ALDH1A1

引言肥胖是男（雄）性生殖损伤的重要危险因素。然而，多代父体肥胖对子代生育力的影响及其机制尚不清楚。2024年2月14日，安徽医科大学王华教授等团队在Nature Communications（IF 16.6）在线发表题为“Multigenerational paternal obesity enhances the susceptibility to male subfertility in offspring via Wt1 N6-methyladenosine modification”的研究论文（王华教授、徐德祥教授和贺小进教授为本文共同通讯作者，公共卫生学院熊永伟博士、朱华龙博士、张进博士和耿浩博士为本文共同第一作者），该研究发现多代父体肥胖通过Wt1 N6-甲基腺苷修饰升高男性子代低生育力易感性。该研究在成功建立父源性不育症动物模型基础上，发现多代父体肥胖升高子代精子发生障碍易感性；基于m6A-mRNA&lncRNA表观转录组芯片、RNA测序以及生物信息学分析，发现多代父体肥胖降低子代睾丸Wt1表达和升高其m6A修饰水平；通过睾丸局部注射AAV9-Wt1，揭示Wt1下调介导的视黄酸信号受阻在多代父体肥胖加重子代精子发生障碍易感性中发挥关键作用；通过体内m6A修饰抑制剂STM2457处理和体外Mettl3 siRs，阐明精子源m6A修饰水平升高对多代父体肥胖下调子代睾丸Wt1表达的影响；最后，基于人群病例-对照研究验证精子m6A水平与体质指数存在正向关联，与精液质量存在负向关联。总之，多代父体肥胖通过下调Wt1 mRNA表达，逐渐升高子代精子发生障碍易感性，且METTL3介导的精子m6A修饰参与父体肥胖引起子代睾丸Wt1 mRNA稳定性降低。该研究结果为筛选父体不良因素暴露损害子代精子发生的表观遗传标志物提供实验证据，也为今后制定父源性不育症的早期防治策略提供重要参考。据WHO报道，不孕不育已成为继心血管疾病和肿瘤之后威胁人类健康的第三大疾病。国内外多项大样本调查发现，一般人群中男性不育症患病率高达9.0%~25.0%。已知，精子质量是评价男性生育能力的重要标志。然而，在过去45年间（1973至2018），全球男性精子质量下降已超过62.0%。肥胖是精子质量下降的重要危险因素，但过去研究更多关注当代肥胖对精子质量的影响。健康与疾病的父系起源（POHaD）理论认为，父体暴露不良因素导致成年后代慢性疾病的发生和发展。已有研究发现，父体肥胖损害子代睾丸生精小管结构，减少附睾精子数量。但是，多代父体肥胖对子代精子发生障碍易感性的影响及其机制尚不清楚。N6 -甲基腺苷（N6 -methyladenosine，m6A）是真核生物RNA上最为常见的修饰，其主要发生在RRACH（R=G/A；H=U/A/C）基序中，调节RNA剪接、降解、稳定性和翻译等转录后过程。在哺乳动物中，m6A修饰由RNA甲基化酶和去甲基化酶动态调控，甲基化酶主要包括METTL3、METTL14和WTAP等，去甲基化酶主要包括ALKBH5和FTO等。另外，m6A修饰转录本通过阅读蛋白影响RNA命运。众多研究结果表明，m6A修饰动态平衡在调控睾丸发育和精子发生过程中起关键作用。我们之前研究证明，高脂饮食显著升高小鼠睾丸m6A修饰水平。然而，多代父体肥胖对子代睾丸m6A修饰水平的影响知之甚少。众所周知，在父系获得性表型传递过程中，精子扮演着不可或缺的作用。前期研究发现，精子表观遗传修饰如非编码RNA、组蛋白修饰、DNA甲基化和RNA甲基化等，参与父系获得性疾病的代际传递。也有研究表明，从胚胎期至成年期，小鼠睾丸m6A修饰水平持续升高。但是，父代精子m6A修饰改变是否持续影响到子代睾丸，进而介导多代父体肥胖升高子代精子发生障碍易感性仍需进一步探讨。