南方醫(yī)科大學(xué)李學(xué)農(nóng)團隊：結(jié)直腸癌進(jìn)展的新機制
8月21日，南方醫(yī)科大學(xué)李學(xué)農(nóng)研究團隊在期刊《Nature Communications》上發(fā)表了研究論文，題為“The lipid-metabolism enzyme ECI2 reduces neutrophil extracellular traps formation for colorectal cancer suppression”，本研究表明，脂質(zhì)代謝相關(guān)基因ECI2在結(jié)直腸癌中起著腫瘤抑制作用，并與結(jié)直腸癌患者的不良預(yù)后負(fù)相關(guān)。研究人員從機制上證明ECI2降低脂質(zhì)介導(dǎo)的白細(xì)胞介素8 (IL-8)表達(dá)，從而減少中性粒細(xì)胞募集和中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)的形成，從而抑制結(jié)直腸癌。特別是，ECI2通過抑制醚脂合成的限速酶AGPS的過氧化物酶體定位來抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞中醚脂的生成。這些發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對代謝重編程和中性粒細(xì)胞相互作用在CRC進(jìn)展中的作用的理解，也為確定CRC潛在的診斷標(biāo)志物和治療靶點提供了思路。
背景知識
腫瘤代謝重編程在結(jié)直腸癌中發(fā)揮重要作用，脂質(zhì)代謝改變被認(rèn)為是惡性腫瘤的標(biāo)志特征。脂質(zhì)代謝重編程與沃伯格效應(yīng)相似，具有影響腫瘤增殖、轉(zhuǎn)移和凋亡生物學(xué)的典型特征。研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)代謝異?？赡芘c腫瘤演變和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。然而，我們對結(jié)直腸癌中脂質(zhì)代謝相關(guān)基因表達(dá)和作用的分子通路的理解仍有相當(dāng)大的差距。
ECI2蛋白促進(jìn)烯酰輔酶A重新進(jìn)入β-氧化循環(huán)，也參與過氧化物酶體脂質(zhì)代謝。目前關(guān)于ECI家族蛋白在腫瘤中的相關(guān)功能研究仍相對較少。醚脂類(包括烷基?；字拖Ａ字?，又稱乙?；字?是一類獨特而重要的甘油磷脂。醚脂類起初在過氧化物酶體中合成，并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中加工。參與的關(guān)鍵限速酶包括FAR1/2、GNPAT和AGPS。醚脂類可能通過其作為潛在內(nèi)源性抗氧化劑的能力調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、影響細(xì)胞信號傳導(dǎo)并減少氧化應(yīng)激。已發(fā)現(xiàn)在多種癌癥中醚脂增加，并與較高的侵襲性相關(guān)。靶向抑制過氧化物酶體脂質(zhì)代謝途徑，導(dǎo)致癌細(xì)胞產(chǎn)生特定的醚脂，可治療惡性腫瘤。近期的研究發(fā)現(xiàn)，過氧化物酶體驅(qū)動的醚脂參與了癌癥的鐵死亡。ECI2是一種存在于線粒體和過氧化物酶體中的蛋白質(zhì)，被認(rèn)為參與多不飽和脂肪酸的β-氧化。研究人員想知道ECI2是否在CRC中異常表達(dá)，以及它是否可以通過CRC影響脂肪酸氧化。研究人員還想知道它是否能調(diào)節(jié)過氧化物酶體醚脂質(zhì)代謝。
ECI2表達(dá)下調(diào)預(yù)示結(jié)直腸癌患者預(yù)后不良
研究人員首先從TCGA數(shù)據(jù)庫下載結(jié)直腸癌數(shù)據(jù)集，利用Metascape數(shù)據(jù)庫進(jìn)行GO分析和KEGG分析。通過GEPIA數(shù)據(jù)庫篩選結(jié)直腸癌差異表達(dá)基因。基因ECI2在該通路中有顯著差異表達(dá)。GEPIA數(shù)據(jù)庫和Kaplan-Meier數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)ECI2在大多數(shù)腫瘤組織和正常組織中存在差異表達(dá)，ECI2在CRC中的表達(dá)明顯低于正常組織，ECI2的表達(dá)與CRC患者的預(yù)后呈負(fù)相關(guān)。RT-qPCR和蛋白質(zhì)印跡結(jié)果顯示ECI2在CRC細(xì)胞中的表達(dá)低于正常結(jié)直腸上皮細(xì)胞FHC。免疫熒光實驗顯示ECI2在SW620細(xì)胞的線粒體和過氧化物酶體中表達(dá)。