FOSL1-PRMT1转录表观遗传环路通过钙磷蛋白介导的DNA修复与侵袭促进胶质母细胞瘤放疗抵抗

《Molecular Biomedicine》：FOSL1-PRMT1 transcriptional-epigenetic circuit promotes glioblastoma radioresistance via calcyphosine-mediated DNA repair and invasion

胶质母细胞瘤（GBM）放疗抵抗是主要治疗障碍。本研究聚焦FOSL1在GBM放疗抵抗中的作用，发现FOSL1通过物理相互作用稳定PRMT1，增强其介导的组蛋白H4不对称二甲基化（H4R3me2a）和PABPN1甲基化，进而转录上调Calcyphosine（CAPS），协同激活同源重组（HR）和非同源末端连接（NHEJ）DNA修复通路，并增强细胞侵袭性。该研究揭示了FOSL1-PRMT1-CAPS轴作为克服GBM放疗抵抗的新靶点，具有重要临床意义。

　　

胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是成人中最常见且最具侵袭性的原发性脑肿瘤，尽管采取了手术、放疗和化疗相结合的多模式治疗策略，但患者的预后仍然极差，五年生存率低得令人沮丧。放疗作为GBM术后的标准治疗方案，其有效性常常因肿瘤细胞产生放疗抵抗而大打折扣，这直接导致了肿瘤的复发和患者的死亡。因此，深入揭示GBM放疗抵抗的分子机制，并寻找能够逆转这一过程的有效靶点，已成为改善患者生存状况的迫切需求。

放疗通过引起DNA损伤，特别是致命性的DNA双链断裂（DNA double-strand breaks, DSBs）来杀伤肿瘤细胞。然而，狡猾的肿瘤细胞会激活复杂的DNA损伤应答（DNA damage response, DDR）网络，尤其是同源重组（Homologous Recombination, HR）和非同源末端连接（Non-Homologous End Joining, NHEJ）这两条主要的DSBs修复通路，来修复损伤，从而存活下来。此外，肿瘤细胞还通过增强其侵袭能力来逃避治疗压力。那么，是否存在某个关键的分子开关，能够同时调控DNA修复和细胞侵袭，从而主导GBM的放疗抵抗呢？发表在《Molecular Biomedicine》上的这项研究，为我们揭示了一个名为FOSL1-PRMT1-CAPS的全新信号轴，正是这个轴心在背后协调着这些促生存过程。

为了回答GBM为何对放疗产生抵抗这一核心问题，研究人员运用了多种关键技术方法。他们首先通过分次X射线照射建立了稳定的人源GBM放疗抵抗细胞系（U251R和LN229R），作为研究模型。利用转录组测序（RNA sequencing）技术，他们比较了亲代细胞与放疗抵抗细胞的基因表达谱，从而筛选出关键差异表达基因。在机制探索上，他们广泛采用了免疫共沉淀（Co-Immunoprecipitation, Co-IP）结合质谱分析（IP-MS）来鉴定蛋白质间的相互作用，并通过免疫荧光（Immunofluorescence）进行细胞内共定位验证。功能研究方面，则依赖于细胞活力检测（CCK-8法）、克隆形成实验（Colony formation assay）、彗星实验（Comet assay）以及针对DNA损伤标志物γ-H2AX的免疫荧光斑点分析来评估DNA损伤与修复。此外，还通过蛋白质印迹（Western blot）分析关键蛋白表达和修饰变化（如H4R3me2a、PABPN1甲基化），并通过体外细胞侵袭相关分子标记（ZO-1, N-cadherin, MMP2）检测以及体内裸鼠原位GBM模型结合磁共振成像（MRI）来综合评价该信号轴对放疗抵抗和肿瘤侵袭的调控作用。研究还涉及了6例原发性GBM和7例复发GBM的临床组织样本分析。

FOSL1被鉴定为与GBM放疗抵抗相关的关键因子

研究人员通过分次照射建立了放疗抵抗的LN229R和U251R细胞系，并证实这些细胞对辐射的耐受性显著增强。RNA测序分析显示，FOSL1（Fos-like antigen 1）在放疗抵抗细胞中表达显著上调。临床数据分析表明，高表达FOSL1的GBM患者预后更差。在蛋白质水平上，Western blot和免疫组化（IHC）结果均证实，与原发性GBM组织相比，复发性GBM组织中FOSL1蛋白水平更高。这些发现提示FOSL1可能与GBM的进展和放疗抵抗有关。

FOSL1敲低使GBM细胞对辐射敏感

为了验证FOSL1的功能，研究人员敲低了GBM细胞中的FOSL1表达。克隆形成实验显示，FOSL1敲低显著降低了细胞在不同辐射剂量下的存活率。彗星实验和γ-H2AX焦点形成实验进一步证实，FOSL1缺陷细胞在受到辐射后，DNA损伤程度更严重，且损伤修复速度更慢。这些结果明确表明FOSL1赋予了GBM细胞放疗抵抗的特性。

FOSL1通过增强GBM的侵袭性促进放疗抵抗

转录组测序的KEGG和GO富集分析提示，放疗抵抗细胞中细胞粘附通路显著富集，这与肿瘤侵袭性密切相关。Western blot分析发现，辐射能够上调上皮-间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT）和细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）重塑的关键分子（如ZO-1, N-cadherin, MMP2）的表达，而FOSL1敲低则能抑制这种上调。这表明FOSL1可能通过增强GBM细胞的侵袭能力来间接促进其放疗抵抗。

