血液毒性苯代谢物 1,4-苯醌诱导的 CBP 抑制和组蛋白 H3K18 低乙酰化

《Journal of Hazardous Materials》：CBP Inhibition and Histone H3K18 Hypoacetylation Induced by the Hematotoxic Benzene Metabolite 1,4-Benzoquinone

　　

• •
  苯的代谢物1,4-苯醌不可逆地抑制CBP乙酰转移酶。
• •
  BQ与RING和PHD锌指半胱氨酸形成共价加合物，并触发Zn²⁺释放。
• •
  BQ降低H3K18Ac标记及CBP靶基因表达。
• •
  CBP失活是苯血液毒性的新表观遗传机制。

引言

苯（BZ）是一种公认的环境和职业致癌物，对公共卫生构成重大威胁[1]、[2]。作为工业上重要的有机化合物，苯被广泛用作溶剂以及众多化学品合成的前体。此外，苯还是汽油蒸气、机动车尾气和燃烧相关排放物的主要成分[3]。苯要发挥其致癌和血液毒性作用，必须经过代谢活化，主要发生在肝脏和骨髓中。参与苯代谢的酶，尤其是髓过氧化物酶（MPO），将苯转化为反应性亲电代谢物，如1,4-苯醌（BQ），后者被认为是苯血液毒性的关键介导物[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。然而，苯及BQ诱导的白血病发生的分子机制仍未被完全阐明[9]、[10]、[11]。尽管氧化性DNA损伤和染色体畸变（可能与拓扑异构酶I和II的抑制有关）长期以来被认为与苯诱导的白血病发生有关，但不断积累的证据强调了表观遗传失调在该过程中的关键作用[6]、[9]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]。特别是，近期的研究表明，苯暴露会诱导显著的表观遗传改变，包括组蛋白修饰的变化（如组蛋白H3乙酰化），这些变化导致基因表达失调[6]、[7]、[14]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。鉴于组蛋白修饰调控染色质结构，从而控制基因的可及性和转录活性，苯诱导的染色质动力学紊乱已被证明与造血信号通路改变有关，包括JAK–STAT通路，该通路在苯暴露人群中常发生失调[23]、[24]。尽管取得了上述进展，驱动苯诱导表观遗传改变的分子上游事件仍缺乏明确界定，需要进一步深入研究。

CREB结合蛋白（CBP；又称CREBBP或KAT3A）是一种赖氨酸乙酰转移酶，在染色质动力学和基因转录调控中发挥核心作用。CBP对正常造血不可或缺，其功能异常可促成白血病和淋巴瘤的发生[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]。赖氨酸乙酰转移酶（KAT）通过从乙酰辅酶A（AcCoA）向赖氨酸残基转移乙酰基，催化组蛋白和非组蛋白的乙酰化[31]、[32]。CBP是哺乳动物中主要的KAT，作为转录共激活因子发挥作用，主要通过乙酰化组蛋白和产生H3K18Ac表观遗传标记（一种活性转录标记）以及转录因子如p53来实现[30]、[33]、[34]、[35]、[36]、[37]。H3K18Ac是CBP最具功能相关性和特征性的标记之一，被广泛用于衡量CBP乙酰转移酶活性[30]、[38]。此外，H3K18低乙酰化与致癌转化相关[39]。CBP作为关键的肿瘤抑制因子，对正常发育至关重要。CBP基因种系功能丧失突变导致Rubinstein–Taybi综合征，这是一种先天性障碍，特征为智力残疾、骨骼异常以及血液恶性肿瘤（尤其是白血病）风险增加[30]、[40]。除了发育方面的作用外，CBP还在造血调控中发挥基本作用。其组蛋白乙酰转移酶（HAT）活性被破坏已被认为与淋巴瘤和白血病的发病机制相关，凸显了其在维持造血稳态中的重要性[26]、[27]、[28]、[41]、[42]、[43]。事实上，CBP功能丧失突变在血液恶性肿瘤中十分常见，并与组蛋白H3以及p53等非组蛋白的异常乙酰化有关[26]、[27]、[42]、[43]、[44]、[45]。此外，涉及CBP的KAT结构域的染色体易位产生融合蛋白，通过改变组蛋白乙酰化促进白血病发生[28]、[46]、[47]。小鼠模型进一步证实了CBP在正常和恶性造血中的核心作用，显示CBP功能丧失会导致严重的血液学缺陷[25]、[48]、[49]。

