PRMT1通过STAT3/GPX4轴调控铁死亡和免疫微环境促进口腔鳞癌进展

《Cell & Bioscience》：PRMT1 drives oral squamous cell carcinoma progression by activating STAT3 and suppressing ferroptosis via GPX4

本研究针对口腔鳞癌(OSCC)预后差、易转移和化疗耐药等临床难题，揭示了PRMT1通过甲基化激活STAT3，进而转录上调GPX4抑制铁死亡、促进免疫逃逸的新机制。研究人员发现PRMT1在OSCC中高表达且与不良预后相关，通过体内外实验证实PRMT1/STAT3/GPX4轴是驱动OSCC恶性进展的关键通路，为联合靶向PRMT1与免疫检查点抑制剂提供了理论依据。

　　

口腔鳞状细胞癌(OSCC)作为头颈部最常见的恶性肿瘤，其治疗面临巨大挑战。尽管手术、放疗和化疗等多学科综合治疗策略不断进步，晚期患者的5年生存率仍徘徊在50%左右。这种困境主要源于肿瘤的侵袭性生长、淋巴结转移倾向以及对标准化疗药物（如顺铂）的耐药性。因此，深入探索OSCC进展和耐药的核心分子机制，对于开发新的有效治疗策略至关重要。

在这一背景下，蛋白质精氨酸甲基转移酶1(PRMT1)逐渐走入研究者的视野。PRMT1是哺乳动物细胞内催化蛋白质不对称二甲基化(ADMA)的主要酶类，在多种肿瘤中被证实参与调控细胞增殖、上皮-间质转化(EMT)等关键生物学过程。然而，PRMT1在OSCC中的具体功能及其下游效应机制尚不明确。与此同时，信号转导与转录激活因子3(STAT3)作为重要的转录因子，在OSCC中常处于持续激活状态，与肿瘤细胞存活、增殖、侵袭及免疫调节密切相关。有趣的是，已有研究表明PRMT活性可能与STAT3信号通路存在交叉对话，但PRMT1是否通过调控STAT3影响OSCC的恶性表型，特别是与新兴的细胞死亡方式——铁死亡(ferroptosis)以及肿瘤免疫微环境的关联，仍是未解之谜。

铁死亡是一种铁依赖性的、由脂质过氧化物累积驱动的调节性细胞死亡形式。谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)是铁死亡的关键负调控因子，能够还原脂质氢过氧化物，从而抑制铁死亡的发生。近期研究提示STAT3信号通路可能通过调节GPX4表达影响肿瘤细胞对铁死亡的敏感性。另一方面，肿瘤免疫微环境的抑制状态，特别是CD8⁺ T细胞功能耗竭和PD-1/PD-L1轴的上调，是OSCC免疫治疗疗效不佳的重要原因。STAT3在免疫抑制中扮演着核心角色。那么，PRMT1/STAT3轴是否作为一个中枢节点，协调OSCC的铁死亡抵抗和免疫逃逸？这成为了本研究试图回答的核心科学问题。

基于上述背景和知识缺口，刘华伟等人的研究提出假说：PRMT1通过直接甲基化并激活STAT3，进而驱动OSCC的恶性进展。该轴可能通过STAT3介导的GPX4转录上调来抑制铁死亡，并促进免疫抑制微环境，最终导致化疗耐药和肿瘤进展。这项研究旨在系统验证这一假说，相关成果发表在《Cell & Bioscience》杂志。

为开展本研究，研究人员主要应用了以下几类关键技术方法：利用TCGA数据库进行生物信息学分析以评估PRMT1表达与临床病理特征及预后的关联；通过免疫组化(IHC)和蛋白质印迹(Western blot)在临床样本和细胞系中验证PRMT1蛋白表达；采用慢病毒shRNA敲降和过表达质粒转换在OSCC细胞系（如HN6、SCC15）中进行功能获得和缺失实验，并通过CCK-8、细胞增殖（BrdU/EdU）、Transwell侵袭、克隆形成等体外实验评估细胞表型；建立裸鼠异种移植瘤模型进行体内肿瘤生长、转移和药物疗效（如顺铂、抗PD-1抗体、PRMT1抑制剂MS023）评价；采用免疫共沉淀(Co-IP)验证PRMT1与STAT3的相互作用及STAT3的甲基化修饰；通过染色质免疫共沉淀(ChIP)和荧光素酶报告基因实验分析STAT3对GPX4启动子的直接转录调控；利用流式细胞术检测细胞内活性氧(ROS)和免疫细胞亚群（CD3⁺CD8⁺ T细胞、Granzyme B）；使用商业试剂盒检测铁死亡相关指标（Fe²⁺、MDA、GSH）。临床样本来源于中国人民解放军总医院经伦理批准和患者知情同意后收集的OSCC组织。

PRMT1在OSCC中高表达且与不良预后相关

研究人员首先通过生物信息学分析发现，PRMT1的mRNA在头颈鳞癌(HNSC)及OSCC组织中的表达显著高于癌旁正常组织。生存分析显示，PRMT1高表达的OSCC患者总生存期更短。免疫组化结果证实，PRMT1蛋白水平随着OSCC病理分级（I级至III级）的升高而增加，并且在伴有淋巴结转移的原发灶中表达更高。蛋白质印迹实验表明，多种OSCC细胞系（Cal27, HN6, SCC15, SCC25）的PRMT1蛋白表达均高于正常人口腔角质细胞(HOK)。这些结果确立了PRMT1作为OSCC的一个潜在癌基因，其过表达与肿瘤进展和不良预后密切相关。

