FTO 通过乳酰化驱动的 YTHDF2-KEAP1-NRF2 轴调节铁死亡，介导苯并[a]芘诱导的肺癌进展

《Journal of Hazardous Materials》：FTO mediates benzo[a]pyrene-induced lung cancer progression through regulating ferroptosis via lactylation-driven YTHDF2-KEAP1-NRF2 axis

　　BaP通过FTO-YTHDF2轴抑制肺腺癌中的铁死亡。乳酸诱导H3K18la，驱动BaP暴露细胞中YTHDF2的转录。YTHDF2降解m6A-Keap1 mRNA，激活Nrf2并抑制铁死亡。靶向FTO-YTHDF2轴可促进铁死亡并减轻BaP诱导的转移。## 引言苯并[a]芘（Benzo[a]pyrene，BaP）是一种强致癌性多环芳烃（PAH），对人类健康构成重大威胁。它主要通过化石燃料、木材和各种有机物的不完全燃烧产生[1]。BaP广泛存在于香烟烟雾、机动车和工业排放、受污染的环境介质以及高温加工食品中。人类暴露主要通过摄入受污染的食物和水、吸入污染空气以及皮肤接触，长期暴露会增加致癌风险[2]。在BaP相关恶性肿瘤中，肺癌尤其值得关注，因为吸入暴露和烟草烟雾是肺部PAH暴露的重要来源[3]。既往研究提示，基因突变、表观遗传修饰、氧化应激以及信号通路失调参与BaP诱导肺癌的发病过程[4]，[5]。然而，BaP暴露与肺癌进展之间的分子机制仍不完全清楚。铁死亡是一种铁依赖性的调控性细胞死亡方式，特征为脂质过氧化物过度蓄积[6]。铁死亡与氧化应激密切相关，已成为决定癌细胞存活和治疗敏感性的关键因素[6]。BaP可诱导氧化应激和活性氧（ROS），而暴露细胞同时会激活抗氧化程序以限制氧化损伤[7]，[8]。核因子红细胞2相关因子2（NRF2）是这些抗氧化反应的核心调控因子，参与氧化还原稳态和铁死亡防御[8]。在生理条件下，NRF2活性受到Kelch样ECH相关蛋白1（KEAP1）依赖的泛素化和蛋白酶体降解的抑制。在氧化或亲电应激下，KEAP1介导的调控被破坏，允许Nrf2积累并激活抗氧化反应元件（ARE）依赖的转录[9]，[10]。因此，KEAP1-NRF2通路的失调可增强抗氧化能力并增加癌细胞对铁死亡的抵抗力[11]。然而，KEAP1-NRF2通路是否通过调控铁死亡参与BaP相关肺癌的进展尚不清楚。N6-甲基腺苷（m6A）是真核生物mRNA中最普遍的内在修饰。m6A修饰是一个动态且可逆的过程，受甲基转移酶（"写入者"）、去甲基化酶（"擦除者"）以及m6A结合蛋白（"读取者"）的共同调控[12]。越来越多的证据表明，m6A修饰参与肿瘤起始、进展和转移，包括肺癌[13]。肥胖相关脂肪量蛋白（FTO）是首个被鉴定出的m6A去甲基化酶，可通过改变靶RNA的m6A状态和命运来影响癌症进展。m6A修饰的生物学后果部分由读取蛋白介导。YTH N6-甲基腺苷RNA结合蛋白2（YTHDF2）优先识别m6A修饰的转录本，已被确证为mRNA稳定性和降解的调控因子[14]。越来越多的证据将FTO和YTHDF2与致癌和癌症进展联系起来[15]。然而，FTO和YTHDF2依赖的m6A调控是否在铁死亡及BaP相关肺癌进展中发挥作用，仍基本未被探索。乳酸是有氧糖酵解过程中产生的关键代谢物，可通过赖氨酸残基的乳酰化修饰参与组蛋白乳酰化[16]。组蛋白乳酰化已成为细胞代谢与表观遗传调控之间的重要接口，并已在多种恶性肿瘤中被证实发挥作用[17]。值得注意的是，已有报道指出H3K18乳酰化可在眼黑色素瘤中促进YTHDF2的转录，为代谢调控与表观转录组调控可功能性地相互关联提供了证据[18]。近期研究进一步表明，代谢、表观遗传与表观转录组过程之间的交互作用可影响癌症进展[19]。然而，这种交互是否参与BaP相关肺癌中的铁死亡抵抗仍未知。在本研究中，我们探讨了BaP是否通过协调的表观遗传与表观转录组调控影响铁死亡，从而促进肺癌进展。我们考察了FTO和YTHDF2在m6A敏感的KEAP1调控中的作用，并评估了AHR依赖的FTO调控以及糖酵解相关的H3K18la调控YTHDF2的上游贡献。通过互补的遗传学、药理学、生化、报告基因、生物信息学及体内实验方法，我们提供了证据表明FTO/YTHDF2依赖的KEAP1调控参与NRF2相关的铁死亡防御和BaP相关的恶性进展。