本文由景杰学术团队原创解读
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结直肠癌（Colorectal cancer，CRC）是最常见的恶性肿瘤之一，尽管癌症治疗取得了显著进展，但远处转移的CRC患者的预后仍然不理想。NADP +依赖性酶IDH1位于胞质中，参与癌细胞中的谷氨酰胺代谢，CRC细胞中存在丰富的谷氨酸，因此IDH1在CRC进展中可能起重要作用。2016年北京大学人民医院王杉与景杰生物合作，运用定量蛋白质组学发现结直肠癌进展和肝转移过程中存在IDH1的乙酰化水平异常【1】，但是IDH1乙酰化在肿瘤发生中的功能及具体机制均尚未有报道说明。
2020年3月5日，著名学术期刊EMBO reports（IF=8.383）上发表北京大学人民医院申占龙、王杉课题组和北京大学医学部罗建沅教授课题组最新合作成果，深入揭示了依赖SIRT2的IDH1去乙酰基调节细胞代谢并抑制结直肠癌肝转移的新机制。本研究中，研究者在前期研究基础上，进一步利用与景杰公司合作定制的抗IDH1 K224位点乙酰化抗体，结合体内外构建突变体和模型研究，验证发现去乙酰化酶SIRT2在IDH1 K224位点上使IDH1去乙酰化，并在结肠癌细胞模型中表现出抑癌功能。研究阐明了依赖SIRT2的IDH1去乙酰化治疗CRC的肝转移机制，为CRC治疗提供重要依据。图1、依赖SIRT2的IDH1去乙酰基对HIF1a-SRC轴的调节研究者前期研究发现IDH1的乙酰化水平异常，通过蛋白质组学发现显著变化的修饰位点中，IDH1 K224和CSRP1 K112的乙酰化水平在结直肠癌进展和肝转移过程中下调超过2.5倍；细胞侵袭试验发现IDH1 K224R的过表达能够抑制细胞侵袭行为，CSRP1 K112R的过表达则没有影响（图2），表明IDH1去乙酰化在结直肠癌进展和肝转移中具有潜在功能。因此选择IDH1 K224乙酰化做进一步的研究。研究者通过共转染实验分析IDH1乙酰化与细胞质中沉默调节蛋白sirtuins家族之间的关系。研究发现IDH1直接与SIRT2相互作用，但不与sirtuins家族其他蛋白相互作用，表明SIRT2是IDH1 K224乙酰化调节的主要去乙酰基酶（图2G/H）。为了研究SIRT2在CRC肿瘤发生中的功能，研究者进行了许多细胞肿瘤生物学检测。结果发现SIRT2过表达可以显著降低CRC细胞的增殖，迁移和侵袭，证明SIRT2可抑制结肠直肠癌细胞的增殖和侵袭（图3）。图3、使IDH1 K224去乙酰的SIRT2是CRC中的肿瘤抑制因子为了更进一步了解IDH1去乙酰化对结直肠癌进展的生理意义，研究者首先通过体外构建IDH1 K224R突变体及流式细胞分析，发现IDH1 K224R突变体显著抑制HCT116细胞的侵袭能力并减少了肿瘤细胞的迁移。接着通过体内注射IDH1 WT或IDH1 K224R建立异种移植瘤模型和肝转移模型，发现IDH1 K224R组的异种移植肿瘤生长较慢，但IDH1 WT组中发现了肿瘤转移；综上表明IDH1 K224去乙酰化抑制了癌细胞在体内外的增殖和侵袭。图4、IDH1 K224去乙酰化可抑制CRC细胞在体内外的侵袭和迁移最后，为了评估IDH1 K224Ac水平是否与CRC患者的临床病理特征和预后相关，研究者通过免疫组化方法研究了90组CRC原发组织，其肝转移以及正常组织中IDH1 K224乙酰化水平。结果表明，IDH1 K224乙酰化增强预示着CRC患者的预后不良。图5、IDH1 K224乙酰化与CRC预后不良相关综上所述，本文是一篇经典的基于前期蛋白质组学数据筛选到的候选蛋白，进一步做深入功能研究的案例。研究者基于课题组前期组学数据发现CRC进展和肝转移过程中存在IDH1的乙酰化下调显著这一现象，进一步通过修饰抗体验证及体内外构建突变体和模型研究，表明SIRT2介导的IDH1去乙酰化可抑制CRC细胞在体内外的侵袭和迁移，且IDH1在K224上的超乙酰化与CRC患者的远处转移和不良预后显著相关。研究揭示了通过SIRT2去乙酰化作用调节IDH1的重要机制，为CRC治疗提供了潜在的策略。1. Shen Z, et al., 2016, Global-scale profiling of differential expressed lysine acetylated proteins in colorectal cancer tumors and paired liver metastases. J Proteomics.2. Bo Wang, et al., 2020, SIRT2-dependent IDH1 deacetylation inhibits colorectal cancer and liver metastases. EMBO Reports.
邹文安