IRP1/ARID3A复合物通过抑制CYGB相关铁死亡增强胰腺癌化疗耐药性的机制研究

　　本刊推荐：为解决胰腺癌化疗耐药难题，研究人员聚焦IRP1/ARID3A复合物调控铁死亡的新机制。研究发现铁过载促使IRP1核转位，与ARID3A结合后抑制CYGB启动子区染色质开放性，降低CYGB表达进而诱导化疗抵抗。该发现为胰腺癌联合靶向治疗提供了新策略。

　　

胰腺癌作为最具侵袭性的恶性肿瘤之一，五年生存率仅12%，其治疗面临巨大挑战。尽管手术切除和化疗（如吉西他滨方案）是主要治疗手段，但化疗耐药性往往导致治疗失败。近年来，铁死亡（ferroptosis）作为一种铁依赖性的程序性细胞死亡形式，成为肿瘤治疗的新策略。它通过脂质过氧化驱动细胞死亡，受氧化还原稳态、铁代谢、表观遗传调控等多条通路影响。然而，铁死亡在胰腺癌化疗耐药中的作用机制尚不明确，尤其是铁代谢相关蛋白如何通过表观遗传调控影响铁死亡的过程仍有待探索。

本研究旨在揭示铁响应元件结合蛋白（IRP1）和AT丰富结合域蛋白3A（ARID3A）在胰腺癌铁死亡调控中的作用机制。研究人员通过体内外实验证实，IRP1的高表达与胰腺癌细胞对铁死亡诱导剂（hemin和erastin）及吉西他滨的耐药性相关。机制上，铁过载导致IRP1以[4Fe-4S]簇形式（holo-IRP1）核转位，并与ARID3A紧密结合形成复合物。该复合物结合到细胞球蛋白（CYGB）的启动子区域，降低其染色质可及性，从而抑制CYGB转录。CYGB的下调减少了活性氧（ROS）积累和脂质过氧化，使胰腺癌细胞抵抗铁死亡，最终导致化疗耐药。临床分析显示，IRP1和ARID3A的高表达与胰腺癌患者较差的化疗反应和生存预后相关，而CYGB高表达则预示较好预后。该研究不仅揭示了IRP1/ARID3A-CYGB轴在胰腺癌化疗耐药中的关键作用，还为联合靶向铁死亡通路提供了新思路。

研究人员运用了多种关键技术方法：采用六种胰腺癌细胞系（如SW1990、MIA-Paca2、PANC-1等）进行体外培养和药物敏感性检测；通过小干扰RNA（siRNA）和慢病毒载体进行基因敲降和过表达；利用RNA测序（RNA sequencing）、ATAC测序（Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing）和CUT&Tag（Cleavage Under Targets and Tagmentation）技术分析基因表达和染色质开放性；通过共免疫沉淀（co-immunoprecipitation）和质谱分析验证蛋白相互作用；使用免疫组化、免疫荧光和荧光报告基因实验检测蛋白表达和启动子活性；建立裸鼠皮下移植瘤模型进行体内药效评价；采用组织微阵列（包含66例胰腺癌患者样本）进行临床相关性分析。

高水平的IRP1与胰腺癌细胞铁耐受和化疗耐药相关

通过检测六种胰腺癌细胞系对吉西他滨（GEM）、GEM联合hemin或erastin的敏感性，发现Patu-8988、PANC-1和CFPAC1细胞对铁死亡诱导剂具有耐受性。利用癌症细胞系百科全书（CCLE）数据库和基因集富集分析（GSEA），筛选出IRP1和SLC11A2作为关键差异基因。动物实验证实，hemin处理不仅未增强GEM疗效，反而促进肿瘤生长。RNA测序显示IRP1在耐药组织中显著上调。蛋白和mRNA水平验证表明，IRP1在耐受细胞系中高表达。

