这是一项关于结直肠癌（colorectal cancer，CRC）代谢重塑机制的原创性研究，由南方医科大学南方医院病理科的 Jianxiong Chen、Shiyu Duan 等人完成，通讯作者为 Jun Zhou。该研究于 2024 年发表在 Nature Communications 上，文章编号为 15:4969。

研究背景

代谢重塑是肿瘤在应激条件下生存的重要策略。结直肠癌是全球第三常见的恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第二大原因，每年约有 90 万人因此死亡。然而，结直肠癌细胞代谢重塑的具体分子机制仍不清楚。MYG1（melanocyte proliferating gene 1，黑色素细胞增殖基因 1）是 UPF0160 蛋白家族中唯一未被充分研究的成员，具有 3′−5′ RNA 外切酶活性，其 N 端含有核定位信号和线粒体定位信号，在酵母中被认为是核-线粒体通讯的协调者。此前有研究发现 MYG1 在肺腺癌中具有促癌作用，但在结直肠癌中的具体功能尚不清楚。本研究旨在鉴定在结直肠癌代谢重编程中发挥核心作用的核-线粒体双定位蛋白，并阐明其作用机制。

研究流程与主要结果

第一部分：MYG1 在结直肠癌中的表达及临床意义。 研究者首先通过分析公共数据集（GSE24514、GSE9348、GSE20842、GSE74602）筛选结直肠癌与正常黏膜的差异表达基因，并结合腺瘤与正常黏膜的比较（GSE20916）以及转移细胞与原发肿瘤细胞的比较（GSE1323），最终锁定同时具有核和线粒体定位的候选基因 MYG1。在 TCGA COADREAD 队列中的基因集富集分析（GSEA）显示 MYG1 可能参与多种代谢通路。蛋白印迹（western blot）和免疫组织化学（IHC）检测证实 MYG1 在结直肠癌组织中较配对正常黏膜显著上调，且在远处转移患者中表达更高。NF-CRC1 队列（149 对福尔马林固定石蜡包埋样本）的临床相关性分析显示 MYG1 表达与淋巴结转移、远处转移、T 分期和临床分期显著相关。生存分析表明 MYG1 高表达患者的总生存期和无进展生存期均较差。拷贝数变异分析显示 MYG1 在结直肠癌中极少发生扩增，提示其上调并非由基因扩增驱动。进一步研究发现 MYG1 表达在 KRAS 突变型细胞系和组织中显著高于 KRAS 野生型，而在 APC 突变与 MYG1 表达之间未发现显著关联。

第二部分：MYG1 在体外和体内促进结直肠癌增殖与转移。 在 RKO 和 LoVo 细胞中敲低 MYG1 后，细胞增殖、克隆形成、侵袭和迁移能力均受到显著抑制。为探究其功能是否依赖外切酶活性，研究者构建了外切酶失活突变体 MYG1ALL（DHH 残基替换为 ALL），发现 MYG1ALL 同样能促进细胞增殖、克隆形成、侵袭和迁移，尽管程度略低于野生型，表明 MYG1 存在外切酶活性非依赖性的细胞功能。在 LoVo 细胞中敲除 MYG1 也得到一致结果。皮下异种移植模型显示沉默 MYG1 抑制肿瘤生长，过表达 MYG1 则促进肿瘤生长。肝转移模型中 MYG1 显著增加肝转移灶数量。此外，MYG1 促进 G1-S 细胞周期转换，并诱导上皮-间质转化（EMT），表现为 β-catenin、vimentin 和 fibronectin 表达升高，而 ZO-1 和 E-cadherin 表达降低。

第三部分：MYG1 以外切酶活性非依赖方式促进结直肠癌有氧糖酵解。 对 MYG1 敲除的 LoVo 细胞进行 RNA 测序，差异表达基因的功能富集分析显示 MYG1 可能调控糖酵解等代谢过程。在 HCT116 细胞中过表达 MYG1 后，LDHA、GLUT1 和 PKM2 的 mRNA 表达升高。耗氧率（OCR）测定显示 MYG1 过表达细胞的基础呼吸和最大呼吸均降低，而细胞外酸化率（ECAR）升高，表明 MYG1 抑制氧化磷酸化、促进糖酵解。MYG1ALL 同样促进葡萄糖摄取和乳酸分泌，并上调 GLUT1、LDHA 和 PKM2 蛋白表达，进一步证实其作用不依赖外切酶活性。值得注意的是，在肺腺癌细胞 PC9 中，MYG1 反而抑制葡萄糖摄取和乳酸分泌，且 MYG1 表达与 KRAS 突变在肺腺癌中无显著关联，提示 MYG1 在不同癌种中具有代谢调控的异质性。