为了解决以上问题，研究通过动物实验、细胞研究以及人群调查相结合思路阐明多代父体肥胖对子代精子发生障碍易感性的影响及其m6A修饰机制。首先，建立多代父体高脂饮食小鼠模型，用于研究子代对镉（一种常见生殖毒性诱导剂）诱导精子发生障碍易感性的影响。结果发现，多代父体高脂饮食逐渐降低子代小鼠生育能力，并加重镉降低子代小鼠精子数量和精子活力。随着父体高脂饮食代数增加，子代小鼠睾丸成熟期生精小管数量以及睾丸生殖细胞标志物表达水平也逐渐减少。以上结果提示，多代父体肥胖升高子代小鼠精子发生障碍易感性。多代父体肥胖升高子代精子发生障碍易感性（Credit: Nature Communications）为了进一步探讨多代父体肥胖升高子代精子发生障碍易感性的原因，对子代睾丸进行RNA测序。结果提示，多代父体高脂饮食诱发的子代睾丸差异表达基因与视黄醇代谢过程有关。随着父体高脂饮食代数增加，子代睾丸视黄酸（RA）以及视黄酸合成酶Aldh1a1/2/3水平逐渐降低。通过ChEA3数据库预测视黄酸合成酶上游转录因子发现，WT1评分最高。随后研究结果显示，多代父体高脂饮食逐渐加重镉下调子代睾丸Wt1表达。此外，WT1过表达显著逆转父代高脂饮食减少子代精子数量，恢复父代高脂饮食降低子代睾丸RA水平和ALDH1A1蛋白表达水平。因此，上述结果表明多代父体肥胖通过抑制Wt1介导的视黄酸合成，逐渐升高子代睾丸精子发生障碍易感性。为了确定Wt1 mRNA下调机制，该研究进行m6A-mRNA&lncRNA表观转录组芯片及相关实验。结果发现，多代父体高脂饮食逐渐加重镉升高子代睾丸甲基化酶METTL3表达和Wt1 m6A修饰水平，加重镉下调子代睾丸阅读蛋白IGF2BP1表达。Mettl3 siR明显逆转镉升高支持细胞Wt1 m6A修饰水平，缓解镉降低支持细胞Wt1 mRNA和蛋白水平。Igf2bp1 siR显著加重镉升高支持细胞Wt1 mRNA降解率。荧光素酶报告基因结果显示，镉通过甲基化Wt1 site1位点下调其mRNA表达。IGF2BP1-RIP实验证实，镉暴露降低支持细胞IGF2BP1与Wt1 mRNA的结合能力。上述结果表明，多代父体肥胖以m6A依赖方式逐渐加重镉降低子代小鼠睾丸Wt1 mRNA稳定性。模式图（Credit: Nature Communications）该研究还发现，随着父体高脂饮食代数增加，精子Mettl3表达水平和m6A修饰水平逐渐升高。为了进一步探究精子m6A修饰水平降低在父代高脂饮食抑制子代睾丸WT1表达和精子发生中的作用，给予F0代雄鼠METTL3活性抑制剂STM2457处理。结果显示，STM2457处理缓解父代高脂饮食降低子代小鼠精子数量，逆转父代高脂饮食下调子代睾丸WT1表达，恢复父代高脂饮食升高子代睾丸Wt1 site1 m6A修饰水平和METTL3蛋白表达水平。STM2457处理也显著减弱高脂饮食增加精子m6A修饰水平和Mettl3 mRNA表达水平。最后，在人群病例-对照研究中也发现超重/肥胖患者精子m6A水平升高且精子浓度降低。所以，多代父体肥胖通过增加METTL3介导的精子m6A水平，逐渐加重镉诱导子代睾丸Wt1下调和精子发生障碍。原文链接https://www.nature.com/articles/s41467-024-45675-4责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Science最新发布：全世界最前沿的125个科学问题热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文Nature | 癌症与神经系统的致命舞蹈

