显著抗癌疗效！苏州大学殷国建教授团队：揭示癌症治疗新方法

【导读】本研究探讨了一种新型的线粒体RNA聚合酶(POLRMT)特异性抑制剂IMT1的潜在抗结直肠癌(CRC)活性。

9月3日，苏州大学殷国建教授研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了研究论文，题为“Targeting POLRMT by IMT1 inhibits colorectal cancer cell growth”，本研究中，单细胞RNA测序数据显示，POLRMT在CRC细胞中过表达。此外，POLRMT在局部CRC组织和细胞中表达升高，而在结肠上皮组织和细胞中表达相对较低。IMT1显著抑制原代和永生化结直肠癌细胞的克隆形成、细胞活力、增殖、细胞周期进程和迁移。另外，IMT1诱导结直肠癌细胞凋亡和细胞死亡。IMT1对POLRMT的抑制破坏了CRC细胞的线粒体功能，导致线粒体去极化、氧化损伤和ATP水平降低。使用靶向shRNA沉默POLRMT的效果与IMT1的效果相似，显示出强大的抗结直肠癌细胞活性。重要的是，IMT1在POLRMT沉默的结直肠癌细胞中的作用减弱。相反，通过慢病毒载体体外增强POLRMT的表达可促进结直肠癌细胞的增殖和迁移。重要的是，在原代结肠癌细胞中，IMT1处理或沉默POLRMT可降低Akt1-S6K1的磷酸化，而过表达POLRMT则具有相反的作用。在裸鼠中，口服IMT1可有效抑制原发性结肠癌异种移植瘤的生长。IMT1抑制了POLRMT活性，破坏了线粒体功能，阻碍了Akt-mTOR的激活，并促进了移植瘤组织的凋亡。而且，IMT1抑制裸鼠原代结肠癌细胞的肺转移。这些综合结果强调了IMT1通过特异性靶向POLRMT而具有强大的抗CRC活性。

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07023-8#Sec1

背景知识

01

结直肠癌(CRC)是一种全球普遍存在的恶性肿瘤，好发于50岁及以上的人群，其发病率存在很大的地区差异。CRC的病因是多因素的，包括饮食习惯、久坐行为、家族史和炎症性肠病(IBD)的存在等生活方式变量。强有力的证据强调了旨在早期识别CRC的系统性筛查举措在降低CRC发病率和相关死亡率方面的效用，特别是在特定国家。鉴于CRC一直是癌症相关死亡率的主要原因，因此对CRC采取预防措施、及时干预和分子靶向治疗具有至关重要的意义。

在CRC中，线粒体通过氧化磷酸化(OXPHOS)发挥细胞能量代谢的中心调控作用。CRC的恶性突出表现在线粒体稳态的显著紊乱，包括线粒体DNA (mtDNA)含量的变化、mtDNA突变的出现和关键线粒体基因表达的中断。这些异常对CRC的进展产生重大影响，影响关键的细胞过程，包括能量代谢，细胞增殖和凋亡机制。

RNA聚合酶线粒体(RNA polymerase mitochondrial, POLRMT)是真核细胞中转录mtDNA的关键酶。POLRMT定位于线粒体，在产生必需的线粒体RNA分子中起关键作用，这些分子随后被用于生产呼吸链的重要成分。这些成分对于线粒体的能量产生功能是不可或缺的，使得POLRMT在细胞能量代谢中不可或缺。POLRMT的任何破坏或功能障碍都与一系列线粒体疾病相关，如癌症。

口服IMT1可抑制裸鼠原发性结肠癌异种移植瘤的生长

02

研究人员进行了体内实验以评估IMT1的抗肿瘤效果。每只小鼠皮下注射700万个pCan1原代细胞，3周后形成pCan1异种移植瘤，每个细胞接近100 mm3，记为“第0天”。在裸鼠移植瘤模型中，IMT1以50 mg/kg口服给药，在第0天和第3天给药2个周期。肿瘤生长曲线显示IMT1显著抑制pCan1异种移植瘤的生长。pCan1异种移植瘤的日生长速度(以mm / d计)在IMT1给药后显著下降。在第42天，IMT1处理的pCan1异种移植瘤的体积和重量明显小于对照组，进一步表明IMT1处理显著抑制裸鼠pCan1异种移植瘤的生长。IMT1治疗组和溶剂治疗组之间小鼠的体重无显著差异。imt1治疗的小鼠未观察到明显毒性，这与之前的研究结果一致。

图1：口服IMT1可抑制裸鼠原发性结肠癌异种移植瘤的生长

分别于第12天和第18天，从各组中分离出1个pCan1异种移植瘤，进行移植瘤组织检测。对异种移植组织中信号变化的分析表明，IMT1不改变pCan1异种移植组织中POLRMT mRNA和蛋白的表达。然而，在IMT1处理的pCan1异种移植组织中，依赖于POLRMT的线粒体转录物，如NDUFB8, UQCRC2和COXI显著减少。与对照组相比，IMT1处理的pCan1异种移植瘤的TBAR强度显著升高，GSH/GSSG比值降低。移植瘤组织中ATP含量明显降低。这些结果支持IMT1对pCan1异种移植细胞线粒体功能的影响。

在异种移植切片的免疫组化染色显示，IMT1处理后pCan1异种移植组织中细胞核Ki67染色减少，表明体内增殖减少。蛋白质免疫印迹实验检测结果显示，IMT1处理组裸鼠移植瘤组织中p-Akt和p-S6K1的表达水平显著降低。研究人员发现，在IMT1处理的肿瘤组织中，Caspase-3活性升高，支持细胞凋亡诱导。此外，组织免疫荧光染色显示IMT1处理的异种移植片中细胞核的TUNEL染色显著增加。这些结果表明，在pCan1异种移植中，IMT1可导致线粒体功能障碍，Akt-mTOR通路失活，增殖抑制和凋亡诱导。最后通过尾静脉注射pCan1原代细胞建立裸鼠肺转移模型。如图1P所示，与对照组相比，口服IMT1显著降低了肺转移负荷，表明IMT1在抑制CRC细胞转移方面的效力。

研究小结

03

本研究的一个关键发现是在原代CRC细胞中，IMT1处理或POLRMT沉默显著降低了Akt1-S6K的磷酸化，而POLRMT过表达则有相反的效果。在IMT1处理的pCan1异种移植瘤中也检测到Akt-mTOR失活。通过caAkt1恢复Akt-mTOR激活可减轻IMT1在CRC细胞中诱导的细胞毒性作用。因此，IMT1不仅破坏了CRC细胞的线粒体功能，还阻碍了Akt-mTOR的激活。这意味着线粒体功能和Akt信号通路之间存在潜在的相互作用或交叉调节，表明IMT1靶向POLRMT可能影响线粒体活性和下游Akt- mtor信号通路，从而在体外和体内强烈抑制CRC细胞生长。

【参考资料】

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07023-8#Sec1

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