IL-1β/IL-6炎症交互驱动管腔型乳腺癌中细胞因子诱导衰老相关的DNA甲基化与组蛋白重塑

《Inflammation Research》：IL-1β/IL-6 inflammatory crosstalk drives DNA methylation and histone remodeling associated with cytokine induced senescence in luminal breast cancer

背景：慢性炎症在乳腺癌中发挥矛盾效应，既诱导生长停滞，又维持肿瘤进展。然而，自分泌和旁分泌炎症细胞因子诱导的衰老如何与促肿瘤行为整合尚不清楚。在本研究中，研究人员鉴定了一个相互的白细胞介素-1β（IL-1β）/白细胞介素-6（IL-6）回路，该回路将管腔型乳腺癌细胞中的炎症信号、表观遗传重塑和细胞因子诱导衰老联系起来。

方法：在IL-1β和IL-6处理后，采用细胞周期、凋亡、活性氧（ROS）流式细胞术检测和衰老检测检查MCF-7细胞；RNA测序；全局DNA甲基化定量；甲基化特异性PCR（MSP）；组蛋白标志物染色质免疫沉淀-qPCR（ChIP-qPCR）；细胞因子酶联免疫吸附试验（ELISA）；以及针对DNA甲基转移酶（DNMTs）和信号转导与转录激活因子3（STAT3）/蛋白激酶B（AKT）/核因子κB（NF-κB）信号蛋白的蛋白质印迹（western blotting）。通过受体拮抗和药理学抑制检查IL-1β和IL-6信号动力学。

结果：IL-1β诱导衰老，其特征为G₀/G₁期阻滞、衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）活性升高、ROS积累和无凋亡。转录组分析显示细胞周期调节因子受抑、衰老相关特征富集和促炎分泌表型。机制上，IL-1β诱导DNMT1和DNMT3A表达增加、全局DNA甲基化升高、启动子特异性DNA甲基化（IL-15、HMGB2）以及炎症、衰老和凋亡位点的组蛋白标志重塑（IL-6、IL1RN、BCL2、BAX）。IL-1受体拮抗减弱这些效应。IL-6在IL-1β下游诱导，反过来激活STAT3，增加DNMT1和DNMT3B表达，放大IL-1β表达和促肿瘤表型，同时维持IL-1β诱导的衰老状态。IL-6R阻断破坏该轴并减少促肿瘤效应。

结论：IL-1β/IL-6炎症环路驱动与细胞因子诱导衰老相关的表观遗传重塑，同时促进肿瘤支持性信号。IL-1β启动衰老程序，而IL-6通过STAT3/DNMT信号强化并维持该状态，突显炎症细胞因子信号通路作为乳腺癌治疗的潜在治疗靶点。

研究背景：慢性炎症是乳腺癌进展的重要驱动因素，可促进肿瘤进展、治疗抵抗、免疫抑制和转移。IL-1β和IL-6是肿瘤促进性炎症的中心介质，乳腺癌患者中其血清水平升高并与不良预后相关。既往研究提示，IL-1β可诱导衰老并通过NF-κB启动促炎SASP（衰老相关分泌表型），IL-6可维持稳定衰老状态并促进肿瘤进展；二者还可调控肿瘤表观基因组。然而，在管腔型乳腺癌中，慢性IL-1β/IL-6炎症信号如何重编程表观遗传景观、驱动细胞因子诱导衰老并同时促进肿瘤进展，机制尚不清楚。为此，研究人员在管腔型乳腺癌细胞中研究IL-1β和IL-6如何建立细胞因子诱导衰老，并伴随SASP活化和表观遗传重塑。研究得出，IL-1β启动衰老相关表观遗传重塑，IL-6强化DNMT依赖性促肿瘤表型并维持IL-1β诱导的衰老。其意义在于揭示炎症-表观遗传-衰老轴，提示IL-1β/IL-6通路抑制联合表观调节剂或衰老细胞清除策略具有治疗潜力。

关键技术方法：研究人员利用TISCH2公共单细胞RNA测序数据、人类蛋白图谱（HPA）细胞系转录组、TCGA-BRCA队列和KM Plotter公开乳腺癌队列进行表达与预后分析，并整合NCI-60中MCF-7甲基化谱及CellAge衰老基因数据库。以MCF-7为主要模型，辅以MCF-10A和MDA-MB-231，采用IL-1β/IL-6处理、IL-1Ra及抗IL-6R抗体huE17干预，结合流式细胞术、RNA测序、高效液相色谱（HPLC）全局DNA甲基化、MSP、ChIP-qPCR、多重ELISA和western blotting。

研究结果：
肿瘤相关髓系细胞分泌IL-1β且IL-1受体复合物表达与乳腺癌患者不良预后相关。单细胞转录组显示IL1B主要限于髓系细胞包括单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞；HPA数据显示IL1R1和IL1RAP在细胞系稳定表达，MCF-7基础IL-1β分泌低；TCGA显示IL1R1和IL1RAP跨正常乳腺和分子亚型表达，高表达与无复发生存降低相关。结论：管腔型乳腺癌中IL-1β主要经髓系来源旁分泌作用，MCF-7适合研究基质细胞因子驱动效应。

