ZNF526通过SHMT1依赖性丝氨酸代谢增强抗氧化能力驱动三阴性乳腺癌生长

《Molecular Cancer》：ZNF526 drives tumor growth by enhancing SHMT1-dependent serine metabolism and antioxidant capability in TNBC

本研究针对三阴性乳腺癌(TNBC)治疗选择有限、预后差的问题，揭示了转录因子ZNF526通过直接激活SHMT1基因表达，增强丝氨酸-甘氨酸-单碳(SGOC)代谢通量，促进谷胱甘肽(GSH)合成，降低活性氧(ROS)水平，从而维持氧化还原平衡并促进肿瘤生长。该发现为TNBC提供了新的治疗靶点，具有重要临床转化价值。

　　

三阴性乳腺癌(TNBC)作为乳腺癌中最具侵袭性的亚型，以其高转移性、治疗选择有限和预后差而闻名。尽管化疗仍是其主要治疗手段，但患者常面临残留病灶和复发的风险，这凸显了探索TNBC进展新机制以拓展治疗靶点的迫切性。

在这一背景下，锌指蛋白家族成员ZNF526引起了研究人员的注意。既往研究表明，ZNF526基因的单核苷酸多态性rs3810151(p.Val94Ala)与乳腺癌易感性相关，但ZNF526在TNBC中的具体功能和机制基础仍不清楚。发表在《Molecular Cancer》上的这项研究正是为了填补这一空白。

为了揭示ZNF526在TNBC中的作用，研究人员综合运用了多种技术方法。他们从TCGA数据库和上海东方医院临床样本中获取了表达和临床信息，通过细胞培养、基因操作(过表达、敲低、敲除)建立了稳定细胞系，并利用细胞增殖(CCK-8)、克隆形成、细胞周期和凋亡检测进行功能验证。代谢组学(非靶向和靶向LC-MS)用于分析代谢变化，同时通过RNA测序、实时荧光定量PCR(qPCR)、Western blot(WB)、免疫组化(IHC)、荧光素酶报告基因和染色质免疫沉淀(ChIP)实验探讨了机制。此外，研究还涉及细胞内ROS、GSH/GSSG检测，并利用裸鼠异种移植模型进行体内验证。

ZNF526在TNBC肿瘤组织中高表达且与预后负相关

研究人员首先发现ZNF526在TNBC肿瘤组织中表达显著上调，且其高表达与患者较差的总生存期显著相关。免疫组化分析进一步证实了ZNF526蛋白在TNBC组织中的高表达，并且与更晚的组织学分级和更强的侵袭性相关。

ZNF526增强TNBC的癌细胞生长

功能实验表明，过表达ZNF526能促进TNBC细胞系(MDA-MB-231, MDA-MB-468, BT-20, HCC1806)的增殖和克隆形成能力，而敲低或敲除ZNF526则抑制这些效应。值得注意的是，与野生型ZNF526相比，其突变体ZNF526-V94A表现出更强的促生长能力。机制上，ZNF526敲低引起G1期细胞周期阻滞，伴随细胞周期蛋白D1(CCND1)下调、p21上调和视网膜母细胞瘤蛋白(Rb)磷酸化水平降低，而过表达则呈现相反趋势，表明ZNF526通过调控细胞周期进程促进增殖。

ZNF526调控SGOC代谢和细胞GSH水平

非靶向代谢组学分析显示，ZNF526过表达显著富集于丝氨酸-甘氨酸-单碳(SGOC)代谢相关通路。靶向代谢组学进一步证实，ZNF526过表达提升了包括谷胱甘肽(GSH)、S-腺苷甲硫氨酸(SAM)在内的关键SGOC代谢物水平。在探究SGOC代谢下游产物如何影响生长时，研究人员发现，补充抗氧化剂GSH能有效挽救ZNF526敲低导致的细胞生长缺陷，而补充核苷前体或SAM则不能，提示GSH是ZNF526促生长作用的关键效应分子。的确，ZNF526过表达提高了细胞内GSH/GSSG比值、GSH含量和总谷胱甘肽水平，敲低则降低这些指标。

ZNF526增强细胞抗氧化能力

鉴于GSH在清除活性氧(ROS)中的核心作用，研究检测了ROS水平。结果发现ZNF526敲低导致ROS积累，而过表达，尤其是突变型ZNF526-V94A过表达，能显著抑制ROS水平。用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)处理可降低ZNF526敲低引起的ROS升高并部分恢复细胞生长。相反，过氧化氢(H₂O₂)处理抑制细胞活力，而ZNF526过表达能减轻这种抑制。这些结果表明ZNF526通过增强细胞抗氧化能力促进生长。

ZNF526转录上调SHMT1表达

为了解析ZNF526调控SGOC代谢的机制，RNA测序发现SHMT1(丝氨酸羟甲基转移酶1)是ZNF526下游显著上调的基因。qPCR和WB在mRNA和蛋白水平验证了ZNF526对SHMT1的正向调控。荧光素酶报告基因和ChIP实验证实ZNF526能直接结合SHMT1启动子区域并激活其转录。有趣的是，ZNF526-V94A突变体比野生型具有更强的转录激活能力和启动子结合亲和力。TCGA数据分析显示ZNF526与SHMT1 mRNA水平呈正相关，且SHMT1高表达预示TNBC患者预后不良。

SHMT1介导ZNF526的抗氧化和促生长作用

遗传学(小干扰RNAsi-SHMT1或CRISPR/Cas9敲除)或药理学(SHMT1抑制剂SHIN1)抑制SHMT1后，ZNF526过表达所引发的GSH水平升高和ROS水平降低效应被显著削弱。同时，抑制SHMT1也逆转了ZNF526过表达带来的生长优势，证明SHMT1是ZNF526功能的关键执行者。

ZNF526在异种移植模型中增强肿瘤生长

在裸鼠模型中，ZNF526敲低抑制了移植瘤的生长，而过表达则促进肿瘤生长，ZNF526-V94A突变体效果更强。肿瘤组织分析显示，ZNF526表达与SHMT1水平、Ki67阳性率正相关，与ROS水平负相关，且GSH/GSSG比值的变化与体外结果一致。用SHIN1处理可抑制ZNF526过表达导致的肿瘤生长加速，并伴随Ki67阳性率下降和ROS水平升高。

本研究结论表明，ZNF526是TNBC中氧化还原稳态的关键调控因子。其功能获得性突变Val94Ala通过增强转录效率增强了ZNF526的致癌活性。机制上，ZNF526转录激活SHMT1，刺激谷胱甘肽生物合成，从而赋予氧化应激抗性并促进肿瘤生长。这些发现确立了ZNF526作为TNBC中重要的代谢调控因子，通过直接抑制ZNF526或其下游的SHMT1/GSH轴，为TNBC治疗提供了新的潜在策略。该研究不仅深化了对TNBC代谢重编程的理解，也为开发针对这一难治性乳腺癌亚型的精准疗法指明了方向。