导读
人体微生物组在肠道中扮演着关键角色，不仅影响人体免疫系统、食物消化，还能防止有害细菌滋生。最近的研究揭示了人体微生物组与结直肠癌（CRC）治疗之间的潜在联系。本文探讨了一种名为丙酸盐的微生物代谢产物如何通过调控HECT结构域E3泛素蛋白连接酶2（HECTD2）和常染色质组蛋白-赖氨酸 N-甲基转移酶 2（EHMT2）来抑制CRC的生长。研究还发现，丙酸盐通过降低EHMT2的水平，进而上调肿瘤坏死因子α诱导蛋白1（TNFAIP1），诱导CRC细胞凋亡。研究者利用Bacteroides thetaiotaomicron的培养基进一步验证了这一机制。此外，在3D球体培养模型中，丙酸盐和EHMT2抑制剂（BIX01294）展现出协同抗肿瘤效果。因此，本研究提出了三点重要发现：丙酸盐的抗肿瘤作用、EHMT2作为结肠癌治疗靶点以及微生物和EHMT2抑制剂在CRC中的协调治疗作用。
论文ID
原名：Human gut-microbiome-derived propionate coordinates proteasomal degradation via HECTD2 upregulation to target EHMT2 in colorectal cancer
译名：人体肠道菌群产生的丙酸盐通过上调HECTD2促进结肠癌中EHMT2蛋白酶体降解的调控机制
期刊：ISME JOURNAL
IF：10.302
发表时间：2022.1.1
通讯作者：Doo-Sang Park, Dae-Soo Kim, Mi-Young Son, Hyun-Soo Cho
通讯作者单位：韩国生命工学研究院，韩国科学技术联合大学院大学
DOI号：10.1038/s41396-021-01119-1
实验设计
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结果
- 丙酸盐诱导人结肠癌细胞HCT116和LS174凋亡
为了检测丙酸盐在结肠癌中的抗肿瘤作用，研究发现丙酸钠（SP）在人结肠癌细胞HCT116和LS174T中的IC50分别为2.986mM和11.67mM。通过结晶紫染色（CV）和CCK8实验表明，相比阴性对照组，SP可以显著抑制结肠癌细胞生长。蛋白质印迹（WB）实验显示，SP处理的HCT116和LS174T细胞中剪切后的PARP水平增加，表明细胞凋亡的增加。此外，荧光激活细胞分选（FACS）实验揭示了SP处理后CRC细胞系中半胱天冬酶3/7活性的增加，与早期和晚期凋亡的活性一致。RNA测序（RNA-seq）分析发现SP处理与细胞生长负调控和细胞死亡上调相关。
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- EHMT2是丙酸盐诱导的结肠癌细胞凋亡的靶点
研究发现，EHMT2作为SP诱导的CRC细胞凋亡的效应基因。在CRC组织的组织化学分析中，相比正常组织，EHMT2的表达水平在CRC组织中增加。WB实验显示，SP处理后在转录水平上EHMT2没有改变，但蛋白表达显著降低。免疫细胞化学（ICC）分析显示，SP处理的细胞中EHMT2的强度显著降低。进一步研究表明，SP可能通过调节蛋白酶体降解来影响EHMT2的稳定性。
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- SP诱导HECTD2的表达从而降解EHMT2
RNA测序数据重新分析发现，与对照处理相比，7个E3连接酶上调，其中HECTD2最为显著。siRNA和SP共同处理实验显示，敲降HECTD2有助于恢复SP处理诱导的EHMT2降解。qRT-PCR和WB确认SP处理可以上调HECTD2的表达。ChIP实验发现HECTD2启动子区域H3K27乙酰化状态的增加，表明微生物组产生的丙酸盐抑制HDAC活性，从而上调HECTD2的表达。
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- EHMT2的敲降参与了CRC细胞的凋亡
EHMT2敲降后的RNA测序结果表明，GO分析中富集的通路有“凋亡过程”、“细胞周期”和“有丝分裂细胞周期的调节”。通过CV染色和CCK-8测定发现SP处理后EHMT2的敲降抑制了CRC细胞系中的细胞生长。WB和FACS实验证实EHMT2敲降增加了剪切后的PARP和半胱天冬酶3/7的活性。因此，研究者认为SP处理后EHMT2的下调诱导了CRC细胞系中细胞凋亡从而抑制细胞增殖。
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- 在诱导CRC细胞凋亡的过程中TNFAIP1是EHMT2的直接靶标
ChIP-seq分析发现，与siCont组相比，siEHMT2组的TNFAIP1启动子区域的H3K9二甲基化状态降低。ChIP测定证实敲降EHMT2后TNFAIP1基因启动子区的H3K9二甲基化状态显著降低，而H3K9乙酰化增加。这表明EHMT2通过改变染色质结构直接调节TNFAIP1的表达。
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