S-亚硝基化修饰 EZH2：调控内皮稳态的新机制与潜在治疗靶点

来源：作者：人气：-发表时间：2025-04-28 13:57:00【大中小】

摘要：研究人员开展了关于S-亚硝基化修饰EZH2的研究。

在生命的微观世界里，细胞的正常运作依赖于各种精细的调控机制。一氧化氮（NO）作为一种多功能的生物活性分子，在细胞功能调节中扮演着重要角色，它可通过S-亚硝基化修饰蛋白质来发挥作用。EZH2是多梳抑制复合物2（PRC2）的关键功能性酶组分，负责催化组蛋白H3第27位赖氨酸的甲基化（H3K27me3），进而调控基因表达，在细胞分化、发育以及多种疾病进程中都有着举足轻重的地位。此前，虽然NO信号通路对血管内皮细胞基因表达有影响，但NO依赖的蛋白质S-亚硝基化修饰在定义内皮细胞表观遗传景观中的作用尚不明确，EZH2的S-亚硝基化修饰及其对该关键表观遗传调节因子的催化活性、定位和降解的影响也未见报道。为了填补这些知识空白，来自印度比拉理工学院（Birla Institute of Technology and Science）的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上，为理解内皮细胞功能调控及相关疾病治疗提供了新的视角。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是使用生物素开关法（biotin switch assay）和碘代串联质谱标签（iodoTMT）标记试剂检测EZH2的S-亚硝基化；二是通过免疫共沉淀（co-immunoprecipitation）实验探究蛋白质之间的相互作用；三是利用染色质免疫沉淀（Chromatin Immunoprecipitation，ChIP）及后续的定量PCR分析基因启动子区域H3K27me3的富集情况；四是借助分子动力学（MD）模拟从结构层面分析S-亚硝基化对EZH2-SUZ12复合物的影响。

图1EZH2的S-亚硝基化通过改变PRC2复合物的组装、甲基转移酶活性及EZH2的稳定性来维持内皮稳态

SNP/GSNO与EZH2的相互作用及对相关指标的影响

研究人员以硝普钠（SNP）作为外源性NO供体，发现SNP处理人脐静脉内皮细胞（HUVEC）和人脐静脉内皮细胞系（EA.hy926细胞）后，细胞内亚硝酸盐水平呈时间依赖性增加。SNP可使EZH2蛋白及其催化产物H3K27me3水平降低，且H3K27me3水平在SNP处理1小时后就显著下降，早于EZH2蛋白在2小时后的降解。进一步研究表明，SNP处理30分钟时，SUZ12就从EZH2结合的PRC2复合物上解离，导致PRC2复合物催化活性降低。同时，SNP促使EZH2发生胞质转位，通过亚细胞分级分离和免疫荧光实验得以证实。为排除SNP作用的非特异性，研究人员使用S-亚硝基谷胱甘肽（GSNO）进行实验，得到了相似的结果，且GSNO处理后EZH2的相互作用蛋白发生改变，通过质谱分析鉴定出了相关变化的蛋白。

EZH2的S-亚硝基化修饰及对PRC2复合物活性的影响

研究人员通过体外无细胞系统和细胞实验证实，NO处理可使EZH2蛋白发生S-亚硝基化修饰。生物素开关法和免疫沉淀实验表明，在EA.hy926细胞中，NO处理后EZH2蛋白被S-亚硝基化。同时，使用天然诱导剂缓激肽（bradykinin）诱导内源性NO产生，也检测到EZH2蛋白的S-亚硝基化及与SUZ12结合的丧失。此外，H3K27me3组蛋白甲基转移酶（HMT）活性测定显示，SNP或GSNO处理后，PRC2复合物的甲基转移酶活性显著降低，说明EZH2的S-亚硝基化导致SUZ12从PRC2复合物上早期解离，进而降低其催化活性。

图2一氧化氮通过诱导SUZ12解离，引发EZH2蛋白的胞质定位与降解，并伴随H3K27me3水平的早期下降

EZH2降解途径及内源性NO抑制的影响

研究发现，S-亚硝基化的EZH2主要通过自噬溶酶体途径降解。使用蛋白酶体抑制剂MG132不能逆转SNP处理后EZH2的降解，而自噬溶酶体途径抑制剂巴弗洛霉素A1（bafilomycin A1）可部分逆转。同时抑制蛋白酶体和自噬溶酶体途径，能完全逆转EZH2的降解，但无法恢复H3K27me3的水平。此外，抑制内源性NO产生机制，如使用eNOSsiRNA敲低HUVEC细胞中的eNOS，或用L-NAME抑制一氧化氮合酶（NOS），可逆转由VEGF或缓激肽诱导的EZH2和H3K27me3水平的降低，且限制EZH2的胞质转位，使其定位在细胞核中。

EZH2-H3K27me3轴在糖尿病肾病中的作用及调节效果

研究人员发现，在糖尿病肾病中，EZH2-H3K27me3轴增强。预先用H3K27me3特异性去甲基化酶抑制剂GSK-J4处理细胞，可逆转SNP诱导的H3K27me3水平降低，并抑制SNP诱导的内皮细胞迁移。通过实时定量PCR（qPCR）和染色质免疫沉淀实验发现，SNP处理后，与内皮功能相关的基因如VEGFa、TBX20等的转录水平增加，且这些基因启动子区域H3K27me3的富集减少。在高糖环境下，GSNO处理可逆转高糖诱导的EC和大鼠主动脉中EZH2、H3K27me3水平的升高以及炎症黏附分子ICAM1的表达，减少单核细胞黏附，这表明S-亚硝基化介导的EZH2调节可能是对抗糖尿病血管并发症的潜在治疗策略。

EZH2特定半胱氨酸残基S-亚硝基化的作用及分子机制

通过预测工具发现EZH2蛋白的半胱氨酸329（C329）、700（C700）等位点可能发生S-亚硝基化。构建点突变体实验表明，C329S突变体对SNP处理不敏感，其EZH2蛋白水平未受影响，但H3K27me3水平显著降低；C700S突变体的EZH2蛋白水平在SNP处理后显著下降，而H3K27me3水平不变。双突变体EZH2 C329S C700S对SNP完全不敏感。免疫荧光和共聚焦成像显示，SNP可诱导野生型EZH2的胞质转位，但对C329S和双突变体无此作用。分子动力学模拟显示，EZH2在C329和C700位点的S-亚硝基化导致EZH2-SUZ12复合物构象改变，使SUZ12与EZH2的SAL结构域结合减弱，最终导致复合物不稳定。

综上所述，该研究揭示了NO信号通路通过S-亚硝基化修饰EZH2的C329和C700残基，影响PRC2复合物的稳定性和催化活性，进而调控基因表达，维持内皮稳态。在糖尿病等疾病状态下，S-亚硝基化修饰EZH2可能成为潜在的治疗靶点。不过，研究也存在一定局限性，如未能在体内模型中证实eNOS基因表达或催化抑制对EZH2和H3K27me3的影响。未来研究可进一步探索NO依赖的表观遗传通路调控机制，为相关疾病的治疗提供更坚实的理论基础和潜在的治疗策略。

参考资料

[1]S-nitrosylation of EZH2 alters PRC2 assembly, methyltransferase activity, and EZH2 stability to maintain endothelial homeostasis