SREBP2通过转录上调GPX4增强结直肠癌铁死亡抵抗的新机制

《Apoptosis》：SREBP2 confers ferroptosis resistance by targeting GPX4 in colorectal cancer

本研究针对结直肠癌（CRC）中铁死亡抵抗机制不清的难题，揭示了固醇调节元件结合蛋白2（SREBP2）的关键作用。研究人员发现，在CRC中高表达的SREBP2可直接结合GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）启动子区域并促进其转录，从而增强癌细胞对铁死亡的抵抗能力，促进肿瘤进展。值得注意的是，β-连环蛋白（β-catenin）被证实是SREBP2的上游转录调控因子。该研究不仅阐明了SREBP2/GPX4轴在CRC铁死亡调控中的新机制，还通过体内外实验证明SREBP2抑制剂Betulin可诱导铁死亡并抑制肿瘤生长，为CRC治疗提供了新的潜在靶点和策略。

　　

在全球范围内，结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）是消化系统最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率均居高不下。尽管手术、放疗和化疗等治疗手段不断进步，晚期结直肠癌患者的预后仍然不甚理想，肿瘤的复发和转移仍是临床面临的重大挑战。因此，深入探索结直肠癌发生发展的分子机制，寻找新的有效治疗靶点，具有重要的科学意义和临床价值。

近年来，一种铁依赖性的、由脂质过氧化物累积驱动的程序性细胞死亡方式——铁死亡（Ferroptosis），在癌症研究领域引起了广泛关注。理论上，诱导癌细胞的铁死亡有望成为攻克肿瘤的新策略。然而，癌细胞也进化出了相应的防御机制来抵抗铁死亡，从而在不利环境中存活。其中，GPX4（Glutathione Peroxidase 4）是抑制铁死亡的关键分子，它能催化还原脂质过氧化物，维持细胞氧化还原平衡。但在结直肠癌中，GPX4的表达如何被精确调控，以及其上游信号通路如何影响铁死亡敏感性，仍有待阐明。

与此同时，固醇调节元件结合蛋白2（Sterol regulatory element-binding protein 2, SREBP2）作为调控胆固醇合成代谢的核心转录因子，其在多种实体肿瘤（如乳腺癌、肝癌）中的促癌作用已被报道。然而，SREBP2在结直肠癌铁死亡中的作用却是一个未知的领域。Betulin是一种天然的五环三萜类化合物，已知能抑制SREBP2的活化，但其在结直肠癌中是否通过影响SREBP2发挥抗癌作用，亦需进一步探究。

发表在《Apoptosis》杂志上的这项研究，正是为了回答上述问题。研究人员发现，在结直肠癌组织和细胞系中，SREBP2的表达显著上调。功能实验表明，敲低SREBP2或使用其抑制剂Betulin处理，能有效抑制结直肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力。机制上，RNA测序（RNA-seq）分析提示铁死亡通路是SREBP2调控的关键下游。进一步研究证实，SREBP2能够直接结合到GPX4基因的启动子区域（-431 ~ -422 bp, GTGCCCTGAT），正向调控其转录。这导致GPX4蛋白水平升高，从而增强细胞对铁死亡的抵抗。反之，抑制SREBP2则使细胞对铁死亡诱导剂Erastin更敏感，表现为脂质过氧化产物MDA（Malondialdehyde）、活性氧（ROS）、Fe²⁺和脂质ROS水平升高，以及谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽（GSH/GSSG）比值下降。重要的是，过表达GPX4可以逆转由SREBP2敲低所增加的铁死亡敏感性，而外源性补充胆固醇则不能，表明SREBP2主要通过GPX4依赖的途径而非胆固醇代谢来调控铁死亡。

此外，研究还深入探索了SREBP2在结直肠癌中高表达的上游机制。鉴于Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）信号通路在结直肠癌中的关键作用，研究人员发现β-catenin能与转录因子TCF4形成复合物，结合至SREBP2启动子区（-1628 ~ -1621 bp），直接促进SREBP2的转录。最后，体内动物实验证实，敲除SREBP2或使用Betulin治疗，均能显著抑制小鼠皮下移植瘤的生长，并伴随着肿瘤组织中GPX4表达下调以及脂质过氧化标志物4-HNE（4-Hydroxynonenal）水平升高，表明靶向SREBP2可通过促进铁死亡来抑制结直肠癌的进展。

