CHD1缺失重塑去势抵抗性前列腺癌表观遗传景观：通过调控组蛋白修饰酶NSD2与EZH2影响肿瘤耐药性

《Neoplasia》：Genetic loss of CHD1 regulates distinct histone post-translational modifications in the development of castration-resistant prostate cancer

【编辑推荐】 为阐明去势抵抗性前列腺癌（CRPC）发展中表观遗传改变的具体机制，本研究通过质谱技术系统筛选了配对激素敏感与去势抵抗患者来源异种移植模型（PDX）中的组蛋白翻译后修饰（PTM），首次揭示CHD1缺失会导致H3.3K27K36甲基化全局性降低，并下调甲基转移酶NSD2和EZH2的表达。研究发现CHD1通过结合NSD2/EZH2启动子区域维持染色质开放状态和激活标记H3K4me3沉积，从而促进其转录；而CHD1缺失则导致抑制性标记H3K27me3积累。该机制最终使CHD1缺陷肿瘤对NSD2抑制剂产生耐药。这为基于CHD1表观遗传特征的CRPC个体化治疗提供了新思路。

　　

前列腺癌是全球男性中最常见的恶性肿瘤之一。对于晚期患者，雄激素剥夺疗法（ADT）曾是标准治疗手段，但绝大多数患者最终会发展为去势抵抗性前列腺癌（Castration-Resistant Prostate Cancer， CRPC），意味着肿瘤在低雄激素环境下仍能继续生长，此时治疗选择有限，患者预后往往较差。人们逐渐认识到，除了基因突变，表观遗传（epigenetics）的改变——即不改变DNA序列但影响基因表达的化学修饰——在癌症发生和耐药中扮演着关键角色。其中，组蛋白（histone）上的化学修饰，如甲基化（methylation）和乙酰化（acetylation），就像调控基因“开关”的密码，深刻影响着染色质的结构和功能。然而，在CRPC的发展过程中，这些组蛋白修饰究竟如何变化，其背后的调控机制是什么，尤其是与特定的基因背景（如常见的CHD1基因缺失）有何关联，仍是亟待解答的科学问题。

为解决上述问题，研究人员Tanaya A. Purohit, Joseph Gawdzik, Eric A. Armstrong, Bing Yang, Zachery Schultz, Kayla Bahr, Truman J. Do, Rehaan Machhi, Sean Sardeson, Mohammad Rizvi, Sarah A. Nakada, Anupama Singh, Karla Esbona, Wei Huang, Marjorie L. Roskes, Ekta Khurana, Peter W. Lewis, John M. Denu, David F. Jarrard等在《Neoplasia》上发表了一项研究。他们旨在系统描绘CRPC发展过程中的组蛋白修饰全景图，并深入探究染色质重塑因子CHD1在其中扮演的核心角色。

为开展研究，作者运用了几个关键技术方法：首先，研究核心采用了十对来自患者的、匹配的激素敏感性和去势抵抗性前列腺癌患者来源异种移植模型（PDX）作为in vivo研究体系。其次，利用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术对PDX样本进行全局性的组蛋白翻译后修饰（PTM）定量分析。再者，在细胞水平，通过CRISPR-Cas9基因编辑技术在三种CRPC细胞系（DU145， 22RV1-CR， LNCaP-CR）中构建了CHD1敲除（KO）模型。此外，结合了染色质免疫沉淀（ChIP）、免疫组化（IHC）分析临床组织芯片、以及转录组测序（RNA-seq）和生物信息学分析（如基因集富集分析GSEA）等多种分子生物学和组学技术来验证机制和探索下游通路。

结果

1. 组蛋白PTMs筛选定义了去势抵抗发展过程中PC PDXs的独特特征

通过对PDX模型的LC-MS/MS分析，研究人员发现随着去势抵抗的发展，整体组蛋白乙酰化水平（特别是H3K14ac）升高。更重要的是，他们识别出一个独特的亚群，其特征是组蛋白H3.3变体（H3 variant 3.3）上K27和K36位点的甲基化（H3.3K27K36甲基化）水平显著降低。这一表观遗传特征与肿瘤的CHD1缺陷状态密切相关。

2. CHD1表达与PC PDXs去势抵抗发展中组蛋白H3.3K27K36甲基化及其酶的变化相关

进一步分析表明，在CRPC PDXs中，CHD1的mRNA水平和基因组状态（缺失与否）与H3.3K36me₂和H3.3K27me₃水平呈正相关。CHD1缺陷的肿瘤不仅H3.3K27K36甲基化降低，其调控这些修饰的关键组蛋白修饰酶（HMEs）——包括甲基转移酶NSD2、EZH2以及去甲基化酶KDM6B的表达也同步下调。

