Cell Death & Disease（IF?9.0）｜深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部付利/熊繼先研究團隊揭示胃癌干細胞化療耐藥機制！
2023年8月，深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部付利/熊繼先研究團隊在Cell Death & Disease?(IF?9.0)發(fā)表題為“Targeting LGSN restores sensitivity to chemotherapy in gastric cancer stem cells by triggering pyroptosis”的文章。研究發(fā)現(xiàn) LGSN與GC患者的惡性進展和不良預(yù)后高度相關(guān)，靶向LGSN通過引發(fā)胃癌干細胞焦亡恢復(fù)對化療的敏感性，研究結(jié)果為胃癌治療提供了一種新的有效策略。
研究背景
胃癌（GC）是世界范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率較高的惡性腫瘤。由于腫瘤的異質(zhì)性，胃癌對當前的治療方法具有耐藥性。腫瘤干細胞（CSCs）具有無限的自我更新潛能，并促進胃癌的異質(zhì)性，但胃癌干細胞（GCSCs）的干細胞維持機制在很大程度上仍然未知。LGSN是是谷氨酰胺合成酶I超家族的成員，是一種腫瘤相關(guān)抗原，最近的研究表明，LGSN在臨床患者GCSCs中高表達，然而，目前尚不清楚LGSN如何促進胃癌的發(fā)生、化療耐藥和相關(guān)的細胞死亡防御。
研究結(jié)果
1、LGSN與胃癌患者的干性和不良預(yù)后顯著相關(guān)
研究結(jié)果顯示LGSN與胃癌患者的干性和不良預(yù)后顯著相關(guān)，LGSN的過表達可促進正常胃上皮細胞獲得異常的CSC樣表型，同時細胞增殖和遷移能力增加。Co-IP、pull-down實驗及STRING數(shù)據(jù)庫預(yù)測發(fā)現(xiàn)vimentin可能是參與細胞干性維持的LGSN結(jié)合候選物，數(shù)據(jù)集GSE29272進一步顯示在胃腫瘤組織中，VIM 的表達與LGSN的表達一致且顯著上調(diào)，預(yù)示vimentin可能是LGSN在癌變過程中的下游分子。在VIM 缺失的細胞中，過表達LGSN可促進細胞增殖并促進細胞遷移，使用vimentin降解誘導(dǎo)劑WFA處理后，diffGCSC1的遷移能力顯著降低，而過表達LGSN則部分逆轉(zhuǎn)了WFA處理的抑制作用。此外，VIM下調(diào)會削弱LGSN過表達對EMT的促進作用。上述結(jié)果表明LGSN促進了vimentin介導(dǎo)的EMT和干性維持。
圖1. LGSN與vimentin相互作用，促進GCSCs的致瘤性和EMT
2、LGSN表達通過介導(dǎo)NLRP3/ACS/caspase1調(diào)控GCSCs的焦亡
下調(diào)LGSN影響了GCSC的自我更新和致瘤性，顯著增加了GCSC的凋亡，作者發(fā)現(xiàn)瀕死GCSC經(jīng)歷了以焦亡為特征的形態(tài)學(xué)變化，在分子水平上，LGSN敲低促進了NACHT、LRR、NLRP3和ASC蛋白的表達，并伴隨caspase1前體積累、caspase1-P20激活和GSDMD-N的增加，以及IL-1β、HMGB1和LDH的細胞膜釋放。不僅如此，LGSN下調(diào)還會損害腫瘤發(fā)生、細胞增殖和遷移，vimentin重構(gòu)或異位表達可逆轉(zhuǎn)LGSN敲低造成的上述影響。此外，WFA處理的GCSCs也表現(xiàn)出焦亡形態(tài)，并且vimentin缺失誘導(dǎo)NLRP3表達，表明vimentin對于LGSN干擾誘導(dǎo)的焦亡至關(guān)重要。用NLRP3炎性體激活劑LPS處理LGSN過表達的diffGCSCs, LPS刺激上調(diào)了diffGCSC中NLRP3和ASC的表達，而LGSN過表達減弱了LPS誘導(dǎo)的焦亡信號，促進了GCSCs的惡性增殖。上述數(shù)據(jù)表明在GCSCs中LGSN通過上調(diào)vimentin發(fā)揮焦亡抑制作用。
圖2. LGSN表達通過介導(dǎo)NLRP3/ACS/caspase1調(diào)控GCSCs的焦亡
3、AAV-shLGSN通過誘導(dǎo)體內(nèi)焦亡改善化療
最后，作者通過建立異種移植荷瘤小鼠治療模型，以評估GCSC在LGSN敲低后對藥物干預(yù)的敏感性和體內(nèi)腫瘤生長情況。裸鼠接種對照或LGSN敲低的GCSC來源的異種移植腫瘤，給予生理鹽水或5-FU、L-OHP聯(lián)合治療15天，作者發(fā)現(xiàn)抑制LGSN表達和化療藥物聯(lián)合治療可顯著抑制腫瘤生長。通過尾靜脈注射GFP標記的AAV-shLGSN和AAV-shNTC，作者對移植GCSC的裸鼠進行了全身治療。研究發(fā)現(xiàn)，與AAV-shNTC治療相比，AAV-shLGSN治療可以有效抑制GCSC異種移植小鼠的致瘤性，綜上所述，這些結(jié)果表明，傳統(tǒng)化療藥物聯(lián)合LGSN清除可能是一種更安全、更有效的GC治療方法。
圖3. 在體內(nèi)模型中，GCSC中LGSN的敲低顯著增強了化療敏感性
結(jié)論
本項研究表明LGSN可以作為GCSC特異性干性和細胞死亡的開關(guān)，LGSN可能通過導(dǎo)致外部應(yīng)激或細胞質(zhì)穩(wěn)態(tài)擾動抵抗細胞焦亡啟動和激活。干擾LGSN表達有助于誘導(dǎo)細胞焦亡，從而提高GC細胞對常規(guī)化療藥物的敏感性。研究結(jié)果強調(diào)了LGSN在腫瘤發(fā)展中的重要性以及影響GCSCs的確切焦亡機制，為制定有效的胃癌治療策略提供了一定見解。