PRMT1促进OSCC肿瘤发生和转移

为了探究PRMT1的功能，研究团队在HN6和SCC15细胞中敲降了PRMT1表达。功能实验表明，PRMT1敲降显著抑制了OSCC细胞的增殖（BrdU掺入实验）和侵袭能力（Transwell实验），并诱导了上皮-间质转化(EMT)标志物的逆转，即E-钙黏蛋白(E-cadherin)上调，N-钙黏蛋白(N-cadherin)和波形蛋白(Vimentin)下调。在裸鼠体内实验中，注射PRMT1敲降HN6细胞的小鼠，其皮下移植瘤的生长体积和重量均显著小于对照组，且肺转移结节数量也明显减少。这些体内外数据共同证明PRMT1能够驱动OSCC的肿瘤生长和转移过程。

PRMT1诱导OSCC化疗耐药

化疗耐药是OSCC治疗的主要障碍。CCK-8实验显示，敲降PRMT1增强了HN6和SCC15细胞对多柔比星(DOX)的敏感性，表现为半抑制浓度(IC₅₀)降低。在裸鼠模型中，PRMT1敲降联合顺铂(CDDP)治疗相比单用顺铂或单独敲降PRMT1，能更有效地抑制肿瘤生长。从移植瘤组织的免疫组化分析可见，联合治疗组中Vimentin表达下降和E-cadherin表达上升更为显著。这表明靶向PRMT1可能成为克服OSCC化疗耐药的新策略。

PRMT1与STAT3相互作用并激活其信号通路

机制探索方面，研究证实PRMT1与STAT3存在直接相互作用。免疫共沉淀实验显示，外源性HA标记的STAT3与Flag标记的PRMT1可相互结合，并且内源性STAT3存在精氨酸甲基化修饰，此修饰在PRMT1敲降后减弱。功能上，PRMT1敲降降低了核内磷酸化STAT3(p-STAT3 Tyr705)的水平，而过表达PRMT1则增加了p-STAT3。进一步实验发现，PRMT1过表达可上调STAT3下游靶基因（如VEGFA、IL-6、c-Myc）的表达，而使用STAT3抑制剂或shRNA敲降STAT3则能阻断这种效应。这表明PRMT1通过甲基化修饰正调控STAT3的转录活性。

PRMT1/STAT3轴调控免疫微环境和铁死亡

研究团队进一步探讨了PRMT1/STAT3轴对肿瘤免疫微环境和铁死亡的影响。TCGA数据分析提示，PRMT1表达与CD8⁺ T细胞浸润呈负相关，与PDCD1(PD-1)表达呈正相关。体内实验发现，PRMT1敲降可增加肿瘤内CD8⁺ T细胞浸润并降低PD-1表达，而STAT3的药理学抑制可部分逆转此效应。更重要的是，PRMT1敲除增强了抗PD-1抗体在抑制移植瘤生长方面的疗效。在铁死亡方面，PRMT1敲降导致GPX4蛋白表达下降。ChIP和荧光素酶报告基因实验证实STAT3可直接结合GPX4启动子的特定区域（P2区）并激活其转录。功能上，PRMT1敲降诱发了典型的铁死亡特征：细胞内Fe²⁺和ROS水平升高、MDA（脂质过氧化产物）含量增加、GSH（抗氧化剂）水平下降。而过表达STAT3则可挽救PRMT1敲降所引发的这些铁死亡指标变化。

抑制铁死亡逆转PRMT1敲降的表型

为了确证铁死亡抑制是PRMT1驱动恶性表型的关键机制，研究人员使用了铁死亡特异性抑制剂liproxstatin-1(lipro)进行挽救实验。Lipro处理有效逆转了PRMT1敲降导致的MDA升高和GSH降低。更重要的是，lipro处理部分挽救了PRMT1敲降所带来的化疗增敏效应（对DOX的敏感性恢复）、增殖抑制、侵袭能力减弱以及EMT标志物的逆转（E-cadherin下降，N-cadherin和Vimentin回升）。这强有力地说明，PRMT1主要通过抑制铁死亡来促进OSCC的化疗耐药、增殖和侵袭。

综上所述，本研究系统阐明了PRMT1在OSCC中的致癌作用及其分子机制。PRMT1通过直接甲基化并激活STAT3，一方面转录上调GPX4以抑制铁死亡，另一方面可能促进免疫抑制微环境，共同驱动OSCC的进展和化疗耐药。该研究不仅深化了对OSCC发病机制的理解，揭示了表观遗传调控、细胞死亡和免疫应答之间的新颖联系，更重要的是为OSCC的治疗提供了新的潜在靶点。靶向PRMT1，或将其抑制剂与化疗、免疫检查点抑制剂（如抗PD-1）联合使用，有望成为改善OSCC患者预后的有效策略。未来的研究可在免疫活性更强的模型中进行验证，并进一步探索PRMT1在OSCC中的其他底物及其功能。