由于缺乏高效的預防和治療措施，癌癥正威脅著我們每個人的健康，在全球范圍內留下了沉重的健康負擔。盡管癌癥歷來被認為是一種以細胞不斷增殖和侵襲/轉移為特征的細胞生物學疾病，但最近提出的證據表明，它也應被視為一種代謝性疾病。近期，重慶醫科大學向廷秀教授課題組發現ZDHHC1是一種潛在的腫瘤抑制因子，由于啟動子甲基化而經常被沉默，能夠負調節腫瘤細胞的代謝，同時通過刺激氧化應激和內質網應激誘導細胞焦亡和凋亡加速細胞死亡，可用于開發新的癌癥預防和療法。相關研究以“DNA methylation downregulated ZDHHC1 suppresses tumor growth by altering cellular metabolism and inducing oxidative/ER stress-mediated apoptosis and pyroptosis”為題發表在Theranostics雜志上，雜志影響因子8.579。
技術路線：

結果：
1.ZDHHC1在腫瘤中的表達特征
    作者發現ZDHHC1在正常的成人和胎兒組織中廣泛表達（A），但在一些癌細胞系中沉默或表達下調（B），并通過甲基化特異性PCR（MSP）發現ZDHHC1啟動子發生了甲基化（C）。

    進一步研究發現在ZDHHC1缺失的細胞中，去甲基化處理后檢測到ZDHHC1重新表達（A）；亞硫酸氫鹽基因組測序（BGS）實驗表明ZDHHC1陰性細胞系的啟動子區域攜帶大量的甲基化CpG位點，若細胞被去甲基化劑處理致使這些位點被去甲基化（B），且發現表達ZDHHC1的MB468, HCT116和A549細胞中ZDHHC1沒有甲基化（C）。通過MSP和BGS檢測結腸癌、肝細胞癌、鼻咽癌、胃癌、乳腺癌和肺癌的腫瘤和鄰近正常組織中ZDHHC1啟動子甲基化發現，與鄰近的正常組織相比，腫瘤樣本的啟動子有明顯的甲基化趨勢（D-E）。這些結果表明，ZDHHC1在腫瘤中的表達經常通過啟動子的甲基化被沉默。

2.ZDHHC1在腫瘤中的作用
    作者通過RT-PCR和WB實驗證實了穩定轉染在ZDHHC1陰性癌細胞系（HONE1和MCF7細胞系）中異位表達ZDHHC1的有效（A），并通過CCK-8和克隆形成實驗發現ZDHHC1可以抑制細胞增殖(B，C)。細胞周期分析顯示ZDHHC1表達導致HONE1細胞阻滯于G0/G1期，而MCF7細胞聚集在G2/M期（D），這可能是由于細胞類型特異性的差異，進一步通過Annexin V-FITC染色和透射電鏡實驗發現ZDHHC1表達誘導MCF7和HONE1細胞凋亡，且transwell和傷口愈合試驗發現ZDHHC1抑制細胞遷移和侵襲（F，G）。體外驗證了ZDHHC1的抑癌作用，作者接下來在裸鼠異種移植瘤模型中驗證ZDHHC1的抑癌作用，發現轉染ZDHHC1表達細胞的腫瘤重量和體積顯著下降（H-J），免疫組化表明Ki67和PCNA的表達明顯下降，而TUNEL染色顯示ZDHHC1組異種移植切片的凋亡水平升高（K，L）,WB實驗揭示了在ZDHHC1表達的異種移植瘤中，caspase- 3,7和PARP表達均上調（M）。總之，ZDHHC1在體內外發揮抑制癌細胞增殖、誘導癌細胞凋亡和抑制癌細胞遷移和侵襲的能力，這通常是腫瘤細胞中腫瘤抑制基因的關鍵特征。

