抑制BRD4可促进ACC1低表达的食管鳞癌细胞迁移

贾文鑫 ,  霍书华 ,  唐家萍 ,  刘玉珍 ,  赵宝生

南方医科大学学报 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (10) : 2258 -2269.

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南方医科大学学报 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (10) : 2258 -2269. DOI: 10.12122/j.issn.1673-4254.2025.10.22

抑制BRD4可促进ACC1低表达的食管鳞癌细胞迁移

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Inhibition of BRD4 promotes migration of esophageal squamous cell carcinoma cells with low ACC1 expression

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摘要

目的 探究抑制BRD4对乙酰辅酶A羧化酶1(ACC1)低表达食管鳞癌(ESCC)细胞迁移的影响。 方法 慢病毒转染法构建对照组细胞系shNC和敲低ACC1组细胞系shACC1。分别设置BRD4抑制剂组:shNC-DMSO,shNC-JQ1,shACC1-DMSO,shACC1-JQ1;转染组:shNC-siNC,shNC-siBRD4,shACC1-siNC,shACC1-siBRD4;组蛋白乙酰转移酶抑制剂组:shNC-siNC-DMSO,shACC1-siNC-DMSO,shACC1-siBRD4-DMSO,shACC1-siBRD4-C646;自噬抑制剂组:shNC-JQ1-Veh,shACC1-JQ1-Veh,shACC1-JQ1-3-MA。RT-qPCR实验测定BRD4在ESCC细胞中mRNA水平。CCK-8实验、Transwell迁移实验、Western blotting实验检测抑制BRD4对ACC1低表达细胞的影响。 结果 BRD4在shACC1组中表达水平差异无统计学意义;与shNC组对比,shACC1组对JQ1更敏感;1 μmol/L和2 μmol/L JQ1抑制ESCC细胞增殖(P<0.05),0.2 μmol/L和2 μmol/L JQ1促进ESCC细胞迁移(P<0.01);与shNC-JQ1组对比,shACC1-JQ1组细胞迁移Vimentin(P<0.0001)、Slug(P<0.001、P<0.0001)表达升高,E-cadherin(P<0.0001)表达降低;敲低BRD4促进ESCC细胞迁移,与shNC-siBRD4组对比,shACC1-siBRD4组细胞Vimentin(P<0.0001)、Slug(P<0.0001)表达升高,E-cadherin(P<0.0001)表达降低;与shACC1- siBRD4-DMSO组对比,shACC1-siBRD4-C646组乙酰化水平降低,Vimentin(P<0.0001、P<0.001)、Slug(P<0.0001)表达降低,E-cadherin(P<0.0001、P<0.05)表达升高;与shNC-DMSO组对比,shNC-JQ1组LC3A/BⅡ水平升高(P<0.0001);与shACC1-DMSO组对比,shACC1-JQ1组LC3A/BⅡ水平升高(P<0.0001);与shACC1-JQ1-Veh组对比,shACC1-JQ1-3-MA组细胞Vimentin(P<0.0001)、Slug(P<0.0001)表达降低,E-cadherin(P<0.0001、P<0.001)表达升高,LC3A/BⅡ水平降低。 结论 抑制BRD4通过依赖组蛋白乙酰化机制促进自噬,进而促进上皮-间质转化(EMT),最终增强ACC1低表达所致的ESCC细胞迁移。

Abstract

Objective To investigate the effect of BRD4 inhibition on migration of esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) cells with low acetyl-CoA carboxylase 1 (ACC1) expression. Methods ESCC cell lines with lentivirus-mediated ACC1 knockdown or transfected with a negative control sequence (shNC) were treated with DMSO, JQ1 (a BRD4 inhibitor), co-transfection with shNC-siBRD4 or siNC with additional DMSO or C646 (an ahistone acetyltransferase inhibitor) treatment, or JQ1combined with 3-MA (an autophagy inhibitor). BRD4 mRNA expression in the cells was detected using RT-qPCR. The changes in cell proliferation, migration, autophagy, and epithelial-mesenchymal transition (EMT) were examined with CCK8 assay, Transwell migration assay, and Western blotting. Results ACC1 knockdown did not significantly affect BRD4 expression in the cells but obviously increased their sensitivity to JQ1. JQ1 treatment at 1 and 2 μmol/L significantly inhibited ESCC cell proliferation, while JQ1 at 0.2 and 2 μmol/L promoted cell migration. The cells with ACC1 knockdown and JQ1 treatment showed increased expresisons of vimentin and Slug and decreased expression of E-cadherin. BRD4 knockdown promoted migration of ESCC cells, and co-transfection with shACC1 and siBRD4 resulted in increased vimentin and Slug expressions and decreased E-cadherin expression in the cells. C646 treatment of the co-transfected cells reduced acetylation levels, decreased vimentin and Slug expressions, and increased E-cadherin expression. Treatment with JQ1 alone obviously increased LC3A/B-II levels in the cells either with or without ACC1 knockdown. In the cells with ACC1 knockdown and JQ1 treatment, additional 3-MA treatment significantly decreased the expressions of vimentin, Slug and LC3A/B-II and increased the expression of E-cadherin. Conclusion BRD4 inhibition promotes autophagy of ESCC cells via a histone acetylation-dependent mechanism, thereby enhancing EMT and ultimately increasing cell migration driven by ACC1 deficiency.

