LSD1通过非酶促支架功能调控造血干细胞扩增与髓系分化的分子机制

本研究针对组蛋白去甲基化酶LSD1(KDM1A)在造血系统中的双重功能展开机制解析，通过构建条件性敲除(Lsd1fl/fl ko)和酶活缺失(Lsd1fl/fl ei)小鼠模型，结合单细胞测序和ChIP-seq技术，首次证实LSD1的支架功能（而非酶活）通过招募转录抑制因子GFI1至PRTN3基因座抑制其表达，从而调控造血干细胞稳态和髓系成熟。该发现为血液系统疾病治疗提供了新靶点，发表于《Cell Death and Disease》。

　　

在血液系统发育过程中，组蛋白修饰酶如何协调造血干细胞(HSC)自我更新与分化始终是领域内核心科学问题。作为关键表观遗传调控因子，赖氨酸特异性去甲基化酶1(LSD1/KDM1A)既能通过氨基氧化酶结构域去除组蛋白H3K4me1/2修饰，又能作为支架蛋白参与转录抑制复合体组装。既往研究发现LSD1缺失会导致造血系统严重缺陷，但其酶活与非酶活功能在造血过程中的相对贡献仍不明确，这直接关系到靶向LSD1治疗血液疾病策略的开发。

为解决这一关键问题，德国弗莱堡大学医学中心（University of Freiburg Faculty of Medicine）的研究团队在《Cell Death and Disease》发表重要成果。研究通过构建两种精密的小鼠模型——全身性LSD1蛋白敲除模型(Lsd1^fl/fl ko)和酶活缺陷型点突变模型(Lsd1^fl/fl ei)，结合骨髓移植、单细胞转录组和表观基因组分析，首次揭示LSD1通过非酶促的支架功能调控髓系分化的分子机制。

研究主要采用四种关键技术：①条件性基因编辑小鼠模型构建与表型分析；②骨髓移植实验评估细胞自主性效应；③单细胞RNA测序(scRNA-seq)解析造血谱系异质性；④染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)揭示LSD1-GFI1-PRTN3调控网络。所有动物实验均通过德国巴登-符腾堡州伦理委员会审批。

Lsd1敲除小鼠骨髓中积累未成熟髓系细胞

通过比较两种模型发现，LSD1蛋白完全缺失（而非仅酶活丧失）会导致骨髓中CD11b⁺ Gr-1^low未成熟髓系细胞扩增至90%，成熟粒细胞几乎消失。移植实验证实该表型具有细胞自主性，且伴随长期造血干细胞(LT-HSC)异常扩增，提示LSD1支架功能对造血稳态的关键作用。

单细胞测序揭示Prtn3异常表达

scRNA-seq显示Lsd1敲除细胞中髓系特异性蛋白酶Prtn3表达显著上调。通过DepMap数据库分析人类髓系细胞系，发现LSD1与PRTN3表达呈显著负相关(r=-0.42)，而SPI1(PU.1)与PRTN3正相关(r=0.55)，暗示调控关系。

LSD1调控GFI1结合PRTN3基因座

ChIP-seq证实LSD1与GFI1在PRTN3启动子区共定位。在CRISPR构建的LSD1缺失K562细胞中，GFI1对PRTN3调控区的结合减少80%，导致PRTN3表达升高3.5倍。该发现首次阐明LSD1作为GFI1的分子支架促进其靶向DNA的机制。

Prtn3敲除挽救分化阻滞

通过shRNA抑制Lsd1敲除细胞中异常升高的Prtn3表达，可显著恢复髓系成熟（CD11b⁺ Gr-1^high细胞增加2倍）并逆转干细胞扩增，证实Prtn3是表型的关键效应因子。

这项研究建立了完整的机制链条：在生理状态下，LSD1通过支架作用招募GFI1至PRTN3位点抑制其转录；当LSD1缺失时，GFI1结合受阻导致SPI1驱动PRTN3持续高表达，进而引发造血干细胞扩增和髓系分化阻滞。该发现不仅解释了既往靶向LSD1酶活治疗AML效果有限的原因，更指出针对LSD1-GFI1蛋白互作界面的药物设计可能是更优策略。此外，PRTN3作为新的调控节点，为造血异常疾病提供了潜在治疗靶点。

研究还发现酶活缺失仅导致轻度血小板减少，提示LSD1不同功能模块在造血各谱系中具有选择性重要性，这为开发谱系特异性表观遗传干预方案奠定了理论基础。德国弗莱堡大学Roland Schüle教授团队开发的Lsd1^fl/fl ei小鼠模型，将成为未来解析表观遗传酶催化与非催化功能的理想工具。