第四部分：核定位 MYG1 通过 PKM2/c-Myc 信号促进糖酵解。 亚细胞组分分离和蛋白酶 K 剃除实验证实 MYG1 同时定位于细胞核和线粒体。为明确不同亚细胞定位 MYG1 的功能，研究者构建了不同定位信号缺失的突变体：MYG1N（缺失线粒体定位肽，仅保留核定位）和 MYG1M（缺失核定位肽，仅保留线粒体定位）。结果显示 MYG1N 在促进葡萄糖摄取和乳酸分泌方面起主导作用。原位结直肠癌小鼠模型中，MYG1N 组肿瘤增殖更快，18F-FDG PET/CT 扫描显示 MYG1N 组肿瘤葡萄糖摄取最高，肿瘤重量也最大。2-脱氧葡萄糖（2-DG）处理可有效消除 MYG1N 诱导的致癌效应，表明核 MYG1 通过糖酵解促进肿瘤进展。免疫共沉淀结合质谱鉴定发现核内 MYG1 与 PKM2 相互作用，且 MYG1 通过 149-199 氨基酸片段与 PKM2 直接结合。MYG1N 促进 PKM2 在核内积累，增加 PKM2 二聚体比例，但不影响 PKM2 的丙酮酸激酶活性。机制上，MYG1 招募 Hsp90/GSK3β 复合物，促进 PKM2 在 Ser/Thr 位点的磷酸化，从而增强 PKM2 蛋白稳定性。PKM2 在核内转录激活 c-Myc，而 c-Myc 又转录上调 MYG1，形成正反馈环。染色质免疫沉淀-定量 PCR（ChIP-qPCR）和双荧光素酶报告实验证实 c-Myc 可直接结合 MYG1 启动子并激活其转录。

第五部分：线粒体 MYG1 抑制细胞凋亡和氧化磷酸化。 线粒体 MYG1 与细胞色素 c（cytochrome c，cyt c）共定位并相互作用。MYG1M 过表达降低 cyt c 蛋白水平，抑制 OCR，减少 cyt c 从线粒体向胞质的释放，降低 cleaved caspase-3 和 cleaved caspase-9 水平，并抑制 5-FU 诱导的细胞凋亡。这表明线粒体 MYG1 通过抑制氧化磷酸化和阻断 cyt c 释放来促进肿瘤细胞存活。

第六部分：临床验证。 在 NF-PET 队列（43 例行 18F-FDG PET/CT 扫描的结直肠癌患者）中，SUVmax 与 MYG1 表达呈正相关，MYG1 表达也与 PKM2 和 c-Myc 表达显著正相关。小鼠模型肿瘤的 IHC 分析证实 MYG1N 组肿瘤中 PKM2、c-Myc 和 Ki-67 表达更高，凋亡细胞比例更低。

结论与意义

本研究首次揭示了 MYG1 作为结直肠癌代谢重编程关键驱动因子的功能及其核-线粒体协同作用机制。核 MYG1 通过招募 Hsp90/GSK3β 复合物促进 PKM2 磷酸化和稳定，进而激活 PKM2/c-Myc 正反馈信号通路，驱动糖酵解和肿瘤进展；线粒体 MYG1 则通过抑制氧化磷酸化和阻断细胞凋亡发挥促癌作用。临床上，KRAS 突变患者 MYG1 高表达，提示高糖酵解水平和不良预后。靶向 MYG1 有望破坏结直肠癌的代谢平衡，为该疾病的诊断和治疗提供新的潜在靶点。

研究亮点

本研究的主要亮点包括：1）首次明确了 MYG1 在结直肠癌中的促癌作用及其不依赖外切酶活性的功能机制；2）揭示了 MYG1 核-线粒体双定位的协同功能——核 MYG1 驱动糖酵解，线粒体 MYG1 抑制凋亡和氧化磷酸化；3）发现了 MYG1-PKM2-c-Myc 正反馈环在驱动糖酵解中的核心作用；4）建立了 MYG1 表达与 KRAS 突变及 18F-FDG 摄取之间的临床关联，为精准治疗提供了依据。此外，研究还揭示了 MYG1 在结直肠癌与肺腺癌中代谢调控功能的差异性，提示靶向策略需考虑癌种异质性。