摘要：
关于microRNA(miRNA)在重新连接肿瘤和邻近的非肿瘤正常组织内的新陈代谢中的作用及其在癌症治疗中的潜力知之甚少。本研究旨在通过双突变ApcMinFbxw7ΔG小鼠肠/结直肠癌(CRC)模型研究小鼠十二指肠息肉和非息肉衍生的类器官(mPO和mNPO)中失调的miRNA与代谢成分之间的关系。我们分析了mPO和mNPO中373个miRNA和12个失调代谢基因的表达。我们的研究结果显示miR-135b可能针对Spock1.SPOCK1的上调与CRC的晚期相关。miR-135b的敲低降低了CRC患者来源的肿瘤类器官(CRCtPDO)中SPOCK1的表达水平、葡萄糖消耗和乳酸分泌。由miR-135b过表达诱导的SPOCK1增加促进了Warburg效应，从而促进了5-氟尿嘧啶的抗肿瘤作用。因此，与miR-135b反义核苷酸的组合可能代表一种新的策略，以使CRC对基于化学试剂的治疗敏感。
介绍
营养摄取和代谢途径活性的控制是维持肠道稳态和肠道干细胞和祖细胞行为所必需的。特定的癌症相关突变使细胞能够获得和代谢有利于增殖的营养物质，而不是有效地产生三磷酸腺苷(ATP)。乳酸、葡萄糖和谷氨酰胺作为氧气和pH值的上游调节剂，被认为是重要的肿瘤代谢物，即使在有氧气的情况下，肿瘤细胞也会吸收大量的葡萄糖并产生大量的乳酸。这个过程也被称为“Warburg效应或有氧糖酵解”。因此，人类肿瘤之间和内部的代谢异质性对开发抗癌疗法提出了相当大的挑战，包括针对肠癌/结直肠癌(CRC)。
与肿瘤相邻的肠道/结肠直肠组织学健康组织通常用作癌症研究中的对照。根据癌症基因组图谱(TCGA)协议(http://cancergenome.nih.gov/)，与肿瘤(NAT)样本相邻的组织学正常组织必须从肿瘤边缘>2cm处收集和/或不得包含肿瘤。此前，几项研究报道，肿瘤周围的无组织肿瘤区域与非携带肿瘤的健康组织存在许多形态学和表型差异，包括pH水平、等位基因失衡和端粒长度、基质行为以及转录组和表观遗传畸变。然而，人们对代谢途径的重要性和控制肿瘤代谢物的分子机制知之甚少，特别是肠道miRNAs响应代谢改变而受到调节需要立即促进该区域的肿瘤组织周围的肿瘤。因此，阐明在这些不同细胞和组织中协调细胞转化的分子机制可能会回答有关早期肿瘤形成的关键生物学问题，并导致确定新的治疗靶点。
APC（腺瘤性息肉病）和FBXW7（F-Box和WD重复结构域包含7个）基因是关键的肿瘤抑制基因，是CRC中最常见的突变基因之一。我们和其他人之前曾报道过ApcMinFbxw7ΔG双突变小鼠（ApcMin背景中的Fbxw7缺失）中小肠和大肠腺瘤的快速发展。肿瘤在2-3周时开始发育，小鼠通常在4-5周龄时死亡。相比之下，对照ApcMin或ApcMinFbxw7fl/fl小鼠中的肿瘤通常直到6周才出现，而死亡发生在18-24周。APC和FBXW7都参与调节转录因子，包括c-MYC、c-JUN、MCL1（髓性白血病1）、ZEB2、NOTCH、HIF-1（缺氧诱导因子-1)，这可能是APC和FBXW中的细胞代谢重编程7个缺陷细胞。有趣的是，还发现miRNA介导的APC和FBXW7基因的调节可以调节细胞转化的特征，而许多miRNA也在这些转录因子的下游发挥作用。然而，最近的临床和临床前研究表明，这些蛋白质和miRNA的丰度以及这些改变的结果有时是组织和细胞类型特异性的。
此外，先前的数据表明，肠道类器官中分化细胞类型的功能命运本质上是通过其特定的干细胞位置进行编程的，并保留其在培养中的起源部位的特征。因此，在ApcMinFbxw7ΔG双突变小鼠中，代谢基因的差异表达被报道为对快速肿瘤生长具有位点特异性，可以在小鼠十二指肠息肉衍生的类器官(mPO)与相邻的非息肉衍生的类器官(mNPO)培养物。因此，研究这一点对于ApcMinFbxw7ΔG中的快速肿瘤生长很重要3D多参数读数中的双突变小鼠。肠道类器官是一种实验模型，它结合了在体外产生整个隐窝上皮细胞多样性的优势，以及相对快速的生物质产生和易于处理。它们是探索内在上皮细胞缺陷复杂性的绝佳实验平台。然而，直到最近，只有少数研究涉及识别肠道类器官培养物中的代谢物。因此，本研究的目的是调查遗传鼠ApcMinFbxw7之间的区别。通过可能的差异葡萄糖消耗和乳酸产生，肿瘤中的ΔG双突变改变和匹配的正常组织衍生的类器官，并分析了以前众所周知的代谢相关miRNA。