RT-qPCR和蛋白質(zhì)印跡結(jié)果顯示ECI2在新鮮結(jié)直腸癌組織中的表達(dá)明顯低于正常組織。免疫組織化學(xué)顯示ECI2在CRC組織中的表達(dá)明顯低于正常組織，且與CRC的轉(zhuǎn)移和分期呈負(fù)相關(guān)。分析ECI2表達(dá)與臨床病理參數(shù)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，ECI2表達(dá)水平與CRC腫瘤大小、TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移呈負(fù)相關(guān)。生存分析顯示，ECI2高表達(dá)的結(jié)直腸癌患者無病生存期(P = 0.011)和總生存期(P = 0.044)均高于ECI2低表達(dá)的結(jié)直腸癌患者。以上結(jié)果提示ECI2對結(jié)直腸癌的生長和轉(zhuǎn)移具有抑制作用。
ECI2在結(jié)直腸癌中低表達(dá)并預(yù)示不良預(yù)后
ECI2通過腫瘤微環(huán)境抑制結(jié)直腸癌的侵襲和轉(zhuǎn)移
基于CRC細(xì)胞中ECI2表達(dá)的結(jié)果，研究人員篩選了HCT116和RKO這兩種低表達(dá)ECI2的細(xì)胞，并構(gòu)建了其穩(wěn)定過表達(dá)細(xì)胞系；同時，研究人員篩選了DLD1和SW6 20這兩種高表達(dá)ECI2的細(xì)胞，并構(gòu)建了其穩(wěn)定沉默細(xì)胞系。體外功能實驗表明，ECI2對CRC細(xì)胞的增殖和侵襲影響不大。皮下腫瘤模型研究顯示，體內(nèi)上調(diào)ECI2顯著抑制了小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞系MC38的生長，而沉默ECI2則相反。進(jìn)一步的體內(nèi)注射顯示，沉默ECI2后MC38細(xì)胞的肝轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)顯著增加。體內(nèi)和體外實驗結(jié)果的明顯差異表明，ECI2可能通過腫瘤微環(huán)境影響CRC細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。
ECI2可抑制結(jié)直腸癌中IL-8的表達(dá)、中性粒細(xì)胞的浸潤和細(xì)胞毒性壞死
為了探究ECI2如何抑制結(jié)直腸癌（CRC）進(jìn)展的分子機制，研究人員進(jìn)行了RNA-seq、GO分析和KEGG富集分析。研究發(fā)現(xiàn)富集的通路是下調(diào)的細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用通路。研究人員對12個顯著變化的差異基因進(jìn)行RT-qPCR實驗顯示，ECI2過表達(dá)導(dǎo)致CXCL8（IL-8）表達(dá)顯著下調(diào)，其次是CCL5和IL15。通過檢測發(fā)現(xiàn)，ECI2下調(diào)了CRC細(xì)胞中IL-8的水平，但未影響CCL5、CSF1和IL15的水平。為了探究這一細(xì)胞因子通路是否影響CRC的免疫調(diào)節(jié)，研究人員對80例CRC組織中的免疫細(xì)胞進(jìn)行了免疫組織化學(xué)檢測。結(jié)果顯示，在ECI2表達(dá)低的CRC組織中，中性粒細(xì)胞的浸潤較為明顯，中性粒細(xì)胞的浸潤數(shù)量與ECI2表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。體內(nèi)實驗表明，在小鼠脾內(nèi)注射沉默ECI2的MC38細(xì)胞后，中性粒細(xì)胞浸潤增加。對注射沉默ECI2的MC38細(xì)胞的小鼠脾臟組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析顯示，沉默ECI2促進(jìn)了小鼠肝臟轉(zhuǎn)移組織中CXCL1的產(chǎn)生。上述體內(nèi)和體外功能實驗以及RNA-seq結(jié)果進(jìn)一步表明，ECI2可能通過影響中性粒細(xì)胞浸潤和細(xì)胞因子IL-8在CRC中發(fā)揮致癌作用。
研究小結(jié)
綜上，本研究提供了強有力的證據(jù)，證明ECI2與腫瘤微環(huán)境中的NETosis有關(guān)，這進(jìn)一步深化了研究人員對調(diào)控腫瘤微環(huán)境中中性粒細(xì)胞招募和活性的機制的理解。此外，ECI2還與脂質(zhì)代謝和IL-8轉(zhuǎn)錄有關(guān)，這為闡明腫瘤代謝重編程與免疫調(diào)節(jié)之間的關(guān)系提供了思路。
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