MLL1下调通过PERK–eIF2α–Atf4–Chop与PI3K/Akt–Lrp1双通路介导线粒体-内质网应激诱发毛细胞铁死亡

本文揭示表观遗传调控因子混合谱系白血病1（MLL1）在听觉毛细胞（HCs）存活中的关键作用。研究发现MLL1特异性抑制剂MM-102通过降低组蛋白H3第4位赖氨酸三甲基化（H3K4me3）水平，激活内质网（ER）应激PERK–eIF2α–Atf4–Chop通路并抑制PI3K/Akt–Lrp1信号轴，诱导线粒体功能障碍与内质网应激协同作用，最终导致毛细胞铁死亡（ferroptosis）。该机制为全球15亿感音神经性听力损失（SNHL）患者提供了新型治疗靶点，突破传统凋亡研究的局限，为靶向表观遗传调控防治听力障碍奠定理论基础。

　　

MLL1下调驱动毛细胞铁死亡的机制研究

引言

感音神经性听力损失（SNHL）全球累及约15亿人口，其病理核心是耳蜗毛细胞（HCs）不可逆损伤。传统研究聚焦细胞凋亡途径，但近年发现铁死亡（ferroptosis）等新型程序性死亡方式在药物性耳毒性中发挥关键作用。铁死亡以活性氧（ROS）积累、脂质过氧化物增加和铁离子依赖为特征，与凋亡的线粒体形态变化显著不同。组蛋白甲基转移酶MLL1是调控转录激活标记H3K4me3的关键因子，本研究旨在揭示MLL1在毛细胞存活中的机制及其作为治疗靶点的潜力。

方法

化合物与细胞模型

采用MLL1特异性抑制剂MM-102处理小鼠耳蜗外植体及听觉细胞系（HEI-OC1）。通过多种死亡途径抑制剂（凋亡抑制剂Z-VAD-FMK、铁死亡抑制剂Ferrostatin-1等）进行机制验证。使用荧光探针检测ROS（CellROX^TM Green）、线粒体超氧化物（MitoSOX^TM Red）、脂质过氧化（BODIPY 581/591 C11）和亚铁离子（FerroOrange）。透射电镜（TEM）观察细胞器超微结构，Seahorse能量代谢仪分析线粒体呼吸功能。

分子机制解析

通过Western blot检测H3K4me3、铁死亡相关蛋白（GPx4、xCT、Fth1）及内质网应激标志物（p-PERK、p-eIF2α、ATF4、CHOP）。RNA测序（RNA-seq）结合KEGG通路富集分析筛选关键信号通路。

结果

MLL1抑制触发毛细胞铁死亡

1. 剂量效应验证：MM-102导致耳蜗外植体毛细胞数量呈剂量依赖性减少（10 μmol/L处理时存活率降至50%），但螺旋神经元（SGNs）未受影响（P>0.05）。

2. 死亡途径鉴定：铁死亡抑制剂Fer-1和抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）显著挽救毛细胞损失（P<0.001），而凋亡/坏死性凋亡抑制剂无效。自噬抑制剂3-MA加重损伤。

3. 铁死亡特征：MM-102组毛细胞亚铁离子（Fe²⁺）蓄积增加2.1倍，谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）活性降低67%，脂质过氧化水平升高3.3倍（均P<0.001）。促铁死亡基因Acsl4、Ptgs2表达上调，抗铁死亡基因Gpx4、Fth1下调。

线粒体-内质网协同应激机制

1. 线粒体功能障碍：MM-102使线粒体膜电位（MMP）降低54%，ATP产量下降62%（均P<0.001）。电镜显示线粒体嵴崩解、膜密度增高。

2. 内质网-线粒体耦联增强：ER-Tracker/Mito-Tracker共定位分析显示细胞器间距缩短40%（P<0.001）。电镜证实内质网-线粒体关联膜结构（MAMs）异常紧密。

3. PERK通路激活：p-PERK、p-eIF2α、ATF4和CHOP蛋白表达分别增加2.8倍、3.1倍、2.3倍和3.5倍（均P<0.01）。内质网应激抑制剂4-苯基丁酸（4-PBA）显著逆转铁死亡表型。

PI3K/Akt–LRP1轴调控

RNA-seq揭示PI3K/Akt通路为最显著差异通路（KEGG富集P=7.2×10^-6）。Western blot证实MM-102使LRP1表达降低68%，p-Akt水平下降72%（P<0.001）。

讨论

本研究首次阐明MLL1-H3K4me3表观遗传调控通过双重机制诱导毛细胞铁死亡：

1. 线粒体-内质网协同损伤：MLL1抑制导致Drp1表达下调（-45%，P<0.01），阻碍受损线粒体清除。内质网应激通过PERK–eIF2α–Atf4–Chop级联反应，与线粒体功能障碍形成正反馈，加速脂质过氧化。

2. LRP1介导的生存信号抑制：PI3K/Akt–LRP1轴作为关键生存信号被抑制，削弱细胞抗氧化能力。该发现拓展了LRP1在听觉系统中的神经保护机制。

研究价值

1. 理论突破：确立铁死亡作为MLL1调控毛细胞死亡的核心途径，突破传统凋亡研究框架。

2. 靶点创新：明确PERK–eIF2α–Atf4–Chop与PI3K/Akt–LRP1为干预铁死亡的关键通路。

3. 转化意义：为靶向MLL1-H3K4me3表观遗传调控防治听力损失提供新策略，尤其对顺铂等耳毒性药物引发的损伤具有应用潜力。