IL-1β诱导管腔型乳腺癌细胞持续非凋亡性G₀/G₁阻滞和细胞因子诱导衰老。流式细胞周期、CCK-8、EdU、Annexin V/PI、DCFDA、SA-β-gal和Senescence Green检测显示，IL-1β引起G₀/G₁期阻滞、细胞活力降低、DNA合成减少、ROS升高、SA-β-gal和Senescence Green阳性增加，且无显著凋亡增加；IL-1Ra共处理部分逆转这些效应。结论：IL-1β通过IL-1R1/IL1RAP信号诱导持续非凋亡性衰老。

IL-1β诱导以DNA损伤信号、凋亡抵抗和SASP诱导为特征的衰老相关转录程序。RNA测序显示炎症细胞因子和趋化因子信号经NF-κB和STAT3通路富集；细胞周期基因下调，DNA损伤信号介质ATM、ATR、TP53、TP53BP1上调，DNA修复基因RAD51、XRCC1、APEX1、CHEK1、CHEK2下调；CDKN1A（p21）和MMP1上调，FOXM1、CDC20、CENPA、LMNB1、HMGB2下调；凋亡通路受抑，BCL2上调而BAX下调；CellAge数据库支持衰老基因签名富集；多重ELISA显示IL-6、TNF-α、CXCL8、CXCL1、CCL2分泌增加，IL-15和IL-1Ra降低。结论：IL-1β建立持续DNA损伤信号、DNA修复受损、凋亡抵抗和促炎分泌的衰老相关程序。

IL-1β通过DNMT诱导和衰老相关基因甲基化依赖性抑制促进DNA甲基化。RNA测序和western blotting显示DNMT1和DNMT3A表达增加，HPLC显示全局5-mC水平升高；整合IL-1β转录组与NCI-60甲基化谱提示甲基化候选基因富集于细胞呼吸、细胞周期、衰老和凋亡通路；IL-1β增加STAT3、AKT和IκBα磷酸化；MSP显示IL15和HMGB2启动子甲基化增加，IL-1Ra部分逆转，HMGB2 mRNA和IL-15分泌降低。结论：IL-1β促进全局和基因特异性DNA甲基化，并抑制衰老相关基因。

IL-1β改变组蛋白修饰酶表达并驱动炎症和凋亡基因位点特异性组蛋白重塑。RNA测序显示组蛋白乙酰转移酶（HATs）、组蛋白去乙酰化酶（HDACs）、组蛋白甲基转移酶（HMTs）和组蛋白去甲基化酶（HDMs）表达改变；ChIP-qPCR显示IL-1β在IL6、IL1RN、BCL2和BAX等位点引起H3K4me3、H3K27ac和H3K27me3的位点特异性改变，整体与炎症和抗凋亡基因激活、促凋亡基因抑制一致，IL-1Ra可部分逆转。结论：IL-1β通过位点特异性组蛋白修饰强化衰老和生存表型。

IL-6在IL-1β下游强化STAT3-DNMT信号轴并参与维持细胞因子诱导衰老。IL-6处理升高全局5-mC及DNMT1和DNMT3B水平；huE17抑制IL-6诱导的STAT3磷酸化并降低DNMT1/3B；IL-6上调IL-1β，TCGA-BRCA中IL-1β与IL-6表达呈正相关；SA-β-gal和Senescence Green显示IL-6单独仅轻度诱导衰老，不协同增强IL-1β，但IL-6R阻断降低IL-1β诱导的衰老。结论：IL-6不是主要衰老诱导者，而是维持IL-1β诱导衰老并放大炎症回路。

IL-1β/IL-6炎症分泌组通过IL-6依赖性信号促进促肿瘤表型。IL-1β处理后的条件培养基作用于未处理MCF-7细胞，CCK-8、EdU、细胞周期和软琼脂集落形成实验显示细胞增殖、DNA合成、细胞周期进展和锚定非依赖生长增加，IL-1Ra或huE17可部分逆转；MCF-10A和MDA-MB-231比较显示IL-1β在非肿瘤MCF-10A中变化小，在MDA-MB-231中增加全局甲基化和DNMT表达，但与衰老基因签名重叠有限。结论：IL-1β/IL-6分泌组促进肿瘤支持表型，且不同乳腺癌亚型反应存在差异。

讨论部分总结：该研究将慢性炎症、细胞因子诱导衰老和表观遗传重编程联系起来，提出IL-1β启动衰老程序并诱导SASP和表观重塑，IL-6通过STAT3/DNMT信号强化并维持该状态，同时促进肿瘤支持性微环境。IL-15和HMGB2启动子甲基化可能帮助衰老肿瘤细胞持续存在，组蛋白重塑促进NF-κB/STAT3相关炎症生存和抗凋亡程序。条件培养基实验证明该分泌组增强邻近肿瘤细胞增殖和锚定非依赖生长。IL-6R阻断可破坏该轴并减弱促肿瘤效应。研究局限包括机制研究主要基于MCF-7，表观分析以全局甲基化和选定位点为主，未来需全基因组甲基化、染色质可及性、其他管腔模型、患者来源类器官和体内系统验证。

研究结论部分翻译：IL-1β/IL-6炎症环路驱动与细胞因子诱导衰老相关的表观遗传重塑，同时促进肿瘤支持性信号。IL-1β启动衰老程序，而IL-6通过STAT3/DNMT信号强化并维持该状态，突显炎症细胞因子信号通路作为乳腺癌治疗的潜在治疗靶点。