砷（As）是一種普遍存在的有毒金屬，具有多種化學(xué)形式，可引起廣泛的健康問題，已經(jīng)引起人們的特別關(guān)注。有證據(jù)表明As暴露會引起許多致癌和非致癌的不良生物學(xué)影響，包括肝毒性、胚胎毒性、腎毒性和神經(jīng)毒性。在細胞水平上，As可通過氧化應(yīng)激、代謝紊亂、細胞凋亡等引發(fā)多種細胞毒性。As的遺傳毒性已在體外和體內(nèi)研究中得到證實，其通過DNA損傷、染色體畸變或DNA修復(fù)受損影響基因組穩(wěn)定性。此外，As誘導(dǎo)的表觀遺傳修飾在改變基因調(diào)控中也起著至關(guān)重要的作用。雖然遺傳變異和表觀遺傳失調(diào)已被證明是AS誘導(dǎo)的毒性事件的重要機制，但潛在的分子基礎(chǔ)仍然不清楚。值得注意的是，抵抗有毒污染物應(yīng)激反應(yīng)的復(fù)雜防御調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍需進一步研究。

表觀遺傳學(xué)的分子機制包括DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA表達。迄今為止，越來越多的研究表明，多樣化的環(huán)境污染物有助于表觀遺傳修飾，例如顆粒物（PM）、重金屬、持久性有機污染物（POPs）等。污染物的暴露可以改變基因組的功能和穩(wěn)定性，并促進污染物相關(guān)疾病，特別是惡性腫瘤的發(fā)展和進展。為此，探討污染物誘導(dǎo)的表觀遺傳變化的具體機制具有重要的意義。作為眾所周知的表觀遺傳調(diào)控分子，EZH2（enhancer of zeste homolog 2）被稱為H3K27me3的甲基轉(zhuǎn)移酶，進一步導(dǎo)致基因沉默并表現(xiàn)出致癌功能。到目前為止，EZH2在污染物誘導(dǎo)的毒性作用中的生物學(xué)功能幾乎尚未得到探索。在接觸雙酚A的小鼠子宮和乳腺組織中檢測到EZH2的作用和異常表達。此外，已證明PM2.5可以調(diào)節(jié)EZH2的表達，從而進一步誘導(dǎo)A549肺細胞G2/M期阻滯。然而，尚不清楚是否還有其他分子參與As介導(dǎo)的表觀遺傳改變，特別是EZH2的表觀遺傳調(diào)控作用值得深入研究。

長鏈非編碼RNAs（lncRNAs）是長度超過200個核苷酸的轉(zhuǎn)錄本，沒有蛋白質(zhì)編碼功能，已被證實其可調(diào)節(jié)基因表達和蛋白質(zhì)功能，以維持細胞穩(wěn)態(tài)。最近的證據(jù)表明，lncRNAs參與了環(huán)境污染物相關(guān)毒理學(xué)反應(yīng)和大量人類疾病。之前的研究表明，lncRNA UCA1在預(yù)防肝細胞免受As誘導(dǎo)的自噬依賴性細胞死亡中發(fā)揮了保護作用。

為了闡明As暴露下HepG2肝細胞中UCA1調(diào)控的EZH2引發(fā)的信號通路，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室劉思金、高明課題組近日在Advanced Science（IF15.804）期刊發(fā)表了題為LncRNA UCA1 Antagonizes Arsenic‐Induced Cell Cycle Arrest through Destabilizing EZH2 and Facilitating NFATc2 Expression的研究成果。從表觀遺傳調(diào)控的角度揭示了一種新的As毒性促生存信號通路：UCA1促進EZH2的泛素化，從而上調(diào)NFATc2并進一步拮抗As誘導(dǎo)的細胞周期停滯。

首先，研究人員發(fā)現(xiàn)As處理HepG2細胞顯著降低了EZH2蛋白水平，并影響了其作為組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的生物學(xué)功能。泛素化實驗顯示EZH2可通過與泛素結(jié)合而被泛素化，并且As可以通過泛素-蛋白酶體途徑促進EZH2蛋白的降解。表明As可以通過促進EZH2的泛素化來減弱其穩(wěn)定性。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)As處理可顯著增加G2期細胞百分比，并伴隨S期細胞百分比的降低。為了進一步闡明EZH2對As誘導(dǎo)的細胞周期阻滯的調(diào)控作用，研究人員通過RNAi敲低實驗發(fā)現(xiàn)，無論As處理與否，EZH2敲低后細胞周期停滯都會減弱。表明EZH2的減少在拮抗As毒性中起著至關(guān)重要的作用。

之前的研究表明，As處理可顯著誘導(dǎo)lncRNA UCA1的產(chǎn)生，從而有助于拮抗As誘導(dǎo)的自噬通量阻滯。此外，最近報道了UCA1可以與EZH2相互作用，從而發(fā)揮其表觀遺傳調(diào)控功能。因此，本研究集中于揭示UCA1與EZH2調(diào)控的As誘導(dǎo)的細胞周期阻滯之間的相互作用。

FISH實驗顯示EZH2主要分布在細胞核中，UCA1在細胞核和細胞質(zhì)中均有表達，說明UCA1可能與細胞核中的EZH2相互作用，從而發(fā)揮潛在的生物學(xué)功能。接著，研究人員發(fā)現(xiàn)UCA1過表達細胞中As誘導(dǎo)的細胞周期阻滯得到了改善。然后，通過RIP、RNA-Pull down、Western blot實驗表明UCA1與EZH2的N端結(jié)合，并且EZH2可能與UCA1 393~742之間的核苷酸相互作用。以上結(jié)果證實了EZH2與UCA1在結(jié)構(gòu)水平上的相互作用，有助于進一步闡明UCA1對EZH2的調(diào)控機制。

隨后，為了找出調(diào)控As誘導(dǎo)的細胞毒性的分子機制，研究人員探索了EZH2和UCA1之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在UCA1過表達HepG2細胞中，EZH2濃度呈劑量依賴性下降，表明UCA1對EZH2蛋白的負調(diào)控。進一步的泛素化實驗證實，UCA1過表達顯著增加了EZH2泛素化水平，說明UCA1通過泛素-蛋白酶體途徑降低EZH2的蛋白穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致EZH2的含量降低；相反，UCA1的敲降減弱了EZH2的泛素化和降解。此外，在UCA1過表達HepG2細胞中，EZH2的蛋白水平呈時間依賴性方式降低以響應(yīng)As處理，并在UCA1敲低的HepG2細胞中得到緩解。以上數(shù)據(jù)再次表明，在As處理下EZH2的泛素化和降解是由UCA1介導(dǎo)的。

進一步的機制研究表明，細胞周期蛋白依賴性激酶1（CDK1）誘導(dǎo)EZH2在Thr-487位點處的磷酸化是As誘導(dǎo)的EZH2蛋白降解的原因，而UCA1通過增加CDK1和EZH2之間的相互作用增強了這一過程。結(jié)果，作為EZH2下游靶點的細胞周期調(diào)節(jié)因子NFATc2被上調(diào)，以抵抗AS阻滯的細胞周期進程和細胞毒性。

*本研究中，F(xiàn)ISH實驗涉及的相關(guān)產(chǎn)品由銳博生物提供。