近日，浙江大学医学院闵军霞教授/王福俤教授团队在国际著名学术期刊《Research》(JCR一区)发表题为“Targeting the LSD1-G9a-ER Stress Pathway as a Novel Therapeutic Strategy for Esophageal Squamous Cell Carcinoma”的研究长文[1]。

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https://doi.org/10.34133/2022/9814652

图1论文首页截图

       该研究通过运用不同类型肿瘤细胞系对39种表观遗传小分子药物库进行功能筛选，发现LSD1的抑制剂SP2509及G9a的抑制剂BIX01294显著抑制多种肿瘤细胞生长。进一步功能验证研究发现：同时抑制组蛋白去甲基化酶LSD1和组蛋白甲基转移酶G9a显著协同抑制食管鳞癌细胞（ESCC）生长活力及克隆形成能力（CI50＜1：协同致死效应），但对肝癌(HepG2、Huh-7)、胃癌(AGS)、急性T细胞白血病（Jukat-1）、肺癌（A549）、人纤维肉瘤（HT1080）等其它类型肿瘤细胞系并无明显影响。为了进一步确认ESCC的生存活力依赖于LSD1和G9a，研究者通过四环素诱导的shRNA基因敲降实验发现：shLSD1及shG9a能够显著抑制ESCC细胞活力和人源食管鳞癌肿瘤细胞的小鼠移植瘤生长，提示同时靶向抑制LSD1和G9a可成为食管癌治疗新策略。

       进一步食管鳞癌荷瘤小鼠结果证实： 联合LSD1和G9a的小分子抑制剂能够通过抑制ESCC增殖及促进其凋亡显著抑制小鼠ESCC肿瘤生长，该成果为临床转化提供重要依据。

图2 靶向LSD1和G9a诱导食管鳞癌细胞协同致死并抑制体内成瘤

（摘选自Fig 1和2, Wang et al. Research, 2022）

       LSD1(Lysine specific demethylase 1)是第一个被发现的组蛋白去甲基化酶，依赖黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）特异性脱去组蛋白H3第4位赖氨酸（H3K4）和第9位赖氨酸（H3K9）上的单甲基和二甲基[2]。既可以与CoREST或NuRD互作发挥转录抑制作用，也能与雄激素受体（AR）互作发挥转录激活功能[3-5]。G9a做为组蛋白甲基转移酶，主要催化组蛋白H3第9位赖氨酸（H3K9）的单甲基化、二甲基化，在转录、信号转导、细胞增殖和分化中发挥重要作用[6]。尽管已有文献报道LSD1或G9a在食管癌发生发展中可能发挥重要作用[7-9]，但两者是否存在协同效应及其分子机制尚待深入研究。

       为了探究LSD1和G9a与食管癌患者的临床相关性，研究者通过TCGA数据库分析发现食管癌组织中LSD1及G9a基因在转录组水平均显著高于正常组织；随后，通过114例中国食管鳞癌患者的组织芯片的免疫组化结果分析发现：1）食管鳞癌组织中LSD1及G9a蛋白表达水平明显高于正常对照组织；2）LSD1与患者年龄及原发肿瘤分期（T stage）显著相关；3）G9a与患者的肿瘤分级（grade）及增殖指数（Ki67）显著相关；4）LSD1和G9a同时高表达的食管鳞癌患者的总生存期最短。功能研究显示ESCC中同时过表达LSD1和G9a显著促进ESCC细胞生长。这些临床及体外研究均提示LSD1和G9a是食管鳞癌治疗潜在新靶点。