Graphical abstract

关键词

食管鳞癌 / 乙酰辅酶A羧化酶1 / BRD4 / 迁移

Key words

esophageal squamous cell carcinoma / acetyl-CoA carboxylase 1 / BRD4 / migration

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贾文鑫,霍书华,唐家萍,刘玉珍,赵宝生. 抑制BRD4可促进ACC1低表达的食管鳞癌细胞迁移[J]. 南方医科大学学报, 2025, 45(10): 2258-2269 DOI:10.12122/j.issn.1673-4254.2025.10.22

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食管癌是最常见的恶性肿瘤之一,我国食管癌患者以食管鳞癌为主1。尽管食管癌在诊断和治疗方面取得了很大进展,但患者5年生存率约20%2,肿瘤转移是导致患者死亡的关键因素,然而其转移机制尚不明确,因此探究食管癌转移机制对于改善患者预后具有重要临床意义。
过往研究发现诸多因素与食管癌转移相关,我们前期研究表明,在食管鳞癌(ESCC)细胞中敲低乙酰辅酶A羧化酶1(ACC1)可通过上调组蛋白乙酰化水平促进细胞迁移3。BRD4作为乙酰化组蛋白的“阅读器”,在基因表达调控中发挥重要作用,通过结合乙酰化组蛋白调控包括细胞周期、增殖、凋亡和迁移在内的多种生物学过程4-6,BRD4在包括ESCC在内的多种恶性肿瘤中呈现高表达,且其表达水平与患者不良预后呈正相关,是潜在的肿瘤治疗靶点7。尽管已有研究报道抑制BRD4可影响ESCC细胞的增殖和迁移能力8,然而,在ACC1下调导致组蛋白乙酰化修饰水平增高的特定背景下,BRD4如何调控ESCC细胞迁移目前尚不清楚。为此,本研究在ACC1敲低的ESCC细胞模型基础上,应用BRD4抑制剂和siRNA干扰,探究抑制BRD4对ACC1低表达所致ESCC细胞迁移能力的影响,重点关注组蛋白乙酰化、自噬水平与上皮-间质转化(EMT)等关键过程,以期为ACC1低表达的ESCC患者提供更为精准的BRD4靶向干预理论依据和治疗策略。

1 材料和方法

1.1 材料

人食管鳞癌细胞KYSE-150(中国科学院上海生命科学研究院)、KYSE-450和KYSE-510(南京科佰生物科技有限公司);RPMI 1640培养基、FBS、Transwell小室(Corning);1%青霉素⁃链霉素混合液、DMSO(Solarbio);BRD4抑制剂JQ1(碧云天);选择性乙酰转移酶p300/CBP抑制剂C646(Selleck);自噬抑制剂3-MA(Selleck);BRD4引物(金斯瑞);shACC1及其对照组shNC(GenePharma);人源性BRD4小干扰RNA(siBRD4)及其阴性对照(siNC)(Santa);Green 2×Qpcr MasterMix(Abm);PrimerScript RT reagent Kit with gDNA Eraser、SYBR Premix Ex Taq II(Takara); Trizol(Invitrogen)。

1.2 方法

1.2.1 细胞培养

细胞所用完全培养基为RPMI 1640、10% FBS和1%青霉素链霉素混合液,放置于37 ℃、饱和湿度下5% CO2的培养箱中培养。3 d/次传代。应用0.25%胰蛋白酶消化传代,取对数期细胞进行试验。

