HDAC3通过NRF2-GPX4信号轴抑制结直肠癌细胞铁死亡的表观遗传机制

《Doklady Biochemistry and Biophysics》：HDAC3 Regulates Ferroptosis via Nrf2–GPX4 Signaling in Colorectal Cancer Cells

本研究针对结直肠癌治疗中铁死亡抵抗的难题，揭示了组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）通过调控NRF2-GPX4信号通路抑制铁死亡的新机制。研究人员通过药理学抑制和基因敲低HDAC3，发现其可降低NRF2转录活性，进而下调关键抗氧化酶GPX4的表达，最终增强结直肠癌细胞对铁死亡的敏感性。该研究为克服肿瘤治疗抵抗提供了新的表观遗传靶点，对推动铁死亡相关疗法具有重要科学意义。

　　

结直肠癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，尽管靶向治疗和免疫疗法取得进展，但肿瘤细胞对凋亡和铁死亡等程序性死亡方式的抵抗仍是治疗失败的关键因素。铁死亡是一种铁依赖性的调节性坏死形式，以脂质过氧化物积累为特征，在多种恶性肿瘤中展现出治疗潜力。然而，结直肠癌中铁死亡敏感性的表观遗传调控机制尚不明确。

发表于《Doklady Biochemistry and Biophysics》的这项研究，通过筛选组蛋白去乙酰化酶（HDACs）抑制剂，发现HDAC3是结直肠癌细胞铁死亡的关键表观遗传抑制因子。研究人员采用HDAC3特异性抑制剂RGFP966处理或shRNA敲低HDAC3，均能显著提升细胞内亚铁离子（Fe²⁺）和活性氧（ROS）水平，增强铁死亡敏感性。机制研究表明，HDAC3通过正向调控核因子E2相关因子2（NRF2）的转录，维持谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达，从而抑制脂质过氧化。NRF2敲低可消除HDAC3抑制引起的GPX4下调，而GPX4过表达则能挽救HDAC3缺失导致的铁死亡表型。这些结果揭示了HDAC3-NRF2-GPX4轴在结直肠癌铁死亡调控中的核心作用。

研究主要采用以下关键技术方法：基于CCK-8的细胞活力检测、qPCR和Western blot分析基因表达、siRNA/shRNA介导的基因敲低与过表达、细胞内Fe²⁺和ROS荧光探针检测。实验以人结直肠癌细胞系HCT116为模型，未涉及临床样本队列。

Class I HDAC Inhibition Sensitizes Colorectal Cancer Cells to Ferroptosis

通过比较不同HDAC抑制剂（如泛抑制剂TSA/SAHA、I类选择性抑制剂MS-275、HDAC3特异性抑制剂RGFP966）的作用，发现I类HDAC（尤其是HDAC3）的抑制可显著增加Fe²⁺积累和ROS水平，而HDAC6抑制剂Tubastatin A无此效应，提示HDAC3在铁死亡调控中的特异性。

HDAC3 Positively Regulates GPX4 Expression to Suppress Ferroptosis in Colorectal Cancer Cells

qPCR和Western blot结果显示，HDAC3抑制或敲低选择性下调GPX4的mRNA和蛋白水平，而非其他铁死亡相关基因（如ACSL4、SLC7A11）。HDAC3过表达则剂量依赖性上调GPX4，证实其转录正向调控作用。

NRF2 Is Required for HDAC3-Mediated Regulation of GPX4 Expression

转录因子筛选实验发现，仅NRF2敲低可阻断HDAC3抑制引起的GPX4表达变化。HDAC3敲低或抑制均降低NRF2的mRNA和蛋白水平，表明HDAC3通过维持NRF2转录活性间接调控GPX4。

GPX4 Is Functionally Required for Ferroptosis Sensitization Induced by HDAC3 Inhibition

GPX4过表达可逆转HDAC3敲低导致的Fe²⁺累积、ROS升高和细胞活力下降。铁死亡抑制剂Ferrostatin-1处理模拟了GPX4过表达的挽救效果，证实HDAC3缺失通过GPX4依赖性途径诱发铁死亡。

研究结论强调，HDAC3-NRF2-GPX4信号轴是结直肠癌中铁死亡抵抗的关键表观遗传机制。HDAC3通过维持NRF2介导的GPX4表达，抑制脂质过氧化和铁依赖性细胞死亡。该发现不仅深化了对铁死亡调控网络的理解，还为克服结直肠癌治疗抵抗提供了新策略，即靶向HDAC3以增强铁死亡诱导疗法的敏感性。研究同时指出，HDAC3在不同癌种中的功能可能存在语境依赖性，需进一步开展体内实验和临床验证。