3启动子区域H3K4me1富集程度与SETD7表达水平的正相关关系，阐明SETD7通过H3K4me1表观遗传激活ALDH1A3转录的分子机制。

SETD7通过ALDH1A3/NADH/CoQ10H₂轴调控铁死亡敏感性

挽救实验表明，ALDH1A3过表达能够逆转SETD7敲低导致的铁死亡敏感表型，恢复细胞存活并降低MDA水平；而ALDH1A3敲低则削弱SETD7过表达带来的保护效应。机制上，ALDH1A3催化反应生成NADH，后者是FSP1将氧化型辅酶Q10(CoQ10)还原为抗氧化型CoQ10H₂的关键辅因子。实验数据显示SETD7通过ALDH1A3调控细胞内NAD⁺/NADH比值和CoQ10H₂水平，从而影响脂质过氧化进程。这确立了SETD7-ALDH1A3-NADH-CoQ10H₂代谢轴在调控铁死亡中的核心地位。

SETD7通过ALDH1A3介导的铁死亡抵抗驱动ESCC进展

功能实验证明，ALDH1A3过表达可挽救SETD7敲低导致的增殖和迁移缺陷，而铁死亡抑制剂Fer-1处理能模拟SETD7的保护效应，反之铁死亡诱导剂RSL3则抵消SETD7过表达带来的优势。这表明SETD7促进ESCC恶性表型的关键机制在于通过ALDH1A3增强铁死亡抵抗。

SETD7在体内促进ESCC进展

裸鼠移植瘤实验证实，SETD7敲低显著抑制肿瘤生长（体积和重量减小），而过表达则加速肿瘤进展。免疫组化显示SETD7调控组中Ki67阳性率、ALDH1A3表达与体内脂质过氧化水平（4-HNE和MDA）变化趋势与体外实验结果一致，有力验证了SETD7-ALDH1A3轴在动物水平的生物学功能。

这项研究系统阐明了SETD7在ESCC中的致癌作用及其表观遗传调控机制。不同于以往关注SETD7非组蛋白底物的研究，该工作首次揭示SETD7通过催化H3K4me1直接激活ALDH1A3转录的表观遗传新机制。更重要的是，研究发现了SETD7-H3K4me1-ALDH1A3/NADH/CoQ10H₂这一全新的表观遗传-代谢调控轴，该轴通过增强CoQ10H₂依赖的抗氧化防御系统，赋予ESCC细胞铁死亡抵抗能力，从而促进肿瘤进展。这不仅深化了对ESCC表观遗传调控网络的理解，更重要的是为克服肿瘤治疗抵抗提供了新的靶点策略——靶向SETD7可能同时抑制肿瘤生长并增强其对铁死亡诱导治疗的敏感性，具有重要的临床转化价值。尽管研究存在SETD7抑制剂疗效未评估等局限，但无疑为ESCC的精准治疗开辟了新的方向。