点击关注，星标CPhI制药在线结直肠癌是消化系统常见的恶性肿瘤，发病率和死亡率高。近年来的研究表明，以结直肠癌干细胞为主导的结直肠癌病理过程具有多步骤、多阶段的特点。由于缺乏高度特异性的标记物和复杂的生物学特性，目前尚无针对结直肠干细胞的药物用于临床。铁死亡是一种非凋亡形式的细胞死亡方式，由铁依赖性脂质过氧化物的积累引起。其在形态学、生物化学和遗传学上具有不同于典型坏死、凋亡和自噬的独特特征。研究显示，铁死亡与结直肠癌耐药密切相关，而铁死亡促进剂可以抵抗结直肠癌耐药，例如，药物RSL3可以诱导结直肠癌细胞发生铁死亡。因此，药物开发人员一直在试图寻找促进铁死亡的"有效靶标"和"特效药"来应对直肠癌耐药问题。       图一 Erastin结构式       近期，研究人员发现SLC7A11是诱导结直肠癌干细胞发生铁死亡的有效靶标，铁死亡促进剂Erastin（结构式如图一所示）是可以通过该靶标有效逆转结直肠癌耐药。       图二 结直肠癌细胞--肿瘤微球--耐药细胞干性研究       如图二所示，研究人员首先对结直肠癌细胞--肿瘤微球--耐药细胞的干性进行了比较研究。结果显示，肿瘤微球和耐药细胞的干性标志物ALDH1明显高于普通癌细胞；形成的球体大小明显大于普通癌细胞、数量明显多于普通癌细胞；干性蛋白Sox2和Oct4明显高于普通癌细胞；成瘤能力明显高于普通癌细胞。这些数据表明，肿瘤微球和耐药细胞的干性明显高于普通癌细胞。       图三 结直肠癌干细胞SLC7A11高表达       研究人员对结直肠癌干细胞的进一步研究发现，结直肠癌细胞干性越高，则半胱氨酸越高、谷胱甘肽越高，而ROS越低，说明干性越高，抗铁死亡特征越明显。特别的，研究人员发现干性越高，SLC7A11的表达越高，显示SLC7A11可以做为靶向铁死亡来抵抗结直肠癌干细胞的潜在靶标。       图四 SLC7A11敲除后铁死亡特征       SLC7A11敲除后发现，敲除后的肿瘤干细胞半胱氨酸明显降低、谷胱甘肽明显降低，而ROS明显上调，肿瘤干细胞生存能力明显降低。显示 SLC7A11敲除后肿瘤铁死亡特征上调。       图五 SLC7A11敲除后肿瘤干性       SLC7A11敲除后肿瘤干性研究显示， SLC7A11敲除后干性标志物ALDH1明显下调，球体大小变小，球体数量降低，干性蛋白Sox2和Oct4下调，成瘤能力也明显下降。显示 SLC7A11敲除后肿瘤干性下降。       图六 Erastin抑制效果及半胱氨酸饥饿实验       Erastin抑制实验显示，铁死亡促进剂Erastin对干性高的结直肠癌细胞的抑制效果更加明显，Erastin给药后，细胞半胱氨酸含量下降、谷胱甘肽含量下降，ROS含量上调。半胱氨酸饥饿实验显示，半胱氨酸低则癌细胞生存能力低、ROS含量更高、谷胱甘肽含量更低，说明半胱氨酸可以抑制铁死亡。       图七 Erastin治疗效果       最后，研究人员发现，Erastin给药后，结直肠癌干性明显下降，干性标志物ALDH1活性明显下降，微球大小下降、数量下降。特别地，研究显示Erastin可以逆转顺铂耐药。       总地来说，上述研究证明SLC7A11是应对结直肠癌耐药的有效靶标，铁死亡促进剂Erastin可有效促进结直肠癌耐药细胞发生铁死亡，从而达到逆转耐药的治疗效果。这些喜人的结果给未来应对结直肠癌耐药找到了方向，也为结直肠癌药物开发提供了参考。       参考文献：       1.Iron Regulates the Warburg Effect and Ferroptosis in Colorectal Cancer. Frontiers in Oncology,2021.       