中南湘雅：研究发现结直肠癌新型预测生物标志物和治疗新方法

近日，中南大学湘雅医学院研究人员在国际权威期刊《Scientific Reports》上发表了题为“METTL3/IGF2BP2 axis affects the progression of colorectal cancer by regulating m6A modification of STAG3”的研究论文，本研究旨在揭示STAG3在结直肠癌中的生物学功能和分子机制。在结直肠癌组织和细胞系中，研究人员发现STAG3表达上调并伴有m6A甲基化。此外，研究人员发现METTL3在结直肠癌组织中表达上调。敲低METTL3导致STAG3的m6A水平和蛋白表达降低，抑制细胞增殖和迁移，促进细胞凋亡，而过表达STAG3可恢复上述作用。另外，在线预测显示了STAG3 mRNA与IGF2BP2蛋白之间的相互作用，并在RIP实验中进一步验证。IGF2BP2表达下调导致STAG3蛋白表达降低，细胞增殖和迁移能力下降，凋亡增加。然而，这些影响被STAG3过表达逆转。最后，裸鼠皮下肿瘤实验也证实了METTL3在体内通过STAG3调控CRC进展。METTL3/IGF2BP2/STAG3轴以m6A修饰依赖的方式影响CRC进展。而这可能指导CRC患者的靶向治疗。

https://www.nature.com/articles/s41598-023-44379-x#Sec24

研究背景

 01 

结直肠癌(CRC)是最常见的胃肠道恶性肿瘤，也是全球癌症相关死亡率的第二大原因。由于其发病率和死亡率不断上升，已成为一个重要的公共卫生问题，其中高死亡率主要由肿瘤的扩散和复发引起。肿瘤转移的过程是复杂的、动态的，取决于多种因素。因此，迫切需要进一步的研究来表征参与结直肠癌转移的潜在分子机制，并开发新的生物标志物和治疗方法。

基质抗原3 (STAG3)是减数分裂特异性黏附蛋白复合物的主要亚基，控制姐妹染色单体的黏附。有证据表明，结直肠癌的不良预后与STAG3表达增加相关。同样，n6 -甲基腺苷(N6-methyladenosine, m6A)是位于腺嘌呤碱基氮-6位的甲基化修饰，是最常见的mRNA修饰。m6A对调控mRNA的剪接、翻译和降解至关重要。m6A酶系统主要由甲基转移酶(" writer ")、去甲基化酶(" eraser ")和结合蛋白(" reader ")组成，通过m6A修饰在癌症的病理生理和发展中发挥作用。研究表明，m6A在多种肿瘤的扩散中具有重要作用。然而，结直肠癌中STAG3的表达是否受m6A修饰及其相关酶的调控仍有待研究。

甲基转移酶样3 (METTL3)是一种主要的m6A甲基转移酶。在肝细胞癌、白血病、肺癌和恶性胶质瘤等肿瘤中，它通过多个下游基因在肿瘤进展中发挥重要作用。此外，研究人员等揭示了METTL3通过m6a依赖机制对CRC进展的促进作用。类似地，胰岛素样生长因子2结合蛋白2 (IGF2BP2)是一个重要的m6A修饰”reader”。它通过在转录后水平控制其主要靶mRNA的稳定性和翻译而参与多种恶性肿瘤的发生发展。因此，根据研究，IGF2BP2在CRC的发展中是一个关键的肿瘤促进因子。

研究进展

 02 

研究人员选择HCT116和SW620细胞，研究了METTL3对结直肠癌细胞增殖、迁移和凋亡的影响及其调控机制。因此，研究人员构建了METTL3敲低和STAG3过表达细胞模型。如图3A所示，敲低METTL3导致STAG3蛋白表达水平下降，而过表达METTL3则产生相反的效果。这表明STAG3的表达受到METTL3的调控。此外，过表达STAG3消除了对STAG3 mRNA和蛋白表达水平的影响(图3B, C)。CCK-8、集落形成和伤口愈合数据表明，敲低METTL3抑制细胞增殖、集落形成和迁移。然而，这些被STAG3过表达逆转(图3D-F)。同样，WB还检测了METTL3对增殖相关蛋白和凋亡相关蛋白表达的影响。METTL3敲低后，caspase3 (32 - 35kda)、PCNA、Ki67、Bcl-2的表达降低。相反，cleaved caspase3 (19 KDa)、cleaved caspase3 (17 KDa)和Bax的表达增加。而STAG3的过表达消除了METTL3敲低对这些蛋白的影响(图3G)。流式细胞术结果显示，METTL3的下调促进了细胞凋亡，而STAG3的过表达则逆转了这一过程(图3H)。综上所述，METTL3通过调控STAG3影响CRC细胞的增殖、迁移和凋亡。

图3：METTL3通过调节STAG3影响CRC细胞的增殖、迁移和凋亡

为了验证METTL3在体内通过调控STAG3影响CRC的进展，研究人员在裸鼠身上进行了皮下肿瘤发生实验。过表达STAG3后，肿瘤体积和重量无明显变化。但是，随后敲低METTL3导致这两个参数显著降低，如图6A, b所示。在裸鼠中，过表达该基因后STAG3蛋白表达水平升高，但根据WB数据，METTL3没有明显变化。进一步敲低METTL3后，STAG3和METTL3的表达水平下降(图6C)。同样，免疫组化法也用于鉴定裸鼠中PCNA的表达。结果表明，STAG3过表达导致PCNA表达增加，而进一步敲低METTL3导致PCNA表达下降(图6D)。上述结果表明，METTL3在体内通过调节STAG3影响CRC的进展。

图6：METTL3/IGF2BP2信号轴通过调节STAG3在体内影响CRC进展

研究结论

 04 

本研究中，研究人员验证了STAG3在CRC中的高表达，并阐明了STAG3在CRC中的另一个详细机制。具体来说，研究人员证明STAG3通过METTL3/IGF2BP2轴介导的m6A修饰依赖机制影响CRC进展。这体现了本研究的新颖性和创新性。总的来说，本研究结果突出了STAG3作为一种新的预测性生物标志物或有效治疗靶点的潜力。它扩大了CRC患者靶向治疗的潜在靶点。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41598-023-44379-x#Sec24

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。