一、研究背景

越來越多的研究表明，ROS扮演著抗腫瘤的角色，內源性和外源性的抗氧化劑可以促進腫瘤的進展。Nrf2（NF-E2-related factor 2）是細胞氧化應激反應中的關鍵因子，受Keap1的調控，通過與抗氧化反應元件ARE（antioxidant response element）相互作用，調節抗氧化蛋白和II相解毒酶的表達。轉錄因子BACH1（the transcription factor BTB and CNC homology1，BTB和CNC同源物1）與Nrf2同屬b-ZIP家族蛋白，可與Nrf2競爭性結合ARE，從而抑制抗氧化基因的表達，如HMOX-1（編碼解毒酶血紅素加氧酶1，HO-1，可降解游離血紅素），NQO1, （NAD(P)脫氫酶，quinone 1）。細胞在氧化應激條件下，血紅素結合蛋白氧化釋放游離血紅素，游離血紅素可使BACH1泛素化降解，從而使抗氧化相關基因表達。

肺癌是一種死亡率很高的癌癥，且大多數患者死于癌癥轉移。因此，了解控制肺癌轉移的基本機制對于臨床治療至關重要。然而，盡管三分之一的肺癌患者中有NRF2或KEAP1突變，但內源性和外源性抗氧化劑在肺癌轉移中的作用尚未被探索。

二、研究結果

作者首先構建肺癌小鼠模型Kras2LSL/+ and Kras2LSL/+Trp53fl/fl mice (簡稱K和KP)，用低濃度的Cre-adenovirus誘導原發性肺癌，并且在小鼠的飲食當中加入抗氧化劑NAC（n-乙酰半胱氨酸）或VitE（維生素E），喂養一周。發現抗氧化劑喂養的小鼠發生淋巴結轉移的概率比control高6-7倍，且誘導遠端器官轉移。

進一步，作者用 control 和 NAC-treated K小鼠建立原代肺癌細胞系（mTC 和mTN），發現不管是在體內還是體外，mTN細胞的侵襲和遷移能力顯著高于mTC細胞，另外在補充數據中，兩株細胞的增殖速率相似。

抗氧化劑為什么能促進肺癌轉移呢？

作者通過RNA-seq分析mTC和mTN細胞轉錄組變化，鑒定出1025個差異基因。進一步分析發現其中267個基因有NRF2-binding motif, 310個基因有BACH1-binding motif。qPCR檢測BACH1 和 NRF2 靶向基因，發現在mTN細胞中BACH1的表達輕微上升，其已知的下游基因Nqo1表達下降，新鑒定的下游基因Pkp3、Mmp1a（細胞侵襲相關）表達上升。隨后，發現在mTN細胞中，BACH1的蛋白水平顯著上調（說明蛋白穩定性增加）；相反，氧化劑可降低BACH1的蛋白水平。

背景知識已經介紹，free heme（游離血紅素）可通過泛素化降解BACH1，作者發現，NAC處理后free heme水平下降，H2O2處理后表達上升。同時，在加入外源血紅素后（Hemin，血紅素衍生物），BACH1蛋白水平下降。并且，使用蛋白酶體相關抑制劑可以消除Hemin誘導的BACH1降解。

那BACH1在mTN細胞中起著什么作用呢？調控轉移？

在KO BACH1之后，mTN細胞的高侵襲能力和肺轉移能力被逆轉；為進一步驗證這一結果，作者使用 CRISPR-SAM (synergistic activation mediator)來提高mTC細胞中內源性BACH1的表達，BACH1的表達增加后，mTC細胞的侵襲、遷移和肺轉移能力顯著增強。說明BACH1是抗氧化劑誘導的肺癌轉移所必須，且在抗氧化劑缺失時，也可誘導肺癌轉移。

BACH1下游的哪些靶基因促進了腫瘤轉移呢？

作者通過BACH1 Chip-seq和RNA-seq聯合分析，發現在mTN細胞中，代謝過程顯著改變，糖酵解關鍵酶HK2（己糖激酶）和GAPDH（磷酸甘油醛脫氫酶）表達顯著上調，且進一步證明了BACH1可與HK2和GAPDH啟動子結合，調控其轉錄。

隨后，作者進一步分析RNA-seq數據發現，在mTN細胞中，糖酵解途徑其它相關酶的轉錄水平也顯著上調，如PFKFB3（編碼磷酸果糖激酶）、SLC16A1（編碼乳酸轉運載體，MCT1）；同時檢測糖酵解相關指標發現，在mTN細胞中，糖酵解速率加快，耗氧率下降，葡萄糖攝取和乳酸分泌能力增強；并且，在mTC和mTN細胞中，通過過表達和敲除BACH1做了進一步驗證。

接著，作者進一步探究細胞侵襲和糖酵解表型改表之間是否有聯系。作者發現，在mTC細胞中過表達HK2后，細胞的糖酵解速率加快，遷移和肺轉移能力增強；于此相反，在mTN細胞中過表達G6PC3（葡萄糖6磷酸酶，糖異生途徑相關酶）后，細胞的糖酵解速率減慢，遷移和肺轉移能力下降。同時，發現在mTN細胞中，糖酵解來源ATP和總的ATP產生速率都要顯著高于mTC細胞，且總的ATP水平也顯著增加。說明抗氧化劑可以使細胞糖酵解速率加快，促進細胞遷移和侵襲。

那么抑制糖酵解相關途徑酶對細胞遷移有什么影響呢？

作者使用抑制劑抑制糖酵解途徑相關酶活性，發現2-DG，LND（HK2抑制劑）、DCA（丙酮酸脫氫酶抑制劑）、3-BP（GAPDH抑制劑）、AZD3965（MCT1抑制劑）都可以逆轉抗氧化劑所誘導的遷移。

三、總結

腫瘤若想快速進展必須克服氧化應激障礙。雖然已有研究發現，膳食中添加抗氧化劑或NRF2激活內源性抗氧化劑可以降低氧化應激，可以促進早期肺癌的進展，但其在腫瘤轉移中的作用尚不明確。該研究證明，長期補充抗氧化劑n -乙酰半胱氨酸和維生素E可促進kras驅動的肺癌轉移?？寡趸瘎┩ㄟ^降低游離血紅素水平來穩定轉錄因子BACH1，從而刺激肺癌轉移；進一步發現，BACH1通過激活HK2和GAPDH的轉錄，增加葡萄糖攝取、糖酵解和乳酸分泌，從而刺激小鼠和人肺癌細胞糖酵解依賴性轉移；靶向抑制BACH1可使得糖酵解正常，預防抗氧化劑誘導的轉移；增加內源性BACH1表達促進糖酵解，促進肺癌轉移。