IRP1增强胰腺癌细胞体内外化疗耐药性

在Patu-8988细胞中敲降IRP1可增强其对GEM联合铁死亡诱导剂的敏感性，而在PANC-1细胞中过表达IRP1则导致耐药性增强。裸鼠移植瘤实验进一步证实，过表达IRP1的肿瘤对GEM联合hemin或erastin处理不敏感，肿瘤生长显著加快。免疫组化显示IRP1高表达与耐药性正相关。

ARID3A被鉴定为IRP1的关键作用靶点

通过共免疫沉淀、质谱分析和PRO-DIA蛋白质组学技术，发现ARID3A与IRP1直接相互作用。铁过载条件下，IRP1与ARID3A在核内紧密结合，而铁螯合剂desferroxamine处理抑制这一结合。免疫荧光和组织微阵列分析显示，IRP1与ARID3A在胰腺癌组织中核内共定位且表达正相关。功能实验表明，IRP1过表达抑制脂质ROS和丙二醛（MDA）水平，而ARID3A敲降可逆转这一效应，并增强细胞凋亡和G1期阻滞。

holo-IRP1和ARID3A的亚细胞定位

通过构建IRP1^C437S突变体（模拟果蝇中核转位缺陷突变），发现该突变阻止IRP1核转位及与ARID3A的共定位。IRP1^C437S突变细胞对GEM联合hemin的敏感性增强，ROS和MDA水平升高。ARID3A过表达可部分恢复突变细胞的耐药表型，但在IRP1^WT细胞中协同增强耐药性。

IRP1和ARID3A调控胰腺癌细胞中CYGB的转录

整合ATAC测序（IRP1过表达后染色质开放性下调基因）、RNA测序（ARID3A敲降后上调基因）和FerrDb V2铁死亡驱动基因集，筛选出CYGB作为关键靶基因。CUT&Tag测序显示ARID3A结合在CYGB启动子区域。实验验证表明，ARID3A敲降上调CYGB表达，而过表达则抑制其表达。染色质免疫沉淀（ChIP）证实ARID3A直接结合CYGB启动子，且hemin处理增强这一结合。荧光素酶报告实验显示ARID3A依赖CYGB启动子野生型序列激活转录。

CYGB增强ROS水平并提高胰腺癌细胞对铁死亡的敏感性

在PANC-1细胞中过表达CYGB可显著增加ROS水平和MDA含量，促进铁死亡；而在Patu-8988细胞中敲降CYGB则抑制ROS生成和铁死亡。表明CYGB作为铁死亡促进因子发挥作用。

CYGB启动子区域对其功能至关重要

利用CRISPR激活/抑制系统（CRISPRa/i）靶向CYGB启动子区域，激活启动子可上调CYGB表达，增强细胞对GEM联合hemin的敏感性，并升高ROS和MDA水平；抑制启动子则获得相反效果。动物实验进一步证实，激活CYGB启动子抑制肿瘤生长，而抑制启动子促进肿瘤进展。

临床意义

组织微阵列分析显示，IRP1和ARID3A高表达与患者不良预后相关，而CYGB高表达预示较好生存。IRP1与ARID3A表达呈正相关，两者均与CYGB表达负相关。

本研究系统揭示了IRP1/ARID3A复合物在胰腺癌化疗耐药中的核心作用：铁过载促使IRP1以holo形式核转位，与ARID3A结合后抑制CYGB启动子区染色质开放性，从而转录抑制CYGB表达。CYGB下调减弱ROS积累和脂质过氧化，使癌细胞抵抗铁死亡，最终导致化疗耐药。该发现不仅深化了对铁死亡表观遗传调控的理解，还为胰腺癌治疗提供了新靶点——靶向IRP1/ARID3A复合物或联合铁死亡诱导剂可能逆转化疗耐药。此外，研究涉及的多种技术（如多组学整合分析、CRISPR表观编辑和体内外模型）为类似研究提供了方法论参考。未来研究可进一步探索靶向该通路的纳米药物或小分子抑制剂，推动临床转化。