促癌小分子的新成員——LncRNA ITGB8-AS1

LncRNA在結直腸癌(CRC)的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，但大多數(shù)lncRNA在CRC中的功能及其分子機制尚不清楚。本文發(fā)現(xiàn)lncRNA ITGB8-AS1在CRC中高表達起到促癌作用，并且可能是潛在的治療靶點。該文于2021年8月發(fā)表于《Molecular Therapy》IF:11.454雜志上。

技術路線：

主要實驗結果：

1、ITGB8-AS1是CRC生長和遷移所必須的

作者在HCT116和DLD-1細胞系中敲除ITGB8-AS1后，發(fā)現(xiàn)兩個細胞系的增殖和集落形成，以及細胞的遷移。在體內，敲除ITGB8-AS1后腫瘤的生長受到顯著抑制。此外，作者還構建了ITGB8-AS1過表達載體驗證ITGB8-AS1對腫瘤的影響，實驗證明ITGB8-AS1是CRC生長和遷移所必須的。

2、在CRC中ITGB8-AS1正調控Focal黏附信號通路

作者對ITGB8-AS1敲除的細胞和對照細胞進行轉錄組測序，挖掘差異表達基因，并對其進行KEGG分析，發(fā)現(xiàn)差異表達基因主要富集與Focal黏附信號通路。如圖1，作者使用WB檢測了該通路中的幾個關鍵基因，發(fā)現(xiàn)敲除ITGB8-AS1后兩個細胞系中他們的表達或磷酸化都顯著下降。這些結果表明在CRC中ITGB8-AS1正調控Focal黏附信號通路。

圖1 ITGB8-AS1正調控Focal黏附信號通路

3、ITGB8-AS1作為miR-33b-5p和let-7d-5p/let-7d-5p的海綿調節(jié)整合素的表達

為了探究ITGB8-AS1調節(jié)Focal黏附信號通路的機制，作者試圖探究ITGB8-AS1的編碼潛力。如圖2所示，和ACTB不同，多核糖體譜分析表明ITGB8-AS1富集于free-RNA組分，表明其沒有編碼能力，隨后作者使用FISH分析了ITGB8-AS1的細胞質定位，發(fā)現(xiàn)其主要分布在細胞質中。這些提示ITGB8-AS1可能以ceRNA機制發(fā)揮作用。

圖2 ITGB8-AS1在CRC細胞中的編碼潛能及亞細胞定位分析

為了驗證ITGB8-AS1是否以ceRNA發(fā)揮作用，作者在線預測并構建了以ITGB8-AS1為中心的ceRNA調控網絡。隨后，敲除ITGB8-AS1后檢測miRNA靶向的mRNA的表達，結果表明ITGA3，ITGA5和ITGB3的表達在兩個細胞系中都顯著下降，而過表達ITGB8-AS1后他們的表達都顯著升高（圖3）。值得一提的是ITGA3，ITGA5和ITGB3都是整合素家族基因。

圖3 ITGB8-AS1海綿吸附miRNA調控整合素的表達

為了進一步確定哪些miRNA在連接ITGB8-AS1和整合素基因中起作用，作者在HCT116細胞中進行挽救試驗。如圖4所示，miR-33b-5p抑制劑可以顯著挽救因ITGB8-AS1敲除導致的ITGA3，ITGA5和ITGB3基因表達下調，而其余的miRNA抑制劑則不行。此外，RIP結果表明ITGB8-AS1顯著富集于AGO2蛋白蛋白復合物中，而雙熒光素酶實驗表明ITGB8-AS1和miR-33b-5p，以及let-7c-5p/let-7d-5p之間存在直接作用。以上表明ITGB8-AS1可以海綿吸附miR-33b-5p和let-7c-5p/let-7d-5p以調節(jié)ITGA3和ITGB3的表達進而作用于CRC的進展。圖5的實驗結果證實了這一結論。

圖4 ITGB8-AS1/miRNA/integrins的ceRNA網絡驗證

圖5 ITGB8-AS1海綿吸附miR-33b-5p和let-7c-5p/let-7d-5p促進CRC生長遷移

4、ITGB8-AS1可作為CRC的潛在診斷和預測biomarker

使用GEPIA在線數(shù)據(jù)庫預測了ITGB8-AS1在結腸癌和直腸腺癌中的表達，結果顯示ITGB8-AS1在腫瘤樣本中高表達。隨后作者檢測了14對術后CRC組織和對應的癌旁中ITGB8-AS1的表達，同樣是癌組織高于癌旁。為了探究ITGB8-AS1在液體活檢中的作用，作者檢測了7例健康對照和CRC患者血漿中ITGB8-AS1的表達，得出了一樣的結果。此外，在一個獨立隊列結果中，血漿ITGB8-AS1水平與腫瘤分化顯著正相關。III期和IV期患者血漿ITGB8-AS1水平均高于I-II期患者。淋巴結受累者易出現(xiàn)高ITGB8-AS1血漿水平，但差異無統(tǒng)計學意義。而年齡、性別、原發(fā)腫瘤位置和遠端轉移與則ITGB8-AS1的血漿水平無關。ITGB8-AS1的血漿水平還與其靶基因表達表現(xiàn)出正相關性。這些結果表明ITGB8-AS1可作為CRC的診斷和預測生物標志物。

圖6 ITGB8-AS1可作為CRC的潛在診斷和預測biomarker

5、ITGB8-AS1是治療CRC的潛在靶點

如前文所述，ITGB8-AS1在CRC中上調并促進CRC的惡性行為，這為針對該lncRNA的治療提供了理論依據(jù)。為了探索ITGB8-AS1抑制的治療潛力，針對ITGB8-AS1的反義寡核苷酸(ASO)被應用于各種CRC臨床前模型，包括患者來源的異種移植(PDX)。如圖7a-c所示，ITGB8-AS1-ASO顯著抑制細胞的增殖和集落形成。為了驗證在體內靶向ITGB8-AS1的活性，進行PDX和HCT116來源的異種移植。結果發(fā)現(xiàn)ITGB8-AS1-ASO的抗腫瘤效率在CRC PDX和HCT116細胞負荷的小鼠中都可顯著抑制腫瘤生長（圖7d-e），同樣也可以抑制腫瘤的肝轉移，并且miR-33b-5p，let-7c-5p和let-7d-5p抑制劑都可以緩解ITGB8-AS1-ASO的抗腫瘤效果（圖7f-g）。因此，ITGB8-AS1可以作為靶向治療CRC的新靶點，而ASO似乎是一種有潛力的治療方式。

圖7 ITGB8-AS1是CRC潛在的治療靶點

圖8本研究的機制模型圖


ITGB8-AS1通過吸附miR-33b-5p來調節(jié)ITGA3的表達，同時通過let-7c-5p和let-7d-5p來調節(jié)ITGB3的表達，然后激活整合素介導的Focal粘附信號。ITGB8-AS1可作為CRC患者新的治療靶點和循環(huán)生物標志物。

參考文獻：

Lin X, Zhuang S, Chen X, Du J, Zhong L, Ding J, Wang L, Yi J, Hu G, Tang G, Luo X, Liu W, Ye F, LncRNA ITGB8-AS1 functions as a ceRNA to promote colorectal cancer growth and migration through integrin-mediated focal adhesion signaling, Molecular Therapy (2021), doi: https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2021.08.011.