基礎醫學(xué)研究所宋偉團隊與腫瘤醫院趙宏團隊合作揭示E3連接酶RNF138介導炎癌轉換及進(jìn)展的新機制及其在結直腸癌精準治療中的應用前景
2022年6月13日，中國醫學(xué)科學(xué)院基礎醫學(xué)研究所宋偉團隊和中國醫學(xué)科學(xué)院腫瘤醫院趙宏團隊合作在國際著(zhù)名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy雜志發(fā)表了題為“RING finger 138 deregulation distorts NF-кB signaling and facilities colitis switch to aggressive malignancy”的研究論文。研究人員發(fā)現環(huán)指蛋白138（RING finger protein138,RNF138）的缺失促進(jìn)結直腸炎癌轉換及進(jìn)展；盡管RNF138是E3連接酶家族成員之一，但其通過(guò)泛素非依賴(lài)的方式負調控核轉錄因子κB（Nuclear factor-kappa B,NF-κB）信號通路；NF-κB抑制劑SC75741可顯著(zhù)抑制RNF138低表達伴NF-κB活化的結直腸腫瘤增殖。因此，結直腸癌呈現RNF138表達下調伴NF-κB激活可作為NF-κB抑制劑類(lèi)藥物的分子適應癥。
結直腸癌（Colorectal cancer, CRC）是全球范圍內與癌癥相關(guān)死亡的第三大原因，往往源于持續的炎癥反應，慢性炎癥在病因學(xué)上參與結直腸癌的起始、進(jìn)展到轉移的各個(gè)階段。異常活化的NF-κB信號通路在腸炎-腸癌轉化過(guò)程具有核心調控功能。RNF138是該研究小組前期在人睪丸cDNA文庫篩選時(shí)首先發(fā)現的一個(gè)E3泛素連接酶（Gene ID: 51444; GenBank: AF162680）。研究者通過(guò)結直腸癌臨床組織芯片的免疫組化染色分析發(fā)現RNF138與NF-κB亞基p65的活化（p-p65）成負相關(guān)性，且約占總病例數34.8%的RNF138（低）與p-p65（高）患者的無(wú)疾病生存率和總生存期均顯著(zhù)低于其余三組患者。針對這類(lèi)患者的治療，研究者首先通過(guò)RNF138敲除細胞模型篩選到NF-κB抑制劑SC75741。研究發(fā)現SC75741可明顯抑制RNF138（低）與p-p65（高）的病人來(lái)源異種移植（Patient derived xenograft,PDX）模型腫瘤生長(cháng)。該研究表明RNF138低表達伴隨NF-κB持續活化或可作為NF-κB抑制劑類(lèi)藥物的臨床分子適應癥，并為此類(lèi)患者精準治療提供了新策略。
為進(jìn)一步探索RNF138調控結直腸癌發(fā)生進(jìn)展的功能和分子機制，研究者利用RNF138敲除小鼠建立了慢性腸炎和炎性腸癌模型。結果顯示，與對照組相比，RNF138敲除組小鼠死亡率顯著(zhù)增加，炎癥反應增強。此外，腫瘤數量、大小和負荷均顯著(zhù)高于對照組。在腸癌模型的類(lèi)器官分離培養中發(fā)現RNF138敲除型類(lèi)器官增殖能力更強，提示發(fā)生癌變的RNF138敲除型細胞在去除免疫微環(huán)境后仍保持更快速的增殖能力。值得注意的是有超過(guò)一半的RNF138敲除小鼠慢性腸炎誘導中出現癌前病變，表明RNF138在腸炎-腸癌轉化中起著(zhù)關(guān)鍵調控作用。為了解析RNF138調控結直腸癌進(jìn)展的分子機理，研究小組對三種模型進(jìn)行轉錄組測序分析，發(fā)現NF-κB信號通路是共同的負調控通路并參與炎癥和腫瘤發(fā)生相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程。通過(guò)多種分子生物學(xué)實(shí)驗，發(fā)現RNF138結合核轉錄因子κB誘導激酶和IκB 激酶β結合蛋白(NF-κB-inducing kinase-and IκB kinase-β-binding protein,NIBP),抑制其核質(zhì)穿梭從而負調控NF-κB信號活性。RNF138主要通過(guò)泛素互作基序(ubiquitin interacting motif,UIM)結構域與NIBP的第2和3位trs120結構域相互作用，E3連接酶功能結構域RING (RING finger domain, RING)對其結合NIBP未見(jiàn)明顯影響。上述結果揭示了RNF138通過(guò)NIBP對NF-κB信號的調控是非依賴(lài)于泛素連接酶活性的新機制。
綜上所述，該研究以“臨床問(wèn)題”為切入點(diǎn)，從“動(dòng)物表型”、“分子機制”和“臨床轉化”等多個(gè)層面系統地闡明了RNF138對結直腸腫瘤發(fā)生和發(fā)展的調控機制及治療應用，不僅揭示了該蛋白通過(guò)E3非依賴(lài)方式促進(jìn)NIBP胞核-胞漿轉運調控NF-κB通路的新機制，而且為靶向RNF138低表達型CRC患者的干預和治療提供了新策略。
本研究獲得中國醫學(xué)科學(xué)院醫學(xué)與健康科技創(chuàng )新工程（2017-I2M-4-002, 2021-I2M-1-019, 2021-1-I2M-014, 2021-I2M-1-066）和國家自然科學(xué)基金（81672472，81972311,81672461）等項目的支持。基礎醫學(xué)研究所路亞嵐和黃容博士、腫瘤醫院應建明主任醫師和李星辰博士為論文共同第一作者。腫瘤醫院趙宏主任醫師、基礎醫學(xué)研究所宋偉研究員和劉長(cháng)征研究員為該論文共同通訊作者。