肝細胞癌（Hepatocellular carcinoma, HCC）是一種侵襲性強的惡性腫瘤，其發病率和死亡率均居高位。H3Q5ser是一種由轉谷氨酰胺酶2（TGM2）介導的基于血清素的組蛋白修飾，影響多種生物過程，但TGM2介導的H3Q5ser在HCC進展中的作用尚不清楚。2025年1月7日，華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院陳孝平院士、張必翔教授和張學武教授團隊在Journal of Hepatology（IF=26.8）發表了題為“TGM2-mediated histone serotonylation promotes HCC progression via MYC signalling pathway”的文章，旨在研究TGM2在HCC進展中的作用，發現TGM2可作為預后生物標志物，靶向其轉谷氨酰胺酶活性可能是抑制HCC進展的有效策略。
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基因信息
H3.3：組蛋白H3.3
Tgm2：轉谷氨酰胺酶2
實驗動物
C57BL/6J小鼠，TGM2條件性敲除小鼠
病毒產品
AAV8-H3.3-WT，AAV8-H3.3 (Q5A), AAV8-Tgm2-WT-NLS，AAV8-Tgm2 (W241A)-NLS
注射劑量
5×1011 vg/mouse in 200μl PBS
注射方式
尾靜脈注射
01 研究結果
1、核定位TGM2在體外和體內促進HCC的發生和進展
研究人員發現與非腫瘤組織相比，5-HT在HCC腫瘤組織中積累；TGM2可以使用5-HT介導蛋白質的血清素化，進一步探究了TGM2在肝細胞癌中的表達模式，體外實驗表明，TGM2過表達顯著促進了HCC細胞的體外增殖，并且誘導了HCC細胞遷移和侵襲，而TGM2敲除顯著抑制了其增殖。同樣，TGM2過表達顯著促進了皮下異種移植物小鼠模型中HCC細胞的生長。此外，在DEN誘導的HCC和SB介導的尾靜脈高壓注射( HTVI )模型中，TGM2促進HCC的發生和進展。肝臟特異性Tgm2敲除小鼠沒有明顯的腫瘤形成，存活率也有所提高。以上結果表明，TGM2在體外和體內促進HCC的發生和進展。
圖1. Tgm2缺乏會抑制小鼠模型中HCC的進展
2、TGM2通過其轉谷氨酰胺酶活性介導的H3Q5ser修飾促進HCC進展
TGM2與H3Q5ser修飾密切相關，研究人員進一步探究了其轉谷氨酰胺酶活性介導的H3Q5ser修飾在HCC進展中的作用。實驗表明，在過表達TGM2且具有完整轉谷氨酰胺酶活性的組中，HCC細胞的增殖最快，并在皮下異種移植物小鼠模型體內顯示了類似的結果。隨后生成了過表達野生型H3.3和突變體(Q5A & Q5E)的HCC細胞系，突變體細胞系腫瘤的形成在體內外受到抑制。此外，通過AAV8在TGM2條件性敲除（CKO）小鼠中建立了肝臟特異性過表達野生型TGM2或突變體TGM2（W241A）的模型小鼠，并進行了HTVI實驗，結果表明，過表達具有完整轉谷氨酰胺酶活性的TGM2組小鼠具有最大的腫瘤形成和最差的存活率。同樣，利用野生型C57BL/6J小鼠構建了肝臟特異性過表達野生型H3.3或突變型H3.3（Q5A）的小鼠。進一步的HTVI實驗表明，突變型H3.3可以抑制腫瘤形成并提高存活率?？傮w而言，以上發現表明TGM2通過轉谷氨酰胺酶活性介導的H3Q5ser修飾促進HCC進展。
圖2. TGM2轉谷氨酰胺酶活性介導的H3Q5ser修飾在體內促進HCC進展
3、TRIM28介導TGM2向MYC的募集，通過H3Q5ser修飾促進MYC靶基因的轉錄
研究人員進一步發現核定位TGM2介導的H3Q5ser修飾增強了MYC基因的轉錄，并探究其調控機制。鑒定了TGM2的相互作用因子，發現TRIM28可能與TGM2結合，并且TRIM28介導了TGM2向MYC的募集。通過co-IP測定，在內源性和外源性水平上證實了三種蛋白質之間的相互作用，且TRIM28與MYC靶基因的啟動子結合。此外，MYC或TRIM28敲除下調了MYC靶基因上的H3K4me3和H3Q5ser水平。TRIM28敲除降低了MYC靶基因的轉錄，而沒有下調TGM2和MYC的表達。表明TRIM28 介導了TGM2對MYC信號通路的調節。進一步實驗證明了TRIM28通過介導TGM2向MYC的募集，促進MYC靶基因上H3Q5ser的修飾。
圖3. TRIM28介導MYC募集TGM2以促進MYC靶基因上的H3Q5ser修飾
02 結論
本研究首次揭示了 TGM2 介導的組蛋白血清素化在肝癌進展中的重要作用及相關機制。TGM2通過催化組蛋白發生血清素化修飾，激活MYC信號通路，進而促進肝癌細胞的增殖和腫瘤的生長。這一發現為肝癌的發病機制提供了全新的視角，也為開發針對肝癌的新型治療策略提供了潛在的靶點。未來，或許可以通過干預TGM2的活性或組蛋白血清素化過程，來實現對肝癌的精準治療，為廣大肝癌患者帶來新的希望。