方法与结果
本文首先分别从解剖的十二指肠和组织学上非肿瘤组织到肿瘤中开发了类器官，并从来自三个独立繁殖对的两个兄弟同窝仔中开发了类器官。ApcMinFbxw7ΔG双突变小鼠（6×雄性，20日龄）。研究结果显示，十二指肠ApcMinFbxw7ΔG双突变息肉与非息肉类器官相比，葡萄糖消耗和乳酸产量增加（见图一、图二）小鼠十二指肠ApcMinFbxw7ΔG双突变PO与NPO中癌症相关miRNA的差异表达（见图三）；miR-135靶向代谢介质细胞外基质糖蛋白SPOCK1（见图四、图五）；抑制miRNA-135/SPOCK1轴使tPDOs细胞对5-FU诱导的细胞抑制作用和细胞毒性敏感（见图六）。
（图一）
（图二）
（图三）
（图四）
（图五）
（图六）
结论
越来越多的工作已经确定了肠细胞和胃肠干细胞在稳态过程中发挥作用所必需的几种代谢途径。代谢重编程也被广泛接受为肠道/结直肠肿瘤发生的一个明显标志。在这些情况下，健康和癌症上皮细胞代谢构成了饮食与宿主细胞命运和表型之间的初始检查点，以及这些细胞如何与其他细胞和微环境相互作用。此外，这种代谢重编程是一个由癌基因控制的活跃过程，肿瘤抑制因子在癌症起始和塑造结直肠癌细胞对化疗的反应中至关重要。有趣的是，最近一项通过跨组织类型的差异表达分析的努力清楚地观察到，几个代谢基因和途径定义了与肿瘤相邻的健康组织之间的分歧机制。虽然代谢改变长期以来被认为是癌症的核心标志，但我们直到最近才开始阐明对CRC代谢的机制理解。因此，研究肠道肿瘤及邻近健康组织组织学代谢变异的意义和机制具有重要意义。
在许多类型的癌症中都发现了致癌miRNAs（称为oncomiRs）的上调，因此代表了一类潜在的治疗抑制新靶点。近年来已经开发了几种策略用于体内抑制oncomiRs。因此，在本研究中，我们专注于过表达的miRNA。我们的miRNA阵列发现支持我们的假设，即选择的谱miRNA对于类器官细胞抵抗其微环境剧烈变化的能力具有重要意义。具体而言，我们发现与mNPOs相比，mPOs中诱导的miR-135表达，与hPDOs相比，人类CRCtPDOs诱导的miR-135表达增加了SPOCK1的表达以诱导细胞葡萄糖消耗。然而，与miRNA介导的下调是单向过程的一般假设相反，miR-135增加了SPOCK1的表达。我们无法通过实验检查miR-135与SPOCK-1的相互作用。然而，一些研究表明，miRNA可以直接或间接地激活基因表达，以响应不同的细胞类型和条件以及不同辅因子的存在。因此，需要进一步的机制研究来探索miR-135介导的SPOCK1基因表达的上调。miR-135家族包括miR-135a和miR-135b同种型。成熟的miR-135a和miR-135b虽然位于不同的染色体，但只有一个核苷酸差异，不在miRNA结合区。因此，据报道，两种异构体都靶向相同的基因。miR-135a和miR-135b先前被证明在包括CRC在内的多种癌症类型的有氧糖酵解、癌症肿瘤发生、进展和转移中至关重要。尽管miR-135/SPOCK1轴有可能影响其他途径，但本研究确立了miR-135在调节SPOCK1稳态活性中的关键作用，以促进小鼠PO和人类tPDO中的癌症表型。如上所述，最近的几项研究表明，SPOCK1的敲低可抑制CRC细胞的增殖和侵袭。因此，我们的数据突出了靶向miR-135/SPOCK1以增强结直肠癌治疗的治疗潜力（见图七）。
（图七）
文章出自：细胞实验 想了解更多请关注：http://www.do-gene.com