3.ZDHHC1對EMT和干細胞特性的影響
    作者發現ZDHHC1表達的細胞更容易緊密粘在一起，類似于間充質-上皮轉變（A），且通過免疫熒光和WB檢測到ZDHHC1表達上調了上皮標志物E-cadherin和Occludin的表達，下調了間質標志物Vimentin和N-cadherin的表達（B，C），進一步檢測了6個腫瘤干細胞特性關鍵生物標志物的表達，發現NANOG、SOX2、OCT4、CD44、ABCG2和BMI1在ZDHHC1過表達細胞中表達下降（D），球體形成實驗中ZDHHC1降低了癌細胞的球體形成率（E，F）。以上說明ZDHHC1作為一種腫瘤抑制因子，在人類癌癥中抑制EMT和細胞干細胞特性。

4.ZDHHC1在腫瘤中的調控機制
    作者通過RT-qPCR測定轉染siRNA-CYGB的細胞中CYGB沉默效率（A）, 轉染siRNA-CYGB導致ZDHHC1表達下調、GLUT1和HXK2表達上調，而ZDHHC1表達降低了GLUT1和HXK2表達水平，且在ZDHHC1-HONE1細胞中沉默 CYGB可部分逆轉GLUT1和HXK2的表達（B-D）。挽救實驗證實了沉默CYGB可以部分逆轉ZDHHC1過表達抑制癌細胞系增殖和誘導凋亡的能力（E-G）。特異性試劑盒測定活性氧(ROS)、超氧化物(O2-)含量、NADP+/NADPH比值和總抗氧化能力（TAC）顯示ZDHHC1表達細胞中ROS、O2-含量以及NADP+/NADPH比值增加，而TAC水平無顯著變化（H-K），且發現ZDHHC1上調了幾個被認為是內質網應激和未折疊蛋白反應（UPR）途徑關鍵靶基因，且核苷酸結合寡聚化結構域樣受體家族、NLRP3、caspase-1、IL-1β和IL-18的mRNA和蛋白水平升高（L-M）。此外，透射電鏡顯示表達ZDHHC1的細胞表現出焦亡形態：膜完整性降低、細胞腫脹和裂解（N），免疫染色發現ZDHHC1過表達細胞的異種移植裸鼠腫瘤組織中MLKL的表達明顯更高（O）。綜上所述，ZDHHC1至少部分通過CYGB介導的葡萄糖代謝途徑抑制癌細胞的葡萄糖代謝，并通過介導氧化應激和內質網應激反應誘導細胞焦亡。

5.ZDHHC1對氧化應激和內質網應激的影響
    作者用氧化應激抑制劑ALA和內質網應激抑制劑4-PBA處理有或無ZDHHC1表達的HONE1細胞，發現內質網應激和焦亡標志物GRP78、CHOP、NLRP3和IL-1β表達明顯下降，且LPS+ATP誘導細胞焦亡后ZDHHC1組的相關指標上調（A，B），GSDMD和GSDME的水平顯著增加（C）。在HONE1細胞中異位表達野生型或突變的ZDHHC1(C164A)，發現NLRP3可被ZDHHC1上調，但不能被ZDHHC1 C164A上調（D，E）。以上數據說明ZDHHC1誘導的細胞毒性至少部分通過介導氧化應激和內質網應激信號通路參與細胞焦亡和細胞凋亡。

結論：
    總之，癌細胞系和多種腫瘤組織中通過DNA甲基化下調ZDHHC1的表達，且CYGB對于ZDHHC1在癌細胞中作為腫瘤抑制因子的功能至關重要，證實了ZDHHC1介導氧化應激和內質網應激刺激焦亡，從而增加癌細胞凋亡。
參考文獻：
Xin Le, Junhao Mu, Weiyan Peng，et al. DNA methylation downregulated ZDHHC1 suppresses tumor growth by altering cellular metabolism and inducing oxidative/ER stress-mediated apoptosis and pyroptosis. Theranostics. 2020, 10(21): 9495-9511.