1.2.2 细胞转染

取对数期且生长状态好的细胞,常规铺板2个小皿17 h后进行转染。使用Polybrene试剂转染对照组shNC、实验组shACC1(5'-TACAAGGGATA CAGGTA-TTTA-3'),嘌呤霉素2 μg/mL连续筛选3代,建立稳定细胞系,进行后续实验。在shNC和shACC1细胞系中,使用LipofectamineTM 2000转染siRNA BRD4(sc-43639),步骤严格按照试剂说明书进行,分别获得对照组siNC细胞和实验组siBRD4细胞,继续培养24 h进行后续实验。

1.2.3 CCK-8

取对数生长期的敲低ACC1的KYSE-150、KYSE-450细胞,以1×103/孔接种于96孔板,每组5个复孔。将细胞置于37 ℃、5% CO2的培养箱中培养48 h后,加入 5 mg/mL 的CCK-8试剂10 μL/孔,37 ℃培养箱孵育2 h,酶标仪检测吸光度A450nm值。

1.2.4 RT-qPCR测定

用Trizol试剂分离细胞中总RNA,并逆转成cDNA。根据说明书要求进行仪器设置如下:95 ℃:10 min;95 ℃:15 s;60 ℃:1 min;40 个循环。通过阈值比较(Ct)法比较目的基因的相对表达量。引物用引物5.0设计,由金斯瑞生物科技公司合成,引物序列(表1)。

1.2.5 Transwell迁移实验

取对数生长期细胞,采用无血清RPIM 1640培养基重悬细胞,调整细胞密度为1×104/mL,下室600 μL含10% FBS培养基,将小室放入培养板中,取100 μL加入Transwell上室,放入37 ℃、5% CO2培养箱中培养。27 h后4%多聚甲醛固定15 min,0.1%的结晶紫染色8 min,使用棉签擦去上室面未迁移的细胞,于显微镜下观察细胞,取5个不同视野进行拍照计数。

1.2.6 Western blotting

收集细胞,提取总蛋白,进行SDS-PAGE分析。取等量蛋白样品进行电泳,电泳完成后将凝胶转移至PVDF膜。转膜后将其浸入封闭液中封1 h。加入一抗稀释液并在4 ℃冰箱摇床过夜孵育。次日3次洗膜后,二抗室温孵育1 h,完成后再洗膜3次。检测PVDF膜上的蛋白印迹信号。抗ACC1抗体(CST 1∶1000)、抗E-cadherin抗体(CST 1∶1000)、抗Slug抗体(CST 1∶1000)、抗H3抗体(CST 1∶1000)、抗H3K9ac抗体(CST 1∶1000)、抗LC-3A/BⅡ抗体(CST 1∶1000)、抗β‑actin抗体(Proteintech 1∶5000);抗Vimentin抗体(Proteintech 1∶20 000)、抗BRD4抗体(Abcam 1∶1000);辣根过氧化物酶标记的二抗(鼎国 1∶10 000)。

1.3 统计学分析

所有统计数据采用Prism 9.0(GraphPad Software)、ImageJ软件进行分析。采用单因素方差分析检验、两样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 BRD4在ESCC细胞中的表达水平

RT-qPCR结果显示,与对照组shNC组对比,BRD4在shACC1组中的mRNA水平差异无统计学意义(图1A);Western blotting实验显示,BRD4在shACC1组的表达水平与shNC组对比差异无统计学意义(图1B)。

2.2 抑制BRD4拮抗ESCC细胞增殖

CCK-8显示,BRD4抑制剂JQ1对shNC组和shACC1组ESCC细胞的增值具有剂量依赖性抑制作用。在KYSE-150细胞系中,与shNC对照组(IC50为43.35 μmol/L)相比,shACC1组对JQ1的敏感性更高,其IC50值为35.87 μmol/L;在KYSE-450细胞系中,shACC1组(IC50为50.81 μmol/L)相较于shNC组(IC50为58.88 μmol/L)也表现出对JQ1更高的敏感性(图2A)。CCK-8显示,在KYSE-150、KYSE-450细胞系中,2 μmol/L JQ1抑制shNC细胞增殖(P<0.05,图2B),1 μmol/L JQ1抑制shACC1细胞增殖(P<0.05,图2B)。

2.3 BRD4 抑制剂促进ESCC细胞迁移

当JQ1浓度为0.2 μmol/L时,Transwell结果显示,在KYSE-150、KYSE-450和KYSE-510细胞系中,JQ1促进shNC细胞迁移(shNC-DMSO vs shNC-JQ1,P<0.01,图3),也促进shACC1细胞迁移(shACC1-DMSO vs shACC1-JQ1,P<0.0001),且shACC1-JQ1组比shNC-JQ1组细胞迁移能力强(P<0.0001)。当JQ1浓度为2 μmol/L时,JQ1仍然促进shNC细胞迁移(shNC-DMSO vs shNC-JQ1,P<0.0001,图3),也促进shACC1细胞迁移(shACC1-DMSO vs shACC1-JQ1,P<0.0001),shACC1-JQ1组同样比shNC-JQ1组细胞细胞迁移能力更强(P<0.01)。