主要关键技术方法

本研究综合利用了临床样本分析（47对CRC与癌旁组织）、细胞模型（HT29, RKO等CRC细胞系）、基因操作（siRNA敲低、CRISPR/Cas9敲除、过表达）、RNA-seq转录组分析、双荧光素酶报告基因检测、染色质免疫共沉淀（ChIP）、共免疫共沉淀（Co-IP）、以及小鼠皮下荷瘤模型等关键技术方法，从临床现象到分子机制，再到体内功能验证，系统地阐述了SREBP2在结直肠癌铁死亡抵抗中的作用及调控通路。

SREBP2在结直肠癌中表达上调

研究人员首先检测了47对结直肠癌患者癌组织与配对癌旁组织中SREBP2的表达水平。实时荧光定量PCR（qPCR）、蛋白质印迹（Western Blot）和免疫组织化学（IHC）结果一致表明，SREBP2在mRNA和蛋白水平上均在癌组织中显著上调。此外，在多种结直肠癌细胞系中也观察到了SREBP2的高表达，其活性形式（核定位的n-SREBP2）在癌组织中也明显增加。

SREBP2敲低抑制结直肠癌细胞增殖、迁移和侵袭

为了探究SREBP2的功能，研究者在SREBP2高表达的HT29和RKO细胞中利用小干扰RNA（siRNA）敲低其表达。细胞功能实验显示，SREBP2敲低后，细胞的集落形成能力和CCK-8检测的细胞活力均显著下降。伤口愈合实验和Transwell实验进一步表明，SREBP2敲低显著削弱了细胞的迁移和侵袭能力。

Betulin抑制结直肠癌细胞增殖、迁移和侵袭

使用SREBP2的特异性小分子抑制剂Betulin处理细胞，同样观察到了类似的效果。Betulin处理降低了n-SREBP2的蛋白水平，并有效抑制了HT29和RKO细胞的增殖、迁移和侵袭。

SREBP2转录上调GPX4表达

通过RNA-seq筛选SREBP2的下游靶基因，发现铁死亡通路显著富集。进一步验证发现，SREBP2敲低后，GPX4的mRNA和蛋白水平均明显下降。生物信息学预测、ChIP实验和双荧光素酶报告基因实验共同证实，SREBP2能直接结合到GPX4启动子区的特定位点，并增强其转录活性。

SREBP2通过GPX4促进铁死亡抵抗

在Erastin诱导铁死亡的背景下，SREBP2敲低加剧了铁死亡相关指标的变化（MDA、ROS、Fe^{2+、脂质ROS升高，GSH/GSSG比值下降）。而过表达n-SREBP2则能抵抗铁死亡，这种保护作用可被同时敲低GPX4所逆转。挽救实验表明，过表达GPX4能抵消SREBP2敲低导致的铁死亡敏感性增加。虽然SREBP2调控胆固醇合成，但外源性补充胆固醇并不能逆转其敲低带来的铁死亡敏感性，说明SREBP2主要通过GPX4而非胆固醇代谢通路来调控铁死亡。}

β-catenin转录上调SREBP2表达

机制探索发现，β-catenin/TCF4复合物能直接结合至SREBP2启动子区并促进其转录。敲低β-catenin会降低SREBP2和GPX4的表达。ChIP、Co-IP和启动子突变实验均证实了β-catenin/TCF4对SREBP2的直接转录调控作用。

SREBP2抑制在体内通过促进铁死亡抑制结直肠癌进展

体内实验表明，皮下注射SREBP2敲除的HT29细胞所形成的肿瘤，其体积和重量均显著小于对照组。肿瘤组织IHC分析显示，SREBP2敲除组中增殖标志物Ki-67和GPX4表达降低，而脂质过氧化标志物4-HNE表达升高。同样，用Betulin治疗荷瘤小鼠，也观察到了肿瘤生长抑制、GPX4下调和4-HNE上调的现象，证实了靶向SREBP2在体内的抗肿瘤效果与促进铁死亡相关。

研究结论与意义

本研究系统地阐明了一条新的信号轴：在结直肠癌中，异常激活的β-catenin/TCF4复合物转录上调SREBP2的表达，进而，SREBP2直接结合GPX4启动子并促进其转录。高表达的GPX4增强了结直肠癌细胞对铁死亡的抵抗能力，从而促进了肿瘤的恶性进展。研究不仅揭示了SREBP2在结直肠癌铁死亡调控中的核心作用及其上游机制，还验证了SREBP2抑制剂Betulin的抗肿瘤效果，为结直肠癌的治疗提供了新的潜在靶点（SREBP2）和候选药物（Betulin），具有重要的理论意义和潜在的临床转化价值。