在本研究中，我们证明苯（BZ）的主要血液毒性和白血病发生代谢物——苯醌（BQ），通过共价、还原剂抗性的半胱氨酸加合物，在体外和细胞水平上不可逆地损害CBP的组蛋白乙酰转移酶活性。从机制上看，这种抑制源于CBP的RING和PHD Zn2?-指结构域中半胱氨酸残基的快速共价修饰，这些结构域对其酶活性至关重要[30]。在造血细胞中进行的实验证实，BQ暴露降低了CBP乙酰转移酶活性，同时伴随H3K18Ac表观遗传标记的显著下降以及CBP靶基因表达减少。综合而言，这些发现表明BQ通过修饰其催化核心中的关键半胱氨酸残基直接靶向CBP，从而损害其组蛋白乙酰转移酶功能，尤其是H3K18Ac表观遗传标记的产生。对CBP这样的中心表观遗传调控因子的抑制，为苯暴露、表观遗传失调和血液毒性之间提供了新的机制联系，并可能促进苯诱导的白血病发生。

章节摘要

BQ在体外抑制CBP的组蛋白乙酰转移酶活性

苯（BZ）的白血病发生特性至少部分通过其在造血细胞内的代谢生物活化介导，从而产生反应性醌类代谢物（图1A）[6]、[7]、[8]。苯代谢产生几种关键中间产物，包括苯酚（PH）、氢醌（HQ）和苯醌（BQ），后者在骨髓中通过髓过氧化物酶依赖的HQ氧化产生[50]、[51]。在这些代谢物中，BQ反应性最强，

结论

已知苯依赖性血液毒性和白血病发生至少部分依赖于苯代谢物驱动的影响DNA和组蛋白的表观遗传改变[6]、[16]、[17]、[73]。然而，这些苯诱导表观遗传改变背后的分子机制仍未被完全理解[17]。

通过分子和细胞方法，我们在此提供了证据，表明苯醌（BQ）——苯的一种主要血液毒性代谢物[8]、[74]——不可逆地灭活组蛋白

化学品和试剂

本研究中使用的抗体如下：H3K18Ac（9675S，Cell Signaling）、H3（3638S，Cell Signaling）、泛H3KAc（ab47915，Abcam，英国）、CBP（A22或C1，Santa Cruz，德国）、6xHis（H1029，Sigma-Aldrich，法国），以及二抗抗小鼠（31430，ThermoFisher，法国）和抗兔（A0545，Sigma-Aldrich，法国）。苯（BZ）、氢醌（HQ）、苯酚（PH）、1,4-苯醌（BQ）、过氧化氢、荧光素5-碘乙酰胺（IAF）、白藜芦醇（PBG）、硝基蓝四氮唑（NBT），

环境意义声明

苯暴露是一个重要的公共卫生问题，但其白血病发生效应的分子机制仍未被完全阐明。我们确定了组蛋白乙酰转移酶CBP为苯代谢物1,4-苯醌的直接靶标，建立了苯代谢与表观遗传失调之间的机制联系。通过损害CBP活性并降低细胞H3K18乙酰化水平，该途径揭示了苯可能扰动表观遗传

CRediT作者贡献声明

Iman Haddad：验证、调查、形式分析。Jean-Marie Dupret：指导、项目管理、资助获取。Joelle Vinh：验证、调查、形式分析。Christine Chomienne：项目管理、资助获取。Nicolas Dulphy：资源、项目管理。Rodrigues Lima Fernando：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿撰写，指导，项目管理，资助获取，形式分析，概念构思。Romain Duval：

生成式AI及AI辅助技术写作过程声明

在本工作准备过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）对修改后的稿件在语言、一致性和格式方面进行审查。作者根据需要审阅和编辑了输出内容，并对已发表论文的内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到了巴黎西提大学、勃艮第-弗朗什-孔泰大区、INSERM和CNRS的经常性资助项目支持，以及ANSES（法国国家食品安全、环境和工作健康局，2016年，COVEPI）和ITMO Cancer（2013年癌症-环境计划，EpiEnv）的资助。HX和WZ由中国奖学金委员会博士奖学金资助。我们感谢生物分析平台（巴黎西提大学功能与适应性生物学单元，BFA，UMR

Han Xiao | Romain Duval | Zhongyang Li | Wenchao Zhang | Laetitia Durand | Lise Coste-Sarguet | Linh-Chi Bui | Iman Haddad | Joelle Vinh | Victor Cochard | Guillaume Chevreux | Jean-Marie Dupret | Nicolas Dulphy | Christine Chomienne | Li Wang | Fernando Rodrigues-Lima | Fabien Guidez