CUT&Tag项目文章（IF=16.6）| 表观+代谢组揭示转录因子LHX2在前列腺癌神经内分泌分化的新机制

神经内分泌前列腺癌（NEPC）是去势抵抗性前列腺癌（CRPC）的一种致命亚型，常由抗雄激素治疗后的神经内分泌转分化（NEtD）引发。NEPC特征为神经内分泌标志物（如SYP、NCAM1）表达增加，其发生与转录因子失调、表观遗传异常（如DNA甲基化）及新发现的组蛋白乳酸化修饰密切相关。其中，LIM家族转录因子LHX2在NEPC及小细胞肺癌中均过表达，并与不良预后相关，提示它可能在驱动NEtD中扮演着“先驱”转录因子的关键角色，但其具体功能和机制尚待深入阐明。

西京医院秦卫军教授及张瑞教授团队在国际权威期刊Cancer Research发表题为“LHX2 Rewires the Metabolic and Epigenetic Landscape to Drive Tumor Progression in Prostate Cancer”的研究成果阐明了一种相互的代谢-表观遗传机制，涉及糖酵解和转录因子LHX 2之间的正反馈回路，促进PCa进展，揭示了LHX 2在协调NEPC发展中的潜在作用，为治疗这种侵袭性癌症表型和克服耐药性提供了假定的治疗靶点。爱基百客为该研究提供了CUT&Tag的技术支持。

研究经过筛选分析发现转录因子LHX2在泛神经内分泌癌（SCNC）中异常高表达，尤其在神经内分泌性前列腺癌（NEPC）和小细胞肺癌（SCLC）中显著上调。在疾病模型中，LHX2的上调与前列腺癌细胞向神经内分泌表型转化密切相关，并且其高表达与前列腺癌患者的不良预后显著相关。体外实验进一步证实，在恩杂鲁胺耐药及AR阴性前列腺癌细胞系中，LHX2与神经内分泌标志物共同高表达。这些结果表明LHX2是驱动前列腺癌神经内分泌分化的关键因子。

图1 LHX2在泛小细胞神经内分泌癌中选择性表达

为探究LHX2促进前列腺癌谱系可塑性的机制，本研究结合转录组分析与已有神经内分泌（NE）标签，发现DNA甲基转移酶DNMT1是其关键下游靶点。数据分析显示，LHX2与DNMT1的表达在多种癌症（包括NEPC和SCLC）中显著正相关，且高DNMT1水平与患者不良预后相关。机制上，通过CUT&Tag、ChIP-qPCR及荧光素酶报告基因实验证实，LHX2能够直接结合到DNMT1的启动子区域，从而正向调控其转录表达。该发现揭示了LHX2通过直接激活DNMT1，进而促进神经内分泌表型和肿瘤生长的分子通路。

图2 DNMT 1介导了LHX2的致癌功能

本研究揭示了在恩杂鲁胺耐药性前列腺癌（NEPC）中，糖酵解衍生的乳酸通过表观遗传机制与转录因子LHX2构成一个驱动肿瘤恶性进展的正反馈环路。研究发现，耐药细胞（LNCaP-ENZR）糖酵解通路显著增强，表现为关键酶（GLUT1、HK1、PFKP、LDHA）上调、乳酸含量升高及细胞外酸化率增加。累积的乳酸诱导了组蛋白乳酸化修饰，特别是H3K18la，该修饰在临床NEPC样本及小鼠模型中水平显著升高。

机制上，H3K18la能直接富集于LHX2基因的启动子区并促进其表达，而外源性乳酸添加可增强此过程并上调神经内分泌标志物NCAM1，反之糖酵解抑制剂2-DG则抑制该效应。功能上，乳酸处理能促进细胞活力与集落形成，而剥夺乳酸则可抑制体内肿瘤生长。另一方面，研究证实LHX2并非被动接受调控，它能够直接结合并转录激活糖酵解关键酶LDHA的启动子，从而反向促进乳酸生成。这形成了一个完整的自我强化循环：糖酵解增强→乳酸累积→H3K18la修饰→LHX2表达上调→LHX2激活LDHA转录→进一步强化糖酵解与乳酸生成。该正反馈环路是推动前列腺癌谱系可塑性、神经内分泌分化及治疗抵抗的核心机制。

图3 LHX2介导糖酵解和组蛋白乳酸化之间的正反馈回路

研究发现药物帕利匹韦能有效抑制神经内分泌前列腺癌（NEPC）进展。在机制上，帕利匹韦虽不直接影响关键因子LHX2的蛋白水平，但能显著降低DNMT1、ASCL1和SYP等神经内分泌标志物的表达，并恢复雄激素受体（AR）水平。相比之下，伊立替康仅降解AR，却无法有效抑制神经内分泌分化。体内实验证实，帕利匹韦与恩杂鲁胺的联合治疗相比单一用药，能更显著地抑制肿瘤生长，其作用包括下调NCAM1神经内分泌标志物并恢复AR表达。这些结果表明，帕利匹韦通过调控关键表观遗传调节因子与神经内分泌标志物，使肿瘤对恩杂鲁胺重新敏感，从而有效阻碍前列腺癌进展。

图4 帕利匹韦通过与LHX2结合抑制NEPC进展

本研究揭示了LHX2在前列腺癌中的作用机制，即LHX2在前列腺癌中的表观遗传学机制，在长期靶向治疗的情况下，LHX2 是驱动前列腺癌发生发展的关键因子，细胞命运由其特定的代谢和表观遗传环境决定，抑制AR后糖酵解酶上调，糖酵解活性增加，产生乳酸化，组蛋白乳酸化激活LHX2表达，加速DNA甲基化，促进NE信号和PCa进展。针对这一机制，FDA批准的帕利匹韦消除了NEtD，并使PCa对恩杂鲁胺敏感，将LHX2定位为NEPC的一种有前景的治疗靶点。

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 研究总结 

CUT&Tag是研究蛋白和DNA互作的新兴实验方法，该方法是通过蛋白特异性抗体引导Protein A-Tn5酶在目标蛋白结合的DNA位置进行切割并且在序列两端加上测序接头，经过PCR扩增后形成可以用于高通量测序的文库，随后对文库进行测序分析从而解析与目标蛋白结合的DNA片段。

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实测数据

1. 抽核结果

提供“单细胞测序”标准的抽核解决方案。

2. CUT&Tag酶切片段分布

转录因子/组蛋白修饰的酶切片段分布呈现周期性。

3.reads密度分布图

reads在TSS附近呈现明显的富集。

4.功能元件分布图

Peak在基因功能元件上分布。

5.Peak可视化