邢曉芳/季加孚教授團隊：發(fā)現胃癌治療新靶點
8月20日，邢曉芳/季加孚教授領銜的研究團隊在期刊《Journal of Experimental & Clinical Cancer Research》上發(fā)表了研究論文，題為“The deubiquitinase USP15 drives malignant progression of gastric cancer through glucose metabolism remodeling”，本研究中，研究人員發(fā)現USP15敲低顯著抑制了異種移植模型中細胞增殖、侵襲、上皮間質轉化和遠端定植能力，同時增強了奧沙利鉑的抗腫瘤作用。USP15參與了糖酵解調節(jié)因子的泛素化修飾。沉默USP15抑制了糖酵解活性并損害了線粒體功能。干擾USP15表達在體內逆轉了腫瘤進展和遠端定植。研究人員發(fā)現USP15與HKDC1和IGF2BP3存在核心相互作用，其中HKDC1被鑒定為USP15的泛素化修飾底物，USP15通過抑制HKDC1的泛素化降解來調節(jié)葡萄糖代謝活性。總之，本研究發(fā)現，在GC腫瘤組織中USP15的表達異常升高，與惡性進展和對新輔助治療的耐藥相關。如果開發(fā)出USP15抑制劑，它們可以通過改變葡萄糖代謝來促進化療的效果。
背景知識
胃癌是全球常見的惡性腫瘤之一，在發(fā)展中國家發(fā)病率和死亡率位居第三。根據2022年全球癌癥觀察站的數據，僅在中國就有約47.8萬例新發(fā)胃癌病例和37.4萬例死亡病例，這使得胃癌的預防和控制成為一大挑戰(zhàn)。由于早期缺乏典型的癥狀，大多數患者在確診時已是晚期，錯過了傳統(tǒng)治療的較佳時機。目前，臨床上正轉向術前治療（NAT）以實現腫瘤縮小和抑制轉移，從而為后續(xù)手術和局部化療放療提供便利。然而，胃癌術前治療在臨床實踐中的普及并不順利，主要原因是治療藥物種類有限、患者差異較大以及毒性副作用的不良影響。因此，迫切需要擴大治療藥物的發(fā)展途徑，并為胃癌尋找新的治療靶點。
異常的泛素化修飾系統(tǒng)與惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展密切相關。近期，越來越多的證據表明，泛素特異性蛋白酶（USPs）是較大的去泛素酶亞家族，在胃癌（GC）中發(fā)揮著重要作用。例如，USP3、USP5、USP13、USP15、USP21、USP22和USP35在GC中上調，可作為GC患者的獨立預后標志物。USP15是USP家族中重要的成員之一，已被發(fā)現在許多腫瘤中存在擴增，包括GC。USP15與E3連接酶TRIM21相關聯(lián)，并控制ASCL4的穩(wěn)定性，以維持胃腸間質瘤（GIST）的伊馬替尼敏感/耐藥狀態(tài)。在前一項研究中，研究人員證明了USP15在GC中的表達受miR-26a信號通路的調控，這可能是USP15異常高表達的主要原因。然而，USP15在GC中的下游功能和核心機制尚不清楚。
敲低USP15增強了化療藥物的抗腫瘤效果并在體內促進了遠端定植
之前的研究發(fā)現，敲低USP15可以提高胃癌細胞對化療藥物的敏感性，尤其是鉑類藥物。研究人員通過裸鼠皮下注射胃癌細胞株SGC7901 (sh-NC, sh-1#)，探討了USP15在胃癌發(fā)生發(fā)展中的作用。1周后，裸鼠幾乎在同一時間觀察到移植瘤的生長。研究人員將裸鼠分為4組，分別腹腔注射奧沙利鉑(L-OHP, 5 mg/Kg)和生理鹽水，每周2次，持續(xù)4周。雖然抑制USP15的表達并不能有效阻止腫瘤的生長，但USP15敲低確實增強了L-OHP的抗腫瘤作用，這與體外實驗的結果相似。此外，敲低組裸鼠移植瘤組織中USP15的表達水平保持低水平，與增殖標志物表達趨勢一致。接下來，研究人員在裸鼠中評估USP15敲低對腫瘤轉移定植的影響。將穩(wěn)定轉染sh-NC和sh-1#的SGC7901-luc細胞經尾靜脈注射入裸鼠體內。在第14、21、28、35天進行生物發(fā)光成像，USP15敲低組小鼠僅發(fā)現輕微遠處轉移。這些數據表明USP15積極促進胃癌的惡性進展，有望成為胃癌的治療靶點。
在異種移植模型中，USP15的敲低增強了奧沙利鉑的抗腫瘤作用并抑制了遠端定植
敲低USP15可抑制糖酵解活性并損害線粒體功能
以上表明USP15可能是調控GC細胞糖酵解活性的重要成分，因此研究人員測定了抑制USP15表達對糖酵解和線粒體氧化磷酸化過程的影響。USP15敲低不僅導致糖酵解和糖酵解能力的阻斷，還降低了基礎氧消耗率(OCR)和較大OCR水平，表明有氧糖酵解和有氧氧化受損。由于線粒體的完整性對于維持OXPHOS過程和腫瘤細胞的活力至關重要，研究人員分析了USP15敲低后GC細胞中線粒體功能和結構的完整性。JC-1探針檢測線粒體膜電位以判斷線粒體功能;結果表明，USP15敲低導致線粒體膜電位異常降低，熒光模式從點狀紅色熒光變?yōu)閺浡跃G色熒光。此外，敲低USP15后線粒體異常的細胞數量顯著增加。重要的是，透射電子顯微鏡成像清晰地觀察到USP15敲低引起的GC細胞線粒體結構的異常。細胞內ROS水平的升高和線粒體相關蛋白的異常表達進一步表明了USP15敲低后GC細胞中的線粒體損傷。
研究小結
綜上所述，本研究表明USP15在胃癌細胞和組織中表達上調，并且USP15的高表達與胃癌患者的不良預后和化療耐藥相關。值得注意的是，本研究結果支持USP15是葡萄糖代謝的關鍵調節(jié)因子，這一點在之前的研究中未見報道。此外，研究人員鑒定了一組USP15相互作用蛋白，包括HKDC1和IGF2BP3。重要的是，抑制USP15的表達降低了糖酵解活性，阻斷了葡萄糖代謝過程，導致線粒體損傷，這可能是通過HKDC1調節(jié)的。干擾USP15表達可逆轉體內腫瘤進展和遠端定植。進一步實驗證實USP15的酶活性對HKDC1的去泛素化至關重要。綜上所述，研究人員認為USP15抑制劑如果開發(fā)成功，可以特異有效地通過糖代謝重塑促進化療，且毒性有限。
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