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尼曼匹克病C型蛋白1 (NPC1) 在肝细胞癌进展中的胆固醇转运无关作用机制

期刊:Nature CommunicationsDOI:10.1038/s41467-024-55788-5

学术报告

作者及研究机构

本文的主要作者包括Shuangyan Li、Lishan Yan、Chaoying Li、Lijuan Lou、Fengjiao Cui、Xiao Yang、Fuchu He和Ying Jiang,作者分别隶属于清华大学生命科学学院、中国蛋白质科学国家实验室(北京)、北京生命组学研究所、青岛大学基础医学院、中国医学科学院以及安徽医科大学。本文发表在《Nature Communications》上,DOI为10.1038/s41467-024-55788-5,接受时间为2024年12月27日,并预计将在2025年正式出版。


研究背景

肝癌(Hepatocellular Carcinoma, HCC)是全球发病率和病死率均排名前列的一种恶性肿瘤。它是原发性肝癌中最为常见的类型,占约90%的病例。尽管现有的临床治疗方法在一定程度上改善了部分患者的生存率,但复发率高、疗效有限的挑战仍然存在。因此,研究HCC的分子机制,寻找新的潜在生物标志物及治疗靶点至关重要。

过往研究指出,胆固醇稳态在HCC中显著失衡,而Niemann-Pick病类型C蛋白1(Niemann-Pick disease type C protein 1, NPC1)作为主动调控胆固醇流动的关键蛋白,其表达异常与一些肿瘤侵袭性的增强相关。然而,NPC1在HCC中的具体作用机制未明。本研究目标是探讨NPC1如何通过非胆固醇调节途径促进HCC的发生与进展。


研究流程

该研究完整地阐释了NPC1在HCC中作用的分子机制,总体流程涵盖了以下几部分:


1. NPC1与HCC进展的关联性分析

研究团队利用”癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas, TCGA)”数据库,以及两个独立的患者队列数据,进行了系统分析: - 作者发现,在癌症组织(尤其是HCC)中,NPC1的mRNA和蛋白表达水平显著高于正常对照组织(配对非肿瘤组织)。 - 高NPC1表达的患者总体生存率(Overall Survival, OS)及无疾病生存期(Disease-Free Survival, DFS)显著降低。

进一步,通过组织微阵列(Tissue Microarray, TMA)和免疫组化(IHC)分析,从蛋白水平验证了这一发现。


2. NPC1影响HCC细胞行为的功能研究

研究者在体外实验中利用HCC细胞系(包括PLC/PRF/5,HepG2和MHCC-97H),通过以下方式研究NPC1的功能: - 稳定过表达NPC1的HCC细胞显示出显著增强的细胞增殖、迁移及侵袭能力。 - 稳定敲低NPC1的细胞则表现出上述能力的显著减弱。 - 恢复表达NPC1后,敲低细胞的这些能力得到了恢复,而恢复表达胆固醇转运功能缺陷型突变体(p691s)的NPC1,也恢复了这些功能,提示NPC1在HCC中的作用独立于胆固醇转运功能。

此外,通过两种小鼠模型(皮下注射肿瘤模型和尾静脉肺转移模型)验证了NPC1在HCC生长及转移中的作用,发现敲低NPC1显著抑制了肿瘤的生长及转移。此外,通过重新引入功能性NPC1,可恢复这些抑制现象。


3. NPC1对TGF-β信号通路的调控

为进一步揭示NPC1促进HCC的分子机制,作者进行蛋白质组学分析发现NPC1敲低会显著抑制转化生长因子β(Transforming Growth Factor β, TGF-β)信号通路相关分子基因的表达。 - 高表达NPC1会显著提高TGF-β受体1(TGFBR1)的蛋白水平以及其信号通路下游因子如p-Smad2的活性。 - 在NPC1敲低的细胞中,TGFBR1及其相关信号因子的水平明显降低。

通过一系列实验,作者发现NPC1与TGFBR1直接相互作用,并通过干扰SMAD7及其相关泛素化因子(如SMURF1/2)与TGFBR1的结合,降低了TGFBR1的泛素化及降解,从而稳定了TGFBR1。

进一步研究显示,使用TGFBR1抑制剂Ly2157299可显著削弱NPC1促进细胞迁移的作用,证明NPC1的促迁移影响主要通过TGF-β信号传导实现。


4. NPC1调控TGF-β信号通路的胆固醇独立机制

研究团队创新性地研究了胆固醇转运功能缺失是否会影响NPC1对TGF-β信号通路的调控。通过细胞实验和药物调控实验,发现: - NPC1突变体p691s尽管丧失胆固醇转运活性,但并不影响其与TGFBR1的结合,也未影响TGF-β信号的活性。 - 进一步验证了NPC1调控TGF-β通路完全独立于胆固醇转运功能。


5. 小鼠模型验证与治疗潜力

通过两种小鼠HCC模型(DEN-CCL4诱导模型以及Myc驱动HCC模型),研究者进一步在体内测试了NPC1的调控作用。结果显示,敲除NPC1显著抑制了HCC的发生与发展并增强了肝脏保护效应。此外,作者通过腺相关病毒(AAV)技术成功靶向敲低肝脏NPC1,证明其具有潜在的治疗效应。


研究主要结果

  1. NPC1在HCC中显著上调,与较差预后显著相关;
  2. NPC1通过非胆固醇调节机制稳定TGFBR1,显著增强TGF-β信号通路的活性;
  3. 小鼠模型中,敲低NPC1可显著抑制肿瘤生长和转移。
  4. NPC1-TGFBR1结合区域位于NPC1的692-854氨基酸片段,该功能是胆固醇转运功能独立的。

研究结论及意义

该研究首次证明NPC1通过胆固醇非依赖性机制调控TGF-β信号通路并促进HCC的进展: - 科学意义:为揭示肝癌分子机制提供了新见解,特别是TGF-β信号通路中TGFBR1的调控机制。 - 应用价值:确立了NPC1作为HCC潜在治疗靶点的可能性,为开发新的抗癌疗法提供了基础。


研究亮点

  • 首次揭示NPC1的胆固醇非依赖性调控作用;
  • 阐明了NPC1稳固TGFBR1并通过该信号通路促进肿瘤迁移的分子机制;
  • 结合多个小鼠模型及人类数据验证NPC1作为治疗靶标的意义。

展望

研究虽未测试NPC1特异性抑制剂的效果,但通过基因操作手段提供了强有力的证据,日后可发展基于NPC1靶向的肿瘤治疗方法。

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