组蛋白乙酰化的代谢调控：ACLY支持结直肠癌中MDR1的表达并揭示可靶向的脆弱性

《Neoplasia》：Metabolic regulation of histone acetylation by ACLY supports MDR1 expression in colorectal cancer and highlights a targetable vulnerability

　　

化疗耐药仍然是结直肠癌（CRC）治疗失败的主要原因，然而维持外排介导的药物抵抗的代谢机制尚未完全明确。在此，研究人员确定ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）为一种代谢调节因子，其连接了柠檬酸盐依赖的乙酰辅酶A（acetyl?CoA）产生与MDR1/ABCB1表达的表观遗传控制。利用遗传学和药理学方法，研究人员表明ACLY的催化活性有助于维持H3K9和H4K16处的组蛋白乙酰化，并支持CRC细胞中MDR1的转录。一致地，ACLY的过表达增强了MDR1的表达及相关的抗性相关转录程序，而其抑制则降低了这些表达。在CRC患者样本中，ACLY与MDR1水平呈正相关，且在晚期肿瘤中观察到更强的关联，支持了该代谢?表观遗传轴的临床相关性。利用13C?葡萄糖进行的代谢示踪表明，柠檬酸盐通量的扰动影响了ACLY相关的通路和乙酰辅酶A的可用性。在此背景下，维生素C处理减少了柠檬酸盐衍生的乙酰辅酶A和ACLY磷酸化，并与体外及KRAS突变型患者来源异种移植瘤模型中全局组蛋白去乙酰化和MDR1表达降低相关。总之，这些发现强调了ACLY依赖的乙酰辅酶A产生作为一种潜在的代谢脆弱性，其与CRC中药物外排程序的表观遗传调控相关。靶向这一代谢?染色质轴可能代表了一种调节MDR1相关化疗耐药的策略。

化疗耐药是结直肠癌（CRC）治疗失败的主要瓶颈，尤其在晚期KRAS突变型肿瘤中，由于分子靶向药物和化疗反应有限，临床预后极差。尽管已有针对KRAS的选择性抑制剂和降解剂开发，但内在及适应性耐药机制常削弱其疗效。其中，ATP结合盒（ABC）转运蛋白家族成员ABCB1（又称MDR1或P?糖蛋白）通过限制细胞内药物积累而在CRC耐药中发挥核心作用，且其表达可被治疗诱导。传统的直接抑制转运蛋白或转录靶向策略因毒性、缺乏特异性及代偿机制而难以临床转化，因此亟需鉴定维持MDR1表达的上游调控通路。近年来，代谢重编程与转录适应的密切联系被揭示，脂质代谢不仅影响膜组成和转运活性，还参与信号传导和转录程序调控，但其如何直接调控外排转运蛋白表达尚不完全清楚。ATP?柠檬酸裂解酶（ACLY）处于代谢与基因调控的交叉点，作为从头脂肪生成的限速酶，其产生的胞核乙酰辅酶A（acetyl?CoA）是脂质合成和组蛋白乙酰化的关键底物，从而连接营养供给与染色质重塑。虽然ACLY在CRC进展和代谢适应中的作用已被报道，但其驱动的乙酰辅酶A是否直接调控MDR1转录尚不明确。此外，维生素C作为一种代谢调节剂，已知可影响KRAS突变型癌细胞的代谢和表观遗传，但其是否通过干扰ACLY依赖的通路发挥作用有待阐明。为此，本研究旨在探究ACLY作为CRC中MDR1表达的代谢调节因子的作用及其机制。

为开展研究，作者主要采用了以下关键技术方法：利用TCGA/GTEx数据库进行生物信息学分析；通过CRISPR/Cas9基因编辑和慢病毒转导构建ACLY过表达及敲除细胞模型；采用定量实时PCR（qPCR）和蛋白质印迹（Western Blot）检测基因转录和蛋白表达；利用液相色谱?串联质谱（LC?MS/MS）进行¹³C?葡萄糖代谢示踪分析；应用无标记定量蛋白质组学（diaPASEF模式）解析全蛋白表达谱；构建KRAS突变型CRC患者来源异种移植（PDX）小鼠模型评估体内药效；并利用组织微阵列（TMA）结合免疫组化（IHC）分析临床样本中蛋白表达的相关性。

ACLY活性调控结直肠癌中的MDR1表达

通过分析GEPIA数据库，研究人员发现CRC组织中ACLY转录水平显著高于正常结肠黏膜，而MDR1（ABCB1）变异性较大。在SW480和DLD1细胞系中，药理学抑制ACLY（使用抑制剂BMS?303141）导致MDR1蛋白水平呈剂量依赖性降低，但不影响ACLY总蛋白量，表明MDR1对ACLY酶活性敏感。相反，稳定过表达ACLY增加了两种细胞系中MDR1的蛋白水平，而这种效应可被BMS?303141逆转。在mRNA水平上，ACLY过表达增加了ABCB1转录本丰度，而抑制ACLY则降低了其水平。功能实验显示，ACLY过表达显著增加了细胞对5?氟尿嘧啶（5?FU）的耐药性。

