HDAC6调控延胡索酸水合酶活性影响线粒体结构与肿瘤代谢的新机制

本研究揭示了组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)通过调控延胡索酸水合酶(FH)活性影响三阴性乳腺癌(TNBC)线粒体代谢的新机制。研究人员采用超分辨率STED显微镜和代谢组学技术，发现HDAC6抑制剂BAS-2通过抑制FH活性导致延胡索酸积累、蛋白质琥珀化及mtDNA释放，为靶向肿瘤代谢治疗提供了新策略。

　　

在肿瘤代谢研究领域，线粒体功能异常与肿瘤发生发展的关系一直是科学家们关注的焦点。延胡索酸水合酶(FH)作为三羧酸循环(TCA cycle)的关键酶，其功能异常会导致延胡索酸(fumarate)积累，进而引发蛋白质琥珀化(protein succination)和线粒体DNA(mtDNA)释放等病理现象。然而，FH活性的调控机制尚不明确，这限制了针对该通路的靶向治疗开发。

来自RCSI University of Medicine and Health Sciences的研究团队在《Nature Communications》发表的重要研究，首次揭示了组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)对FH活性的调控作用。研究人员发现，HDAC6抑制剂BAS-2能够显著改变线粒体嵴结构，导致mtDNA释放，并通过代谢组学分析证实了延胡索酸积累的现象。这项研究为理解肿瘤细胞代谢调控提供了新视角，也为开发针对三阴性乳腺癌(TNBC)的代谢靶向治疗策略奠定了理论基础。

研究采用了多项关键技术：超分辨率STED显微镜观察线粒体结构变化；透射电子显微镜(TEM)分析线粒体形态；代谢组学13C-葡萄糖标记追踪TCA循环代谢流；免疫共沉淀结合质谱技术鉴定HDAC6相互作用蛋白；3D-STORM超分辨成像定位蛋白互作位点。

HDAC6抑制或敲除导致TNBC线粒体结构改变
通过TEM和活细胞STED成像发现，HDAC6抑制剂BAS-2处理或HDAC6敲除(HDAC6 K/D)会导致线粒体面积增大、嵴结构破坏。定量分析显示，30μM BAS-2处理使线粒体横截面积增加约1.5倍，同时伴随mtDNA向胞质释放。

HDAC6抑制诱导mtDNA释放并增加线粒体ROS
MitoSOX Red染色证实BAS-2处理显著提高线粒体活性氧(mtROS)水平。使用线粒体靶向抗氧化剂MitoTEMPO可部分挽救BAS-2诱导的细胞死亡，表明mtROS是导致细胞死亡的关键因素。

HDAC6与线粒体代谢蛋白相互作用
质谱分析发现HDAC6与多个线粒体蛋白存在相互作用，其中FH是最显著的互作蛋白之一。免疫共沉淀实验在MDA-MB-231和BT-549细胞系中验证了HDAC6-FH的直接相互作用。值得注意的是，缺失泛素结合域(UBZ)的HDAC6突变体仍能与FH结合，表明二者的相互作用不依赖泛素化修饰。

HDAC6抑制导致延胡索酸积累
13C-葡萄糖标记实验显示，BAS-2处理使M+2和M+4标记的延胡索酸显著增加，同时伴随蛋白质琥珀化(2-SC)水平升高。全细胞FH活性测定证实BAS-2处理使FH酶活性降低约40%。代谢补偿实验发现，抑制丙酮酸羧化酶(PC)可增强BAS-2的细胞毒性，表明肿瘤细胞通过PC介导的回补反应抵抗FH活性抑制。

超分辨率3D-STORM揭示HDAC6-FH在线粒体网络的互作
通过3D-STORM技术首次在纳米尺度定位了HDAC6与FH的互作位点。空间相关性分析显示，BAS-2处理后HDAC6-FH共定位点增加约2倍，表明HDAC6抑制可能促进FH在线粒体内的聚集。细胞分馏实验进一步证实，HDAC6与FH的互作主要发生在线粒体组分中。

这项研究首次揭示了HDAC6通过调控FH活性影响肿瘤细胞线粒体代谢的新机制。临床数据分析显示，约40%的乳腺癌患者存在FH基因扩增，且与不良预后相关，这提示靶向HDAC6-FH通路可能成为TNBC治疗的潜在策略。研究不仅深化了对肿瘤代谢重编程的理解，也为开发基于代谢调控的联合治疗方案提供了理论依据。特别值得注意的是，该研究发现FDA批准的多发性硬化症治疗药物富马酸二甲酯(DMF)可模拟HDAC6抑制的表型，这为临床转化提供了快速通道。未来研究可进一步探索HDAC6抑制剂与PC抑制剂等代谢调节剂的联合应用价值。