图3 LSD1和G9a的高表达与食管鳞癌患者不良预后的相关性

（摘选自Fig 3, Wang et al. Research, 2022）

       为了探索机制，通过转录组测序整合分析及功能验证研究发现：抑制LSD1和G9a主要通过诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡促进食管鳞癌细胞死亡；同时，显著下调内质网应激(ER-stress)相关基因的表达，如PERK、ATF4、Chop、eIF2a、ATF6、IRE1a。此外，研究者发现靶向ER-stress不仅使ESCC对单独的LSD1或G9a抑制剂更加敏感，而且显著促进同时抑制LSD1和G9a的食管鳞癌细胞的死亡并进一步抑制小鼠ESCC肿瘤生长，这些结果为靶向LSD1、G9a和ER-stress治疗食管鳞癌的临床转化研究提供了新策略。

图4 靶向ER-stress促进食管鳞癌细胞对LSD1和G9a抑制剂的敏感性

成果总结

（1）通过表观遗传分子库筛选、功能验证，揭示LSD1和G9a在食管鳞癌发生发展中具有重要作用。

（2）食管癌患者组织芯片及TCGA临床数据库分析，表明LSD1和G9a表达与食管鳞癌患者的疾病进展及总生存期显著相关。

（3）通过转录组分析及体内、体外功能及机制研究，揭示靶向LSD1、G9a和ER-Stress三种治疗策略叠加可显著抑制ESCC细胞生长及成瘤能力，起到良好的肿瘤治疗作用。

（4）本成果为食管鳞癌治疗提供了潜在新靶点及治疗崭新策略，具有重要的临床转化意义。

图5 第一作者及通讯作者（哈佛医学院留影）

（前排左一：王红晓；左二：王福俤教授；左三：闵军霞教授）

       论文第一作者为博士研究生王红晓；通讯作者为闵军霞教授和王福俤教授。博士研究生宋秭君、谢恩军和汤碧瑶为参与作者。浙江大学医学院/转化医学研究院/公共卫生学院，附属第一医院和附属第四医院为作者贡献单位。论文成果得到国家自然科学基金委及国家科技部项目资助。

【参考文献】

1. Hongxiao Wang(王红晓), Zijun Song, Enjun Xie, Junyi Chen, Biyao Tang, Fudi Wang(王福俤)*, Junxia Min（闵军霞）*. "Targeting the LSD1-G9a-ER Stress Pathway as a Novel Therapeutic Strategy for Esophageal Squamous Cell Carcinoma. Research, vol. 2022, Article ID 9814652, 18 pages, 2022. https://doi.org/10.34133/2022/9814652

2 Shi Y, Lan F, Matson C, Mulligan P, Whetstine JR, Cole PA, et al. Histone demethylation mediated by the nuclear amine oxidase homolog LSD1. Cell 2004; 119 (7): 941-53.

3 Lee MG, Wynder C, Cooch N, Shiekhattar R. An essential role for CoREST in nucleosomal histone 3 lysine 4 demethylation. Nature 2005; 437 (7057): 432-5.

4 Wang Y, Zhang H, Chen Y, Sun Y, Yang F, Yu W, et al. LSD1 is a subunit of the NuRD complex and targets the metastasis programs in breast cancer. Cell 2009; 138 (4): 660-72.

5 Liang Y, Ahmed M, Guo H, Soares F, Hua JT, Gao S, et al. LSD1-Mediated Epigenetic Reprogramming Drives CENPE Expression and Prostate Cancer Progression. Cancer research 2017; 77 (20): 5479-90.

6 Shinkai Y, Tachibana M. H3K9 methyltransferase G9a and the related molecule GLP. Genes & development 2011; 25 (8): 781-8.

7 Chen L, Xu Y, Xu B, Deng H, Zheng X, Wu C, et al. Over-expression of lysine-specific demethylase 1 predicts tumor progression and poor prognosis in human esophageal cancer. International journal of clinical and experimental pathology 2014; 7 (12): 8929-34.

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9 Zhong X, Chen X, Guan X, Zhang H, Ma Y, Zhang S, et al. Overexpression of G9a and MCM7 in oesophageal squamous cell carcinoma is associated with poor prognosis. Histopathology 2015; 66 (2): 192-200.