FOSL1-PRMT1轴调控H4R3me2a和PABPN1甲基化

为了探究FOSL1发挥作用的下游机制，研究人员通过免疫共沉淀-质谱（IP-MS）技术发现FOSL1与蛋白质精氨酸甲基转移酶1（Protein Arginine Methyltransferase 1, PRMT1）存在物理相互作用，并通过Co-IP和免疫荧光共定位实验验证了这一相互作用。功能上，FOSL1能够稳定PRMT1蛋白水平，并增强其酶活性，表现为FOSL1敲低会降低PRMT1介导的组蛋白H4第3位精氨酸不对称二甲基化（H4R3me2a）水平，而这一效应可被PRMT1过表达所挽救。同时，FOSL1也特异性调控了PRMT1对Poly(A)结合蛋白核1（PABPN1）的不对称二甲基化（ADMA）修饰。此外，研究还发现FOSL1以PRMT1依赖的方式正向调控了全局m⁶A（N6-甲基腺嘌呤）甲基转移酶活性，并影响了关键RNA甲基转移酶METTL3（Methyltransferase-like 3）的蛋白水平及其对下游靶标（如PARP1, SIRT1等）mRNA的m⁶A修饰。

PRMT1-CAPS轴通过增强侵袭性促进GBM放疗抵抗

通过对PRMT1敲低细胞进行RNA测序，研究人员发现钙磷蛋白（Calcyphosine, CAPS）是其中最显著下调的基因之一。功能实验表明，PRMT1通过上调CAPS来发挥作用：PRMT1敲低导致的DNA损伤增加（彗星实验和γ-H2AX焦点增多）以及侵袭相关分子（ZO-1, N-cadherin, MMP2）表达下调，均可被CAPS的过表达所逆转。这证实了CAPS是PRMT1下游的关键效应分子，介导了其在DNA修复和促进侵袭方面的功能。

FOSL1-PRMT1-CAPS轴赋予GBM放疗抵抗

研究人员进一步将FOSL1敲低、PRMT1过表达和CAPS敲低进行组合实验。结果发现，FOSL1敲低引起的DNA损伤增加可被PRMT1过表达所挽救，而在此基础上再次敲低CAPS，则又重新导致了DNA损伤的累积。同样，侵袭相关蛋白的表达也遵循这一轴的调控逻辑。这表明FOSL1、PRMT1和CAPS确实构成了一条连续的信号轴，共同协调促进GBM的放疗抵抗。

FOSL1-PRMT1-CAPS轴通过协调调控HR和NHEJ通路调节DDR

为了深入阐明该轴心影响DNA损伤应答（DDR）的具体机制，研究人员检测了HR通路（Rad50, Mre11, NBS1）和NHEJ通路（53BP1, Ku70, Ku80）关键蛋白在辐射后形成核焦点的动力学。结果显示，FOSL1敲低会显著抑制这些修复蛋白焦点的形成，PRMT1过表达可以逆转此抑制，而进一步的CAPS敲低则再次削弱了焦点组装。这表明FOSL1-PRMT1-CAPS轴通过同时激活HR和NHEJ两条主要的DNA修复通路来增强DNA损伤修复能力。

FOSL1-PRMT1-CAPS轴在体内关键调控GBM的放疗抵抗和侵袭性

最后，通过在裸鼠脑中原位植入经过不同基因操作的GBM细胞，并给予放疗，研究人员在活体水平验证了该轴心的功能。磁共振成像（MRI）显示，FOSL1敲低显著抑制了肿瘤生长，而同时过表达PRMT1则部分恢复了肿瘤的生长能力，但当CAPS也被敲低时，肿瘤生长再次受到抑制。小鼠生存分析也印证了这一趋势。对肿瘤组织的免疫组化分析进一步表明，该轴心调控了侵袭相关分子（ZO-1, N-cadherin, MMP2）、血管生成标记（CD31）、CAPS本身表达以及DNA损伤标志物（γ-H2AX）的水平。

研究结论与意义

本研究系统性地揭示了一个全新的FOSL1-PRMT1-CAPS信号轴在GBM放疗抵抗中的核心作用。该轴心通过多层次的调控机制发挥作用：FOSL1直接结合并稳定PRMT1，增强其组蛋白（H4R3me2a）和非组蛋白（PABPN1）甲基化活性，并进一步影响全局m⁶A RNA甲基化；PRMT1则转录上调CAPS的表达；最终，CAPS作为关键效应分子，协同激活HR和NHEJ DNA修复通路，并增强细胞的侵袭性，从而共同导致放疗抵抗。这项研究的重要意义在于，它不仅首次将FOSL1与GBM的放疗抵抗联系起来，还阐明了其通过表观遗传和转录调控网络发挥作用的精细机制，为理解GBM的治疗失败提供了新的视角。更重要的是，该研究提出了靶向FOSL1-PRMT1-CAPS轴作为克服GBM放疗抵抗的潜在治疗策略，FOSL1、PRMT1或CAPS的表达水平有望成为预测放疗疗效的生物标志物。尽管该研究存在一些局限性，如FOSL1-PRMT1复合物的精确结构、CAPS参与DNA修复的具体分子机制等有待进一步阐明，但其发现为开发新的联合治疗策略奠定了重要的理论基础，为改善GBM这一顽疾的治疗效果带来了新的希望。