9月3日，蘇州大學(xué)殷國(guó)建教授研究團(tuán)隊(duì)在期刊《Cell Death&Disease》上發(fā)表了研究論文，題為“Targeting POLRMT by IMT1 inhibits colorectal cancer cell growth”，本研究中，單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)顯示，POLRMT在CRC細(xì)胞中過表達(dá)。此外，POLRMT在局部CRC組織和細(xì)胞中表達(dá)升高，而在結(jié)腸上皮組織和細(xì)胞中表達(dá)相對(duì)較低。IMT1顯著抑制原代和永生化結(jié)直腸癌細(xì)胞的克隆形成、細(xì)胞活力、增殖、細(xì)胞周期進(jìn)程和遷移。另外，IMT1誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞凋亡和細(xì)胞死亡。IMT1對(duì)POLRMT的抑制破壞了CRC細(xì)胞的線粒體功能，導(dǎo)致線粒體去極化、氧化損傷和ATP水平降低。使用靶向shRNA沉默POLRMT的效果與IMT1的效果相似，顯示出強(qiáng)大的抗結(jié)直腸癌細(xì)胞活性。重要的是，IMT1在POLRMT沉默的結(jié)直腸癌細(xì)胞中的作用減弱。相反，通過慢病毒載體體外增強(qiáng)POLRMT的表達(dá)可促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和遷移。重要的是，在原代結(jié)腸癌細(xì)胞中，IMT1處理或沉默POLRMT可降低Akt1-S6K1的磷酸化，而過表達(dá)POLRMT則具有相反的作用。在裸鼠中，口服IMT1可有效抑制原發(fā)性結(jié)腸癌異種移植瘤的生長(zhǎng)。IMT1抑制了POLRMT活性，破壞了線粒體功能，阻礙了Akt-mTOR的激活，并促進(jìn)了移植瘤組織的凋亡。而且，IMT1抑制裸鼠原代結(jié)腸癌細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移。這些綜合結(jié)果強(qiáng)調(diào)了IMT1通過特異性靶向POLRMT而具有強(qiáng)大的抗CRC活性。
背景知識(shí)
結(jié)直腸癌(CRC)是一種全球普遍存在的惡性腫瘤，好發(fā)于50歲及以上的人群，其發(fā)病率存在很大的地區(qū)差異。CRC的病因是多因素的，包括飲食習(xí)慣、久坐行為、家族史和炎癥性腸病(IBD)的存在等生活方式變量。強(qiáng)有力的證據(jù)強(qiáng)調(diào)了旨在早期識(shí)別CRC的系統(tǒng)性篩查舉措在降低CRC發(fā)病率和相關(guān)死亡率方面的效用，特別是在特定國(guó)家。鑒于CRC一直是癌癥相關(guān)死亡率的主要原因，因此對(duì)CRC采取預(yù)防措施、及時(shí)干預(yù)和分子靶向治療具有至關(guān)重要的意義。
在CRC中，線粒體通過氧化磷酸化(OXPHOS)發(fā)揮細(xì)胞能量代謝的中心調(diào)控作用。CRC的惡性突出表現(xiàn)在線粒體穩(wěn)態(tài)的顯著紊亂，包括線粒體DNA (mtDNA)含量的變化、mtDNA突變的出現(xiàn)和關(guān)鍵線粒體基因表達(dá)的中斷。這些異常對(duì)CRC的進(jìn)展產(chǎn)生重大影響，影響關(guān)鍵的細(xì)胞過程，包括能量代謝，細(xì)胞增殖和凋亡機(jī)制。
RNA聚合酶線粒體(RNA polymerase mitochondrial, POLRMT)是真核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄mtDNA的關(guān)鍵酶。POLRMT定位于線粒體，在產(chǎn)生必需的線粒體RNA分子中起關(guān)鍵作用，這些分子隨后被用于生產(chǎn)呼吸鏈的重要成分。這些成分對(duì)于線粒體的能量產(chǎn)生功能是不可或缺的，使得POLRMT在細(xì)胞能量代謝中不可或缺。POLRMT的任何破壞或功能障礙都與一系列線粒體疾病相關(guān)，如癌癥。
