肝癌细胞间线粒体转移的分子机制：HMGB1通过RHOT1和RAC1在缺氧条件下的调控作用

作者及发表信息
本研究由华中科技大学同济医学院附属同济医院消化内科的Jing Mengjia、Xiong Xiaofeng等团队完成，通讯作者为Fu Yu和Yan Wei。论文于2024年发表在期刊*Cell Death and Disease*（2024年卷15期，文章编号155），标题为“HMGB1 promotes mitochondrial transfer between hepatocellular carcinoma cells through RHOT1 and RAC1 under hypoxia”。

学术背景
肝细胞癌（HCC）是全球癌症相关死亡的主要原因之一，早期转移是其预后不良的关键因素。肿瘤微环境中的缺氧状态和线粒体功能异常在HCC进展中起重要作用。近年研究发现，线粒体转移（mitochondrial transfer）作为一种动态行为，可通过隧道纳米管（tunneling nanotubes, TNTs）在细胞间传递，影响受体细胞的代谢和侵袭能力。高迁移率族蛋白1（HMGB1）是一种核蛋白，在缺氧条件下可释放至胞外，调控线粒体功能。然而，HMGB1是否参与HCC细胞间的线粒体转移及其机制尚不明确。本研究旨在揭示缺氧条件下HMGB1通过线粒体转运蛋白RHOT1和TNTs形成相关蛋白RAC1促进HCC细胞线粒体转移的分子机制。

研究流程与方法
1. 线粒体转移的验证与功能分析
- 研究对象：高侵袭性HCC细胞（MHCC-97H、PLC）和低侵袭性细胞（Hep3B）。
- 方法：
- 使用场发射扫描电镜（FESEM）和免疫荧光（IF）观察TNTs结构及线粒体定位（Mitotracker-red标记）。
- 共培养实验中，将MHCC-97H或PLC的线粒体（Mito-PA-GFP标记）转移至Hep3B细胞（RFP标记），通过流式细胞术（FACS）分选并检测转移效率。
- Transwell实验验证线粒体转移对Hep3B迁移和侵袭能力的影响。
- 关键发现：线粒体从高侵袭性细胞向低侵袭性细胞的转移显著增强后者侵袭能力；缺氧条件下转移率升高（*p<0.01）。

1. HMGB1的作用机制

   • 临床样本分析：TCGA和ICGC数据库显示HMGB1在HCC组织中高表达且与患者生存期负相关（n=99，免疫组化验证）。
     
   • 功能实验：
     
     • 构建HMGB1过表达/敲低细胞系，发现HMGB1过表达促进线粒体转移（流式数据支持）并增强HCC细胞侵袭（Transwell和裸鼠尾静脉肺转移模型验证）。
       
     • 缺氧条件下，HMGB1通过内质网应激（ERS）上调RHOT1表达（WB检测IRE1、PERK、GRP78通路激活）。

2. RHOT1与NF-Y复合物的调控

   • 机制解析：
     
     • 染色质免疫共沉淀（ChIP）和荧光素酶报告实验证实，HMGB1通过ATF6/NF-Y通路（NFYA和NFYC亚基）直接激活RHOT1启动子。
       
     • 敲除NFYA/NFYC可逆转缺氧或HMGB1过表达诱导的RHOT1上调（*p<0.001）。

3. RAC1在TNTs形成中的作用

   • 实验设计：
     
     • 免疫共沉淀（Co-IP）显示RHOT1与RAC1、ARP2/3复合物相互作用。
       
     • 缺氧条件下，HMGB1促进RAC1向细胞膜聚集（膜蛋白分离实验和IF验证）。
       
     • RAC1过表达增强线粒体转移和HCC侵袭（裸鼠模型肺转移结节面积增加50%）。

主要结果
1. 线粒体转移的生物学效应：高侵袭性HCC细胞的线粒体转移使低侵袭性细胞的迁移能力提升2倍（Transwell数据）。
2. HMGB1-RHOT1轴：缺氧条件下HMGB1通过NFYA/NFYC使RHOT1表达量增加3倍（WB和qPCR数据），敲低RHOT1可抑制转移（流式显示转移率下降60%）。
3. RAC1的调控：HMGB1诱导的RAC1膜聚集与TNTs数量正相关（*p<0.01），RAC1抑制剂可阻断此效应。
4. 临床相关性：组织微阵列（n=87）显示HMGB1、RHOT1、RAC1高表达与HCC患者较短生存期显著相关（Log-rank检验，*p<0.05）。

结论与意义
本研究首次阐明缺氧条件下HMGB1通过双重机制促进HCC进展：
1. 转录调控：通过ERS/ATF6/NF-Y通路上调RHOT1，增强线粒体转运；
2. 结构重塑：激活RAC1介导的TNTs形成，促进线粒体转移。
科学价值：揭示了肿瘤微环境中细胞器互作的新机制，为靶向HMGB1-RHOT1/RAC1轴的HCC治疗提供理论依据。应用潜力：RHOT1或RAC1抑制剂可能成为抑制HCC转移的潜在药物靶点。

研究亮点
1. 创新性发现：首次将HMGB1与线粒体转移的分子机制关联，提出“缺氧-HMGB1-RHOT1/RAC1”调控轴。
2. 方法学优势：整合多组学分析（TCGA/ICGC）、活细胞成像（TNTs动态观察）和体内外模型（裸鼠肺转移）。
3. 临床转化价值：组织微阵列和大样本生存分析强化了结论的可靠性。
4. 跨学科意义：为肿瘤代谢重编程和细胞间通讯研究提供了新视角。

（注：文中涉及的缩写首次出现时均标注英文全称，如TNTs（tunneling nanotubes）、FACS（fluorescence-activated cell sorting）等。）