ACLY调节组蛋白乙酰化并与MDR1表达变化相关

鉴于ACLY可产生用于组蛋白乙酰化的乙酰辅酶A，研究人员探究了染色质调控机制。HDAC抑制剂伏立诺他（Vorinostat, VOR）处理增加了MDR1蛋白水平，提示MDR1表达受组蛋白乙酰化状态影响。进一步分析显示，ACLY过表达增加了H3K9ac和H4K16ac的乙酰化水平，而BMS?303141处理则降低了这些修饰，这与MDR1表达的变化相一致，支持了ACLY通过乙酰辅酶A依赖的染色质调控控制MDR1转录的机制。

ACLY表达与结直肠癌中耐药相关转录程序相关

通过对TCGA数据的关联分析，ACLY表达与一个富集了脂质代谢（如ACLY, FASN, SREBP1）和药物转运（如ABCB1, ABCC2）通路的基因集呈正相关（R?=?0.38）。在细胞模型中，ACLY过表达上调了ABCC2、EpCAM和CD24的mRNA水平，而抑制ACLY则下调了这些基因，表明ACLY活性与更广泛的耐药及肿瘤细胞状态转录程序相关。

ACLY表达与MDR1水平相关且在晚期结直肠癌中富集

对包含307例II期和112例IV期CRC患者的组织微阵列分析显示，II期肿瘤中ACLY与MDR1表达呈弱正相关，而在IV期肿瘤中这种关联显著增强。此外，IV期样本中的ACLY和MDR1表达水平均显著高于II期。这表明ACLY?MDR1关联在肿瘤进展过程中愈发显著。

维生素C诱导结直肠癌细胞中协调的代谢和染色质相关变化

蛋白质组学分析显示，维生素C处理导致染色质重塑复合物和Polycomb家族蛋白等组分发生差异调节，同时硫代谢、丙酸代谢和核苷酸生物合成等通路改变。基因本体（GO）富集分析揭示了染色质相关复合物（包括组蛋白乙酰转移酶复合物）的显著调控，热图分析显示维生素C处理后染色质调节蛋白总体减少。

维生素C调节ACLY相关的代谢和表观遗传以控制MDR1表达

利用¹³C?葡萄糖示踪发现，维生素C处理减少了SW480和DLD1细胞中标记的柠檬酸盐水平，表明柠檬酸盐通量受损。与此一致，维生素C降低了总ACLY及其磷酸化形式（pS455?ACLY），进而减少了H3K9和H4K16的乙酰化。最终，维生素C处理导致MDR1蛋白及ABCB1 mRNA水平下降。抗氧化剂NAC预处理部分抵消了维生素C诱导的MDR1下调，提示活性氧（ROS）机制参与其中。

维生素C减少KRAS突变型结直肠癌PDX模型中的肿瘤生长并与ACLY通路调节相关

在体内实验中，维生素C治疗显著抑制了KRAS突变型PDX模型的肿瘤生长，并伴随Ki67染色显示的增殖活性降低。组织学分析显示，治疗组肿瘤中ACLY和MDR1蛋白表达降低，同时H3K9ac和H4K16ac的乙酰化水平下降，证实了维生素C在体内可调节ACLY相关的代谢?表观遗传轴。

讨论部分指出，本研究确立了ACLY作为CRC中MDR1表达的代谢调节因子。数据支持一个模型，即ACLY活性通过维持与MDR1及相关基因程序转录调控相关的组蛋白乙酰化状态（特别是H3K9ac和H4K16ac），将代谢通量与染色质调控联系起来。维生素C通过减少葡萄糖碳掺入柠檬酸盐，降低了ACLY丰度和磷酸化，进而导致组蛋白乙酰化和MDR1表达下降，这一过程部分依赖于ROS机制。临床数据显示ACLY与MDR1在晚期肿瘤中关联更强，虽为相关性但仍提示代谢?表观遗传耦合在肿瘤进展中日益重要。蛋白质组学提示代谢扰动伴随广泛的染色质复合物变化。体内实验验证了维生素C通过调节该轴抑制肿瘤生长。尽管存在局限性（如未直接验证MDR1启动子区染色质状态，维生素C的多效性），该研究定义了一个代谢?表观遗传框架，靶向影响染色质状态的代谢依赖性可能成为调节外排相关耐药机制的策略。

结论部分总结道，本研究鉴定了ACLY作为与CRC中组蛋白乙酰化和MDR1表达相关的代谢调节因子。数据支持乙酰辅酶A可用性将代谢状态与药物外排相关基因表达的染色质调控联系起来的模型。柠檬酸盐依赖性代谢通路（包括维生素C处理）的扰动与体外及KRAS突变型PDX模型中ACLY水平、组蛋白乙酰化和MDR1表达的协调变化相关。这些发现强调了代谢?染色质偶联在调控CRC耐药程序中的潜在作用，并提示靶向代谢依赖性可能成为调节外排相关耐药的策略。该论文发表于《Neoplasia》。