N-乙酰半胱氨酸诱导的转录组重编程调控Nrf2介导的信号通路及实验性肝细胞癌中的氧化还原稳态

《Cellular Signalling》：N-acetylcysteine–induced transcriptomic reprogramming regulates Nrf2-mediated signaling and redox homeostasis in experimental hepatocellular carcinoma

Fernando Caloca-Camarena|Scarlet Arceo-Orozco|Roberto Flores-Pe?a|Jorge Alejandro Salto-Sevilla|Ana Sandoval-Rodriguez|Rebeca Rosas-Campos|Hugo Christian Monroy-Ramirez|Juan Armendariz-Borunda|Marina Galicia-Moreno

墨西哥哈利斯科州瓜达拉哈拉市瓜达拉哈拉大学健康科学中心生理学系药理学博士项目，邮编44340

摘要

肝细胞癌（HCC）是最常见的原发性肝癌，其特征是细胞过程失调且治疗选择有限，这突显了预防性治疗策略的必要性。N-乙酰半胱氨酸（NAC）广泛用于治疗对乙酰氨基酚过量以及作为黏液溶解剂，但其在HCC中的作用机制尚未得到充分研究。在本研究中，我们评估了NAC在实验性HCC模型中的效果，包括其对Nrf2/Keap1信号通路调节的作用。通过使用二乙基亚硝胺（DEN）和2-乙酰氨基氟烯（2-AAF）诱导雄性Fischer-344大鼠患HCC，并每天给予NAC，持续16周。同时，使用HepG2细胞在体外评估NAC的细胞保护作用。我们对血清、肝组织和细胞样本进行了生化、分子、转录组学和免疫染色分析。研究结果表明，NAC具有肝保护作用，能够抑制肿瘤发生、纤维化及肿瘤细胞增殖。值得注意的是，NAC通过增强抗氧化防御和维持生物分子完整性来调节Nrf2/Keap1通路。转录组学分析显示，NAC通过下调致癌通路及相关基因表达，部分恢复了疾病相关的基因表达模式。总之，这些发现表明NAC能够调节HCC发展中的关键细胞过程，并调控疾病相关的基因表达模式，支持其作为潜在辅助治疗策略的重新定位。

章节摘录

缩写列表

差异表达基因二乙基亚硝胺Dulbecco改良Eagle培养基二甲基亚砜2,4-二硝基苯肼Ellman试剂（5,5′-二硫代双(2-硝基苯甲酸）

2-AAF	2-乙酰氨基氟烯
8-OxoG	8-氧代-7,8-二氢-2′-脱氧鸟苷
ALT	丙氨酸氨基转移酶
alpha-SMA	α-平滑肌肌动蛋白
BSA	牛血清白蛋白
DAPI	4′,6-二氨基-2-苯基吲哚
DAVID	注释、可视化和集成发现数据库
DCFDA	2′,7′-二氯荧光素二乙酸酯
DEGs
DEN
DMEM
DMSO
DNPH
DTNB
GPC3

化学品

2′,7′-二氯荧光素二乙酸酯（DCFDA）购自Santa Cruz Biotechnology（美国德克萨斯州达拉斯）；异氟烷购自PISA（墨西哥哈利斯科州瓜达拉哈拉）。2,4-二硝基苯肼（DNPH）购自Spectrum Chemical（美国新不伦瑞克州）。NAC、DEN、2-AAF、MTT、苯基胂酸（PAO）、硫代巴比妥酸（TBA）、Ellman试剂（DTNB）、三氯乙酸（TCA）、醋酸铵和牛血清白蛋白（BSA）均购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。

N-乙酰半胱氨酸可减缓肿瘤病变的发展并保持肝脏形态

给予DEN和2-AAF 16周后会导致肝脏损伤（图1A）。实验性HCC的诱导导致体重下降和动物状况恶化，而NAC可预防这一现象（图1B）。图1C和补充图1展示了所有实验组肝脏组织的宏观分析结果。HCC组的肝脏组织表现出表面粗糙、边缘皱褶以及多结节形成的明显特征

讨论

HCC的复杂性和异质性强调了更好地理解其病理生理学并开发新型药物替代方案的必要性[7]。实验模型仍然是阐明分子机制和评估治疗效果和安全性的关键临床前工具[23]、[33]。尽管已有索拉非尼等系统性疗法，但其临床益处仍然有限，且常伴有不良反应和不良预后[34]。

NAC已获得FDA批准

结论

HCC是一种多步骤疾病，氧化应激在其中起着关键作用。虽然其他研究小组已经探讨了NAC的疗效，但我们的研究利用高灵敏度技术（如RNA测序）提供了其作用机制的证据。我们的发现表明，与HCC中观察到的持续且失调的Nrf2激活不同，NAC对Nrf2/Keap1通路具有差异性调节作用，这一结论得到了转录组学、蛋白质表达和定位数据的支持

CRediT作者贡献声明

Fernando Caloca-Camarena：撰写——初稿、可视化、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构建。Scarlet Arceo-Orozco：可视化、实验研究、数据分析。Roberto Flores-Pe?a：实验研究、数据分析。Jorge Alejandro Salto-Sevilla：可视化。Ana Sandoval-Rodriguez：方法学设计、数据分析。Rebeca Rosas-Campos：数据分析。Hugo Christian Monroy-Ramirez：撰写——审稿与编辑、方法学设计、实验研究、资金申请

知情同意声明

不适用。

伦理声明

所有实验程序均遵循《动物研究：体内实验报告》（ARRIVE）指南、机构UPEA-Bioterio指南以及国际医学科学组织发布的《涉及动物的生物医学研究指导原则》。实验使用雄性Fischer-344大鼠（Rattus norvegicus）进行，经过研究委员会、生物安全委员会和机构批准

资金支持

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

致谢

作者感谢SECIHTI为Fernando Caloca-Camarena提供奖学金，帮助其完成博士学位。