2.4 抑制BRD4促进ESCC细胞EMT转化

Western blotting实验显示,在KYSE-150和KYSE-450细胞系中,与shNC-DMSO组相比,shNC-JQ1组Vimentin(P<0.05,图4)、Slug(P<0.05)的表达升高,E-cadherin(PP<0.001)的表达降低;与shACC1-DMSO组相比,shACC1-JQ1组Vimentin(P<0.001)、Slug(P<0.05)的表达升高,E-cadherin(P<0.001)的表达降低;shACC1-JQ1组比shNC-JQ1组的Vimentin(P<0.0001)、Slug(P<0.001)表达高、E-cadherin(P<0.0001)表达低。

2.5 敲低BRD4促进ESCC细胞迁移

Transwell结果显示,敲低BRD4促进ESCC细胞迁移(shNC-siNC vs shNC-siBRD4,P<0.001;shACC1-siNC vs shACC1-siBRD4,P<0.001,图5A);ACC1低表达细胞敲低BRD4后迁移能力更强(shNC-siBRD4 vs shACC1-siBRD4,P<0.01)。Western blotting结果显示,与shNC-siNC组对比,shNC-siBRD4组的Vimentin(P<0.01,图5B)、Slug(P<0.01)表达升高,E-cadherin(P<0.0001)表达降低;与shACC1-siNC组相比,shACC1-siBRD4组的Vimentin(P<0.01)、Slug(P<0.0001)表达升高,E-cadherin(P<0.0001)表达降低;shACC1-siBRD4组比shNC-siBRD4组的Vimentin、Slug(P<0.0001)表达高、E-cadherin(P<0.0001)表达低。

2.6 组蛋白乙酰基转移酶抑制剂拮抗敲低BRD4背景下ACC1低表达细胞迁移

C646抑制敲低BRD4对shACC1组细胞迁移的促进作用(P<0.01,图6A)。Western blotting结果显示,在KYSE-150和KYSE-450细胞系中,C646降低了shACC1组细胞H3乙酰化修饰水平(P<0.001,图6B),且Vimentin(P<0.001)、Slug(P<0.0001)表达降低,E-cadherin(P<0.05)表达升高。

2.7 抑制BRD4促进ACC1低表达ESCC细胞迁移与自噬有关

Western blotting实验显示,在KYSE-150和KYSE-450细胞系中,与shNC-DMSO组对比,shNC-JQ1组LC3A/BⅡ水平升高(P<0.0001,图7A);与shACC1-DMSO组对比,shACC1-JQ1组LC3A/BⅡ水平升高(P<0.0001)。Transwell结果显示,与shACC1-JQ1-Veh组对比,shACC1-JQ1-3-MA组细胞迁移减少(P<0.001,图7B)。

2.8 抑制自噬可拮抗抑制BRD4对ACC1低表达ESCC细胞的EMT转化

与shACC1-JQ1-Veh组对比,shACC1-JQ1-3-MA组LC3A/BⅡ(P<0.001,图8)、Slug(P<0.0001)、Vimentin(P<0.0001)蛋白水平降低,E-cadherin表达升高(P<0.001)。

3 讨论

ESCC是我国常见的消化道恶性肿瘤,我们前期通过检测ESCC患者组织标本发现,ACC1低表达与患者肿瘤转移早显著相关,敲低ACC1通过增加组蛋白乙酰化促进ESCC细胞迁移。BRD4作为乙酰化组蛋白的“阅读器”,促进染色质解聚和转录启动,乙酰化水平的增高使得BRD4更容易结合到染色质上,从而增强其在基因转录和DNA修复中的作用9。研究表明,BRD4调节MMP2启动子并抑制巨噬细胞介导的吞噬作用,以调节黑色素瘤的侵袭和迁移,使用其抑制剂可显著抑制细胞迁移和侵袭10。BRD4抑制剂JQ1通过扰乱线粒体功能,诱导线粒体碎片化和代谢失调,促进凋亡11。BRD4在结直肠癌中高表达,使用其抑制剂可抑制细胞的增殖、迁移及侵袭12。我们前期研究发现,抑制BRD4可抑制ESCC细胞的增殖,但促进细胞迁移8。因此,本研究进一步探究了在敲低ACC1条件下,抑制BRD4对ESCC细胞的影响是否会发生改变。

