在肿瘤生物学领域，BRCA1相关蛋白1（BAP1）作为一个重要的肿瘤抑制因子，其突变与多种癌症的发生发展密切相关。然而，科学家们一直困惑于BAP1究竟通过何种分子机制发挥其肿瘤抑制功能。近年来，一种铁依赖性的程序性细胞死亡方式——铁死亡（ferroptosis）引起了广泛关注，这种细胞死亡形式与传统的细胞凋亡（apoptosis）不同，它是由脂质过氧化物累积所触发的。先前的研究表明，BAP1可能通过调控铁死亡来抑制肿瘤生长，但具体的分子通路仍不清晰。
为了解开这一谜团，研究人员将目光投向了BAP1的表观遗传调控功能。BAP1作为一种去泛素化酶（deubiquitinase），能够去除组蛋白H2A第119位赖氨酸的单泛素化修饰（H2AK119ub），这种修饰与基因转录抑制和DNA修复密切相关。有趣的是，早期的研究发现BAP1可以通过抑制SLC7A11（溶质载体家族7成员11）的表达来促进铁死亡，SLC7A11是胱氨酸/谷氨酸逆向转运体的关键亚基，其抑制会导致细胞内谷胱甘肽（GSH）合成受阻，进而削弱谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的活性，最终引发脂质过氧化物累积和铁死亡。
然而，问题并没有这么简单。当研究人员在SLC7A11敲除的细胞中重新表达BAP1时，发现BAP1仍然能够促进铁死亡，这表明存在SLC7A11非依赖的调控机制。这一发现促使研究团队进一步探索BAP1调控铁死亡的其他途径。
研究人员通过整合多组学分析技术，包括RNA测序（RNA-seq）、ATAC-seq（测定染色质可及性）和ChIP-seq（染色质免疫沉淀测序），发现BAP1重新表达后显著改变了数百个基因的表达水平。基因本体分析显示这些基因主要富集在代谢相关通路，特别是脂肪酸生物合成、氧化应激反应和铁死亡通路。其中，长链脂酰辅酶A合成酶4（ACSL4）的表达上调引起了研究人员的特别注意。
ACSL4是铁死亡过程中的关键酶，它负责催化长链多不饱和脂肪酸（PUFA）与辅酶A（CoA）的酯化反应，促进这些易过氧化的脂肪酸掺入膜磷脂中。研究人员通过一系列精细的实验证明，BAP1确实通过其去泛素化酶活性，降低ACSL4基因启动子和基因体区域的H2AK119ub水平，增强染色质可及性，从而上调ACSL4的表达。这一调控过程依赖于BAP1的催化活性，因为催化失活的BAP1突变体（BAP1C91A）无法产生相同的效果。
为了验证ACSL4在BAP1调控的铁死亡中的具体作用，研究人员进行了功能获得和功能缺失实验。在BAP1敲除的786-O细胞中过表达ACSL4，能够恢复细胞对铁死亡的敏感性；而在ACSL4敲除的细胞中过表达BAP1，则细胞对铁死亡产生抵抗。这些结果明确表明ACSL4是BAP1促进铁死亡的关键效应分子。
脂质组学分析进一步揭示了BAP1通过ACSL4调控脂质代谢的分子细节。BAP1重新表达增加了多种脂质亚类的水平，包括三酰甘油（TG）、磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE），而这些效应在ACSL4敲除细胞中被完全消除。这表明BAP1对脂质代谢的调控确实依赖于ACSL4。
值得注意的是，BAP1通常作为多梳抑制去泛素化酶（PR-DUB）复合物的组成部分发挥作用，该复合物包含多个辅助因子，如ASXL1/2、FOXK1/2等。研究人员发现，只有ASXL1/2对BAP1调控ACSL4表达和促进铁死亡是必需的，在ASXL1/2敲除细胞中，BAP1过表达无法诱导ACSL4上调或增强铁死亡敏感性。
主要技术方法
本研究采用了多种先进的技术方法：通过基因编辑技术构建BAP1、SLC7A11和ACSL4的敲除细胞系；利用RNA-seq、ATAC-seq和ChIP-seq进行多组学整合分析；采用蛋白质印迹和实时荧光定量PCR检测基因表达；使用脂质组学分析脂质代谢变化；通过细胞死亡 assays评估铁死亡敏感性。
BAP1通过双重机制调控铁死亡
研究人员发现BAP1通过两条平行通路促进铁死亡：一方面，BAP1通过去泛素化H2AK119ub抑制SLC7A11转录，导致胱氨酸摄取减少和GSH耗竭；另一方面，BAP1通过同样的机制上调ACSL4表达，促进易过氧化的PUFA掺入膜磷脂。这两条通路可能协同作用，增强细胞对铁死亡的敏感性。
ACSL4是BAP1调控铁死亡的关键效应分子
实验证据表明，ACSL4的表达严格依赖于BAP1的去泛素化酶活性。BAP1通过降低ACSL4基因座的H2AK119ub水平，增强染色质可及性，从而促进ACSL4转录。功能实验证明ACSL4对于BAP1介导的铁死亡是必要且充分的。
BAP1调控脂质代谢依赖于ACSL4
脂质组学分析显示，BAP1重新表达显著改变了细胞脂质组成，增加了多种脂质亚类的水平，这些变化在ACSL4敲除细胞中完全消失，表明BAP1对脂质代谢的重编程主要通过ACSL4实现。
ASXL1/2是BAP1调控ACSL4的必要辅助因子
作为PR-DUB复合物的组成部分，BAP1的功能依赖于其与辅助因子的相互作用。研究发现ASXL1/2对于BAP1调控ACSL4和促进铁死亡是必需的，揭示了BAP1复合物组成的特异性功能。
临床相关性分析
通过对癌症基因组学数据的分析，研究人员发现BAP1和ACSL4在多种癌症类型中表达呈正相关，且在肿瘤组织中均下调，支持了BAP1-ACSL4轴在肿瘤抑制中的生理相关性。
本研究系统阐明了BAP1通过表观遗传机制双重调控铁死亡的新通路，不仅深化了对BAP1肿瘤抑制功能的理解，也为铁死亡的调控机制提供了新的视角。研究发现BAP1一方面通过抑制SLC7A11限制抗氧化防御，另一方面通过上调ACSL4增强脂质过氧化底物的生成，这两条通路可能协同作用，使细胞对铁死亡信号更加敏感。
值得注意的是，BAP1如何能够同时抑制SLC7A11和激活ACSL4表达仍是一个未解之谜。一种可能的解释是，BAP1介导的全局性H2AK119ub去泛素化可能导致多梳抑制复合物2（PRC2）在基因组上的重新分布，从而间接影响特定基因的表达。此外，辅助因子如ASXL1/2可能在决定BAP1对特定靶基因的调控方向中发挥关键作用。
从转化医学视角看，这项研究为BAP1突变肿瘤的治疗提供了新的思路。鉴于铁死亡在肿瘤治疗中的潜在价值，针对具有铁死亡易感性的肿瘤（如那些具有溶质体铁累积特征的肿瘤），联合使用SLC7A11抑制剂和铁死亡诱导剂（如fentomycin-1）可能成为一种有前景的治疗策略。
该研究不仅完善了我们对BAP1肿瘤抑制机制的认识，也将表观遗传调控、脂质代谢和铁死亡这三个重要领域紧密联系起来，为未来研究开辟了新的方向。论文发表于《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》，为细胞死亡研究领域作出了重要贡献。