口服IMT1可抑制裸鼠原發(fā)性結(jié)腸癌異種移植瘤的生長(zhǎng)
研究人員進(jìn)行了體內(nèi)實(shí)驗(yàn)以評(píng)估IMT1的抗腫瘤效果。每只小鼠皮下注射700萬個(gè)pCan1原代細(xì)胞，3周后形成pCan1異種移植瘤，每個(gè)細(xì)胞接近100 mm3，記為“第0天”。在裸鼠移植瘤模型中，IMT1以50 mg/kg口服給藥，在第0天和第3天給藥2個(gè)周期。腫瘤生長(zhǎng)曲線顯示IMT1顯著抑制pCan1異種移植瘤的生長(zhǎng)。pCan1異種移植瘤的日生長(zhǎng)速度(以mm / d計(jì))在IMT1給藥后顯著下降。在第42天，IMT1處理的pCan1異種移植瘤的體積和重量明顯小于對(duì)照組，進(jìn)一步表明IMT1處理顯著抑制裸鼠pCan1異種移植瘤的生長(zhǎng)。IMT1治療組和溶劑治療組之間小鼠的體重?zé)o顯著差異。imt1治療的小鼠未觀察到明顯毒性，這與之前的研究結(jié)果一致。
圖1：口服IMT1可抑制裸鼠原發(fā)性結(jié)腸癌異種移植瘤的生長(zhǎng)
分別于第12天和第18天，從各組中分離出1個(gè)pCan1異種移植瘤，進(jìn)行移植瘤組織檢測(cè)。對(duì)異種移植組織中信號(hào)變化的分析表明，IMT1不改變pCan1異種移植組織中POLRMT mRNA和蛋白的表達(dá)。然而，在IMT1處理的pCan1異種移植組織中，依賴于POLRMT的線粒體轉(zhuǎn)錄物，如NDUFB8, UQCRC2和COXI顯著減少。與對(duì)照組相比，IMT1處理的pCan1異種移植瘤的TBAR強(qiáng)度顯著升高，GSH/GSSG比值降低。移植瘤組織中ATP含量明顯降低。這些結(jié)果支持IMT1對(duì)pCan1異種移植細(xì)胞線粒體功能的影響。
在異種移植切片的免疫組化染色顯示，IMT1處理后pCan1異種移植組織中細(xì)胞核Ki67染色減少，表明體內(nèi)增殖減少。蛋白質(zhì)免疫印跡實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示，IMT1處理組裸鼠移植瘤組織中p-Akt和p-S6K1的表達(dá)水平顯著降低。研究人員發(fā)現(xiàn)，在IMT1處理的腫瘤組織中，Caspase-3活性升高，支持細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)。此外，組織免疫熒光染色顯示IMT1處理的異種移植片中細(xì)胞核的TUNEL染色顯著增加。這些結(jié)果表明，在pCan1異種移植中，IMT1可導(dǎo)致線粒體功能障礙，Akt-mTOR通路失活，增殖抑制和凋亡誘導(dǎo)。通過尾靜脈注射pCan1原代細(xì)胞建立裸鼠肺轉(zhuǎn)移模型。如圖1P所示，與對(duì)照組相比，口服IMT1顯著降低了肺轉(zhuǎn)移負(fù)荷，表明IMT1在抑制CRC細(xì)胞轉(zhuǎn)移方面的效力。
研究小結(jié)
本研究的一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是在原代CRC細(xì)胞中，IMT1處理或POLRMT沉默顯著降低了Akt1-S6K的磷酸化，而POLRMT過表達(dá)則有相反的效果。在IMT1處理的pCan1異種移植瘤中也檢測(cè)到Akt-mTOR失活。通過caAkt1恢復(fù)Akt-mTOR激活可減輕IMT1在CRC細(xì)胞中誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用。因此，IMT1不僅破壞了CRC細(xì)胞的線粒體功能，還阻礙了Akt-mTOR的激活。這意味著線粒體功能和Akt信號(hào)通路之間存在潛在的相互作用或交叉調(diào)節(jié)，表明IMT1靶向POLRMT可能影響線粒體活性和下游Akt- mtor信號(hào)通路，從而在體外和體內(nèi)強(qiáng)烈抑制CRC細(xì)胞生長(zhǎng)。
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