3. CHD1与人类CRPC样本中的NSD2和EZH2相关

在人类CRPC患者（SU2C/PCF和WCDT-mCRPC队列）的mRNA数据以及组织芯片的蛋白水平检测中，均证实CHD1的表达与NSD2和EZH2存在显著正相关。这提示CHD1与这些HMEs的功能性关联在人类CRPC中普遍存在。

4. CRPC细胞中CHD1的CRISPR敲除降低了NSD2和H3K36me₂水平

在CRPC细胞系中敲除CHD1基因，可一致性地导致NSD2和EZH2蛋白表达下降，并通过质谱验证了H3.3K36me₂水平的降低。免疫组化也显示，CHD1低表达的人类CRPC肿瘤组织中，H3K36me₂蛋白水平更低。

5. CHD1在NSD2启动子的招募改变了染色质可及性并调节其转录

机制研究表明，CHD1蛋白直接结合在NSD2和EZH2基因的启动子区域。在CHD1野生型细胞中，这种结合伴随着激活型组蛋白标记H3K4me₃的富集，表明染色质处于开放和活跃转录的状态。而当CHD1缺失时，启动子区域的抑制型标记H3K27me₃积累，染色质变得封闭，导致NSD2和EZH2的转录受到抑制。

6. CHD1、NSD2和H3K36me₂调控CRPC中参与免疫信号传导的靶基因表达

通过转录组测序分析发现，CHD1敲除会显著下调干扰素（IFN）信号通路相关基因的表达。这些基因同样是已知的NSD2/H3K36me₂调控的靶标。染色质免疫沉淀实验证实，在CHD1敲除细胞中，这些基因上的H3K36me₂富集程度降低。这表明CHD1-NSD2-H3K36me₂轴共同调控着CRPC中的免疫相关通路。

7. CHD1状态决定CRPC细胞对NSD2抑制的差异敏感性

功能实验表明，CHD1野生型的CRPC细胞对NSD2靶向蛋白降解剂（PROTAC UNC8153）处理更敏感，细胞增殖受到显著抑制；而CHD1敲除的细胞则表现出更强的耐药性。这意味着CHD1的完整功能是NSD2抑制剂发挥最佳疗效的前提，CHD1状态可能成为预测NSD2靶向治疗反应的生物标志物。

结论与讨论

本研究系统揭示了去势抵抗性前列腺癌发展过程中伴随的独特表观遗传重编程。核心结论是：染色质重塑因子CHD1的遗传性缺失，会驱动形成一种特征性的组蛋白修饰模式，主要表现为H3.3K27和H3.3K36位点甲基化的全局性减少。其分子机制在于，CHD1通过结合并维持NSD2和EZH2等关键组蛋白修饰酶基因启动子区域的染色质开放状态（伴随H3K4me₃富集），正向调控它们的转录。一旦CHD1缺失，启动子区域转而积累抑制性标记H3K27me₃，导致这些酶的表达下调，进而引起全基因组水平的H3K27K36甲基化格局改变。

这一CHD1缺陷所塑造的表观遗传状态具有重要的功能后果。它不仅下调了干扰素等免疫相关通路，还可能通过影响EZH2和NSD2（已知与神经内分泌分化有关）而影响肿瘤的细胞命运和谱系可塑性。最具临床转化潜力的发现是，CHD1完整的肿瘤细胞对NSD2抑制剂高度敏感，而CHD1缺陷的细胞则产生耐药。这强烈提示，在考虑使用靶向NSD2等表观遗传药物的个性化治疗策略时，评估肿瘤的CHD1状态至关重要。

综上所述，这项研究超越了将CHD1简单归类为“癌基因”或“抑癌基因”的二元论，而是将其定位为塑造CRPC表观遗传进化轨迹的关键“染色质守门员”。它首次建立了从CHD1基因缺失到特定组蛋白修饰酶表达失调、再到全局性组蛋白甲基化模式改变、最终影响治疗反应的完整逻辑链条。该发现不仅增进了对CRPC耐药机制的理解，更为针对具有特定表观遗传缺陷（如CHD1缺失）的CRPC亚群开发精准治疗策略提供了新的理论依据和潜在的生物标志物。