南方医科大学李学农团队：结直肠癌进展的新机制
8月21日，南方医科大学李学农研究团队在期刊《Nature Communications》上发表了研究论文，题为“The lipid-metabolism enzyme ECI2 reduces neutrophil extracellular traps formation for colorectal cancer suppression”，本研究表明，脂质代谢相关基因ECI2在结直肠癌中起着肿瘤抑制作用，并与结直肠癌患者的不良预后负相关。研究人员从机制上证明ECI2降低脂质介导的白细胞介素8 (IL-8)表达，从而减少中性粒细胞募集和中性粒细胞胞外诱捕网的形成，从而抑制结直肠癌。特别是，ECI2通过抑制醚脂合成的限速酶AGPS的过氧化物酶体定位来抑制结直肠癌细胞中醚脂的生成。这些发现不仅加深了我们对代谢重编程和中性粒细胞相互作用在CRC进展中的作用的理解，也为确定CRC潜在的诊断标志物和治疗靶点提供了思路。
背景知识
肿瘤代谢重编程在结直肠癌中发挥重要作用，脂质代谢改变被认为是恶性肿瘤的标志特征。脂质代谢重编程与沃伯格效应相似，具有影响肿瘤增殖、转移和凋亡生物学的典型特征。研究发现，脂质代谢异常可能与肿瘤演变和转移密切相关。然而，我们对结直肠癌中脂质代谢相关基因表达和作用的分子通路的理解仍有相当大的差距。
ECI2蛋白促进烯酰辅酶A重新进入β-氧化循环，也参与过氧化物酶体脂质代谢。目前关于ECI家族蛋白在肿瘤中的相关功能研究仍相对较少。醚脂类(包括烷基酰基磷脂和烯酰磷脂，又称乙酰化磷脂)是一类独特而重要的甘油磷脂。醚脂类起初在过氧化物酶体中合成，并在内质网中加工。参与的关键限速酶包括FAR1/2、GNPAT和AGPS。醚脂类可能通过其作为潜在内源性抗氧化剂的能力调节细胞分化、影响细胞信号传导并减少氧化应激。已发现在多种癌症中醚脂增加，并与较高的侵袭性相关。靶向抑制过氧化物酶体脂质代谢途径，导致癌细胞产生特定的醚脂，可治疗恶性肿瘤。近期的研究发现，过氧化物酶体驱动的醚脂参与了癌症的铁死亡。ECI2是一种存在于线粒体和过氧化物酶体中的蛋白质，被认为参与多不饱和脂肪酸的β-氧化。研究人员想知道ECI2是否在CRC中异常表达，以及它是否可以通过CRC影响脂肪酸氧化。研究人员还想知道它是否能调节过氧化物酶体醚脂质代谢。
ECI2表达下调预示结直肠癌患者预后不良
研究人员首先从TCGA数据库下载结直肠癌数据集，利用Metascape数据库进行GO分析和KEGG分析。通过GEPIA数据库筛选结直肠癌差异表达基因。基因ECI2在该通路中有显著差异表达。GEPIA数据库和Kaplan-Meier数据库发现ECI2在大多数肿瘤组织和正常组织中存在差异表达，ECI2在CRC中的表达明显低于正常组织，ECI2的表达与CRC患者的预后呈负相关。RT-qPCR和蛋白质印迹结果显示ECI2在CRC细胞中的表达低于正常结直肠上皮细胞FHC。免疫荧光实验显示ECI2在SW620细胞的线粒体和过氧化物酶体中表达。RT-qPCR和蛋白质印迹结果显示ECI2在新鲜结直肠癌组织中的表达明显低于正常组织。免疫组织化学显示ECI2在CRC组织中的表达明显低于正常组织，且与CRC的转移和分期呈负相关。分析ECI2表达与临床病理参数的关系发现，ECI2表达水平与CRC肿瘤大小、TNM分期、淋巴结转移和远处转移呈负相关。生存分析显示，ECI2高表达的结直肠癌患者无病生存期(P = 0.011)和总生存期(P = 0.044)均高于ECI2低表达的结直肠癌患者。以上结果提示ECI2对结直肠癌的生长和转移具有抑制作用。
ECI2在结直肠癌中低表达并预示不良预后
ECI2通过肿瘤微环境抑制结直肠癌的侵袭和转移
基于CRC细胞中ECI2表达的结果，研究人员筛选了HCT116和RKO这两种低表达ECI2的细胞，并构建了其稳定过表达细胞系；同时，研究人员筛选了DLD1和SW6 20这两种高表达ECI2的细胞，并构建了其稳定沉默细胞系。体外功能实验表明，ECI2对CRC细胞的增殖和侵袭影响不大。皮下肿瘤模型研究显示，体内上调ECI2显著抑制了小鼠结肠癌细胞系MC38的生长，而沉默ECI2则相反。进一步的体内注射显示，沉默ECI2后MC38细胞的肝转移结节显著增加。体内和体外实验结果的明显差异表明，ECI2可能通过肿瘤微环境影响CRC细胞的增殖和转移。
ECI2可抑制结直肠癌中IL-8的表达、中性粒细胞的浸润和细胞毒性坏死
为了探究ECI2如何抑制结直肠癌（CRC）进展的分子机制，研究人员进行了RNA-seq、GO分析和KEGG富集分析。研究发现富集的通路是下调的细胞因子-细胞因子受体相互作用通路。研究人员对12个显著变化的差异基因进行RT-qPCR实验显示，ECI2过表达导致CXCL8（IL-8）表达显著下调，其次是CCL5和IL15。通过检测发现，ECI2下调了CRC细胞中IL-8的水平，但未影响CCL5、CSF1和IL15的水平。为了探究这一细胞因子通路是否影响CRC的免疫调节，研究人员对80例CRC组织中的免疫细胞进行了免疫组织化学检测。结果显示，在ECI2表达低的CRC组织中，中性粒细胞的浸润较为明显，中性粒细胞的浸润数量与ECI2表达呈负相关。体内实验表明，在小鼠脾内注射沉默ECI2的MC38细胞后，中性粒细胞浸润增加。对注射沉默ECI2的MC38细胞的小鼠脾脏组织进行免疫组织化学分析显示，沉默ECI2促进了小鼠肝脏转移组织中CXCL1的产生。上述体内和体外功能实验以及RNA-seq结果进一步表明，ECI2可能通过影响中性粒细胞浸润和细胞因子IL-8在CRC中发挥致癌作用。
研究小结
综上，本研究提供了强有力的证据，证明ECI2与肿瘤微环境中的NETosis有关，这进一步深化了研究人员对调控肿瘤微环境中中性粒细胞招募和活性的机制的理解。此外，ECI2还与脂质代谢和IL-8转录有关，这为阐明肿瘤代谢重编程与免疫调节之间的关系提供了思路。
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