这些发现提供了一个机制框架，将环境BaP暴露与肺癌中的m6A调控、组蛋白乳酰化以及铁死亡抵抗联系起来。## 章节要点### 细胞培养与处理人肺腺癌细胞系LTEP-a-2购自中国科学院细胞库（中国上海），人非小细胞肺癌细胞系NCI-H1299购自美国典型培养物保藏中心（ATCC；CRL-5803，美国）。细胞在含10%胎牛血清（FBS；Bio-channel，BC-SE-FBS08，中国）的RPMI 1640培养基（Gibco，C11875500BT，美国）中培养，置于37°C、5% CO?的湿热培养箱中。实验处理如下，### BaP显著促进肺癌细胞的侵袭与迁移我们对GEO数据集GSE31210进行逻辑回归分析，结果显示吸烟史与年龄、基因改变或MYC状态之间无显著关联，如森林图所示。然而，吸烟史与肺癌病理分期显著相关（图1A）。随后，对Chitale LUAD队列的分析显示，高强度吸烟组的总生存期显著差于低强度吸烟组（log-rank P = 0.043；图1）。### 讨论本研究鉴定出一个m6A敏感的调控网络，将BaP暴露与肺癌细胞中铁死亡抵抗和恶性进展联系起来。BaP在肺癌细胞中促进迁移和侵袭，同时减少与铁死亡相关的脂质氧化。对FTO和YTHDF2进行功能操作对铁死亡相关表型和恶性行为产生相互相反的影响，而联合干预可在体外和实验中减弱BaP相关表型。### 结论总之，BaP暴露可促进肺癌模型中的迁移、侵袭和实验性转移进展，并诱导铁死亡抵抗表型。在机制上，FTO减少和YTHDF2增加共同汇聚于m6A敏感的KEAP1 mRNA调控，从而参与NRF2相关的铁死亡防御。AHR依赖的FTO调控和糖酵解相关的H3K18la对YTHDF2的调控提供了互补的上游输入，而KEAP1的敲低支持。### 环境意义苯并[a]芘（BaP）是一种广泛存在的致癌多环芳烃，存在于烟草烟雾、污染空气、受污染食物和职业排放物中。本研究通过协调的m6A及组蛋白乳酰化相关调控，将BaP暴露与铁死亡抵抗及恶性进展联系起来，该调控涉及FTO/YTHDF2依赖的KEAP1信号。此处使用的6.25–25 μM BaP浓度代表短期机制性暴露范围，而非直接等效的。### 缩写BaP：苯并[a]芘；AHR：芳烃受体；m6A：N6-甲基腺苷；FTO：肥胖相关脂肪量蛋白；YTHDF2：YTH N6-甲基腺苷RNA结合蛋白2；KEAP1：Kelch样ECH相关蛋白1；NRF2：核因子红细胞2相关因子2；AREs：抗氧化反应元件；NSCLC：非小细胞肺癌；ROS：活性氧；MDA：丙二醛；LPO：脂质过氧化；PAH：多环芳烃；RT-qPCR：实时定量。### 出版同意不适用。### CRediT作者贡献声明**陈宏强：** 撰写—审阅与编辑。**刘文彬：** 撰写—审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取，概念构思。**姚茂林：** 撰写—审阅与编辑，资金获取。**王凌侨：** 撰写—审阅与编辑，调查研究，资金获取。**石瑜：** 撰写—审阅与编辑。**曾勇：** 撰写—审阅与编辑。**张哲：** 撰写—审阅与编辑。**周世萌：** 撰写—审阅与编辑。**李江颖：** 撰写—审阅与。### 利益冲突声明作者声明，不存在可能影响本论文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。### 致谢本研究由重庆市自然科学基金项目（编号：CSTB2024NSCQ-MSX0497）、国家自然科学基金委员会（批准号：82173556和81872659）、重庆市教育委员会科学技术研究项目（批准号：KJZD-K202512808）以及教育部肿瘤免疫学与病理学重点实验室（陆军军医大学）（批准号：2024jszl005）资助。### 竞争性利益声明作者确认不存在潜在的利益冲突。---Na Wang｜Wan-tao Peng｜Ling-qiao Wang｜Hong-qiang Chen｜Yong Zeng｜Yu Shi｜Zhe Zhang｜Jiang-ying Li｜Shi-meng Zhou｜Qing-qing Liu｜Shuang-wu Deng｜Xue Han｜Zi-yuan Zhou｜Mao-lin Yao｜Wen-bin Liu