【Nature子刊】大连医科大学顾春东教授团队：肺癌肿瘤干细胞精准治疗潜在靶点

【导读】肿瘤干细胞和非肿瘤干细胞都具有可塑性和表型转化能力，尤其是非肿瘤干细胞的去分化转变为肿瘤干细胞样细胞。然而，MACC1在这一过程中的确切作用尚不清楚。

12月18日，大连医科大学顾春东教授研究团队在期刊《Cell Death Discovery》上发表了题为“MACC1 ablation suppresses the dedifferentiation process of non-CSCs in lung cancer through stabilizing KLF4”的研究论文，本研究中，研究人员发现MACC1促进了肺癌从非CSC向CSC的转变。研究人员发现MACC1在干性富集的细胞中过表达，增强了从非癌干细胞到癌干细胞的转化。高通量测序和肿瘤标本分析显示MACC1与KLF4的表达水平呈负相关，该因子在肺癌中起负性干性调节作用。机制上，MACC1通过抑制microRNA-25的表达延缓KLF4 mRNA的降解，从而促进KLF4 mRNA在转录后水平的稳定。综上所述，本研究结果有助于推动肺癌肿瘤干细胞精准靶向治疗的发展。

https://www.nature.com/articles/s41420-024-02256-0#Sec9

背景信息

01

肺癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一，其病死率居恶性肿瘤之首。尽管在诊断和精准治疗方面取得了长足的进步，但肺癌患者的5年生存率仍在4% ~ 17%之间。克服肺癌的耐药和复发仍是一项巨大挑战。越来越多的证据表明，癌症干细胞（CSCs）在造成这一问题中起着关键作用。到目前为止，已有大量的研究通过生物标志物来鉴定CSCs。近年来有人提出，分化良好的非癌干细胞在某些条件下也可能恢复干细胞样特性，转变为癌干细胞。这被认为是癌症转移和复发的原因，但目前尚无有效的策略来抑制这一过程。探索和找出非肿瘤干细胞去分化的关键因素或机制已成为亟待解决的问题。

作为诱导多能干细胞的重要基因之一，KLF4与Oct3/4、Sox2和c-Myc共同作用，在ES细胞培养条件下，可驱动从小鼠胚胎或成纤维细胞中诱导多能干细胞。然而，随着研究的深入，KLF4作为一种依赖于表达水平的干细胞因子的新见解逐渐显现。同样，在正常神经祖细胞中表达的极性蛋白NUMBL通过抑制KLF4来维持肺癌细胞的祖细胞样特性，恢复KLF4表达水平可以破坏祖细胞亚群，从而抑制肺癌细胞的生长。KLF4还可以抑制鼻咽癌干细胞，逆转上皮间质转化，阻断鼻咽癌的进展。尽管稳定的KLF4可以抑制肺肿瘤的发生，但其对肺癌干细胞的功能尚不为人所知。

MACC1是体外肺癌非CSCs去分化的关键调节因子

02

研究人员构建了一个Tet -on诱导系统来介导MACC1的过表达和敲除, 并通过蛋白质印迹法验证MACC1敲低和过表达的效率。然后，研究人员通过荧光激活细胞分选（FACS）从两个细胞系中纯化ALDH-细胞亚群，在没有或有Dox的情况下培养7天，以改变MACC1的表达水平。随后，研究人员监测了ALDH+细胞的出现，这些细胞具有类似干细胞的特性。研究人员的确检测到ALDH-细胞向ALDH+细胞的转化，并且这一过程可以被Dox诱导的MACC1过表达或敲低促进或抑制。研究人员构建了一个Tet -on诱导系统来介导MACC1的过表达和敲除, 并通过蛋白质印迹法验证MACC1敲低和过表达的效率。然后，研究人员通过荧光激活细胞分选（FACS）从两个细胞系中纯化ALDH-细胞亚群，在没有或有Dox的情况下培养7天，以改变MACC1的表达水平。随后，研究人员监测了ALDH+细胞的出现，这些细胞具有类似干细胞的特性。研究人员的确检测到ALDH-细胞向ALDH+细胞的转化，并且这一过程可以被Dox诱导的MACC1过表达或敲低促进或抑制。

图1：MACC1是肺癌非肿瘤干细胞去分化的关键调控因子

为了确定MACC1表达水平改变对非CSC向CSC转化的影响，研究人员在用多柔比星(Dox)或不用多柔比星培养7天后，在ALDH-细胞中进行了球体形成、集落形成和细胞活力测定（细胞计数试剂盒-8，cck-8），如图1A所示。在体外培养7 d后，MACC1表达的升高或降低（Dox+）均增强或损害了细胞的成球率。此外，研究人员还发现，敲低MACC1 （Dox+）显著抑制H1299 ALDH-细胞的恶性增殖潜能。另外，在培养7天后，DOX诱导的A549 ALDH-亚群的MACC1过表达也证实了相反的结果，支持MACC1在调节肺癌细胞系非CSC向CSC转化中的作用。

为了进一步研究MACC1在非肿瘤干细胞体内去分化肺癌中的作用，研究人员进行了裸鼠成瘤实验（BALB/c）。研究人员注意到Dox缺失组在培养7天后获得了成瘤潜能，表明非肿瘤干细胞发生了去分化。特别是，MACC1敲低（Dox+）严重降低了细胞的成瘤能力。免疫组织化学结果显示MACC1在肿瘤组织中表达明显降低，证实了沉默效果。然后研究人员发现A549 ALDH-细胞在培养7天后也具有成瘤潜能，dox诱导的MACC1过表达较dox阴性组显著增强了A549细胞的成瘤潜能。同时通过免疫组织化学分析证实了MACC1在肿瘤组织中的过表达效果。

研究人员通过有限稀释法（LDA）来评估MACC1沉默是否可以通过抑制异种移植来源的肿瘤细胞的致瘤性来损害非肿瘤干细胞的去分化过程。首先，采用细胞球形成实验，沉默MACC1抑制了原代细胞成球的数量和大小。同时按不同稀释浓度梯度接种于BALB/c小鼠皮下4个不同部位。

综上所述，上述结果表明MACC1是非肿瘤干细胞去分化的关键调节因子。沉默MACC1能够延迟肺非肿瘤干细胞向肿瘤干细胞的转化过程，表现为ALDH-细胞向ALDH+细胞的转化，以及非致瘤细胞向致瘤细胞的转化。

结论

03

本研究证实MACC1通过转录后调控在其中发挥了至关重要的作用，为肺癌中肿瘤干细胞的精准治疗提供了潜在的治疗靶点和理论依据。

【参考资料】

https://www.nature.com/articles/s41420-024-02256-0#Sec9

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