2.Targeting SLC7A11 specifically suppresses the progression of colorectal cancer stem cells via inducing ferroptosis. European Journal of Pharmaceutical Sciences,2020.       【企业推荐】智药研习社8月培训会报名金笔奖征文本周即将截止，速来投稿！来源：CPhI制药在线声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com▼更多制药资讯，请关注CPhI制药在线▼点击阅读原文，进入智药研习社~

近日斯坦福大学团队在 《Nature Chemical Biology》 期刊发表了一篇研究论文，题目为：Targeting colorectal cancer with small-molecule inhibitors of ALDH1B1 。其研究内容主要是发现一种新型靶点ALDH1B1能够有效治疗直肠癌。ALDHs是细胞内一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP＋）依赖的酶家族，主要参与乙醇、维生素A和环磷酰胺等物质的代谢，其包括11个家族和4个亚家族共19个已知基因。人体中ALDHs的作用主要是将大量内源性以及外源性的乙醛转化成毒性较弱的乙酸，如乙醇可以通过ALDH1A1、ALDH1B1或ALDH2的催化作用，产生乙酸从体内排出。然而，乙醇及其初级代谢产物乙醛与肿瘤的发生紧密相关，其中就包括胰腺癌、直肠癌等等。除此之外， ALDHs还具有其他的催化功能，如ALDH1A1、ALDH2和ALDH4A1具有水解酯类物质的作用。目前在多种癌症研究观察到存在高水平的 ALDH 活性的癌细胞，这些癌症干细胞具有更强的致瘤性、化疗抗性和转移能力。例如，乳腺癌、神经胶质瘤、黑色素瘤和非小细胞肺癌干细胞中存在高水平的 ALDH1A3。而结直肠癌（CRC）和胰腺导管腺癌（PDAC）的癌症干细胞中 ALDH1B1出现 高表达，是一种促进结直肠癌和胰腺癌的线粒体酶。。于是研究人员设计了一种ALDH1B1的选择性抑制剂IGUANA-1，该抑制剂能有效靶向抑制 ALDH1B1。这是一种胍类和咪唑类小分子化合物，这两种药效团都能靶向ALDH1B1 活性位点并抑制其功能，而且，胍类还避免了咪唑类所表现出的脱靶线粒体毒性。ALDH1B1构成机制研究团队还通过单细胞转录组测序进一步揭示了抑制 ALDH1B1 后受影响的基因表表达情况，其中多种与线粒体代谢相关的基因（ATP5ME、ATP5PO、LDHB、NDUFB1、NDUFB8、NDUFC2、NDUF1A、NDUFA9、NDUFA11、UQCR11）和核糖体生物发生和功能相关的基因（RPL15A、RPL21、RPL26、RPL29、RPL38、TMA7）出现下调。此外，KRT15 和DCLK1基因的表达也随之下调，这两个基因是结直肠癌干细胞的遗传标志物。这项研究支持了ALDH1B1 在结直肠癌中的重要作用，显示了 ALDH1B1抑制剂是一种有潜力的结直肠癌治疗方法，为开发 ALDH1B1靶向疗法提供了新方向。参考资料：1.    http://www.tumorsci.org/rhtml/m00001/2016/36/10/1176.html2.    https://www.nature.com/articles/s41589-022-01048-w近期热门视频更多精彩视频，尽在佰傲谷视频号，欢迎关注~本周好文推荐如需转载请联系佰傲谷并在醒目位置注明出处﹀ 点亮在看，传递信息♥