本研究发现,BRD4在ACC1低表达的ESCC细胞系中的mRNA及蛋白水平均无显著差异, 抑制BRD4可有效抑制细胞增殖,而且对敲低ACC1的细胞抑制效果更显著。研究表明,组蛋白乙酰化增加虽然不影响BRD4的总蛋白量,但会增加BRD4的结合位点,导致其在染色质上重新分布13。JQ1可通过竞争性取代BRD4结合核染色质,抑制 BRD4 控制的下游基因(MYC)的转录而表现出抗癌活性1415。抑制BRD4可使原癌基因(c-Myc、BCL-2)的表达下降,导致肿瘤细胞凋亡16,当组蛋白乙酰化修饰增加时,BRD4与组蛋白的结合更为紧密,在染色质上的定位更加稳定,从而增强对癌基因表达的调控作用。然而,这种增强的结合也可能导致BRD4过度参与染色质重塑和基因激活,当抑制BRD4时,乙酰化修饰增加的细胞其原癌基因表达更低,导致细胞凋亡更显著1718,并且抑制BRD4可促进凋亡基因(BIM)的表达19,在乙酰化修饰增加的肿瘤细胞中,BRD4的降低可能进一步增强促凋亡基因的表达,使细胞凋亡信号通路更易被激活,导致更多细胞死亡。

本研究发现,尽管JQ1可减少ESCC细胞增殖,但无论其浓度是否会抑制细胞增殖均可显著促进ESCC细胞迁移,敲低BRD4亦可导致ESCC细胞迁移增加,且在抑制BRD4的背景下,与不敲低ACC1的细胞相比,敲低ACC1的细胞迁移更显著。ESCC转移与上皮-间质转化(EMT)的动态调控密切相关,Slug、E⁃cadherin和Vimentin是肿瘤细胞EMT启动的关键分子,Slug作为重要转录因子,其高表达可通过抑制上皮标志物E-cadherin的表达和促进间充质标志物Vimentin的表达,从而增强EMT转化2021。本研究发现,C646可减少抑制BRD4对敲低ACC1细胞迁移的影响。研究表明,C646可抑制P300的乙酰转移酶活性,使乙酰基无法与组蛋白H3结合,从而抑制染色质乙酰化修饰22。因此,在抑制BRD4条件下,组蛋白乙酰化修饰水平增加可能是引起敲低ACC1的细胞迁移更加明显的原因。我们前期研究发现,乙酸可增加ESCC细胞的组蛋白乙酰化水平。为了进一步探究在组蛋白乙酰化水平升高的情况下,抑制BRD4对ESCC细胞迁移的影响,我们使用乙酸处理细胞后应用JQ1,发现JQ1能促进经乙酸处理的ESCC细胞的迁移能力。

本研究发现,抑制BRD4增加了ESCC细胞的自噬相关蛋白LC3A/BⅡ的水平,自噬抑制剂3-MA可减少抑制BRD4对敲低ACC1细胞的促迁作用,说明抑制BRD4促进敲低ACC1的ESCC细胞迁移可能是由自噬增强引起的。研究表明,抑制BRD4通过增加AMPK的磷酸化激活自噬起始信号,同时抑制mTORC1活性,解除p-mTOR对ULK1复合物的抑制作用,显著增加LC3A/BⅡ的水平自噬体数量23,从而增强自噬。本研究发现,3-MA抑制LC3A/BⅡ的水平,上调E-cadherin,下调Vimentin及Slug,减弱了EMT的转化。研究表明,自噬可通过激活NF-κB,促进炎症因子(如IL-6、TNF-α)分泌,诱导EMT,也可通过降解抑制性蛋白(如p62/SQSTM1)富集转录因子(如HIF-1α、Twist),直接驱动 EMT基因表达24

综上所述,BRD4作为治疗恶性肿瘤的重要靶点,在ESCC中抑制其表达虽然可减少细胞增殖,但增加细胞迁移的风险,在敲低ACC1细胞中这种作用更为明显,所以本研究提示,使用BRD4抑制剂治疗ACC1低表达的ESCC患者时,须同时给予有效的生物学干预,阻止用BRD4抑制剂对肿瘤转移的负面影响。

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河南省科技攻关计划项目(242102311124)

河南省医学科技攻关计划联合共建项目(LHGI20240490)

河南省医学科技攻关联合共建计划项目(LHGJ20230506)

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