南京医科大学傅赞团队：治疗和预测结直肠癌患者预后新策略

9月13日，南京医科大学傅赞研究团队在期刊《Journal of Experimental & Clinical Cancer Research》上发表了研究论文，题为“Recruitment of USP10 by GCS1 to deubiquitinate GRP78 promotes the progression of colorectal cancer via alleviating endoplasmic reticulum stress”，本研究中，实验结果表明，GCS1在CRC中大量表达，表达越高，预后越差。因此，GCS1在体内外均可增强CRC细胞的增殖和转移能力，同时抑制其凋亡。机制上，GCS1与GRP78结合，招募USP10使GRP78去泛素化，促进其降解，减少内质网应激介导的凋亡，增加CRC细胞的增殖和转移。综上所述，GCS1通过usp10介导的GRP78去泛素化来促进结直肠癌的生长和迁移，并减少内质网应激介导的细胞凋亡。本研究发现了CRC的一个可能的治疗靶点。

背景知识

结直肠癌(CRC)是一种常见的恶性肿瘤，在所有癌症中发病率排名第三，死亡率排名第二，严重威胁全球健康。尽管有内镜治疗、手术治疗、化疗、免疫治疗和分子靶向治疗等多种治疗方法，但结直肠癌患者的5年生存率仍然很低。因此，提高对结直肠癌病理分子机制的认识，探索与结直肠癌进展和预后相关的新的关键靶点，对改善患者预后具有重要的现实意义。

越来越多的研究表明，未折叠蛋白反应(UPR)与结直肠癌的发生发展密切相关。内质网(ER)是参与UPR的主要细胞器，对蛋白质的合成、成熟和运输至关重要。当内质网稳态被破坏，导致未折叠或错误折叠蛋白的过度积累时，内质网应激发生，激活UPR。通常，GRP78与三个关键传感器(PERK、IRE1和ATF6)绑定，使它们处于非活动状态。在细胞应激条件下，GRP78与这些感受器分离，与未折叠蛋白结合，并激活下游信号通路以恢复细胞稳态。在严重且不可修复的内质网应激条件下，通过PERK/eIF2α/ATF4/CHOP通路诱导细胞凋亡。

本课题组通过初步的多组学分析，结合公共数据库的临床信息和本中心的临床病理数据，鉴定出葡萄糖苷酶I (GCS1)是一种具有预后价值的新蛋白。GCS1，也被称为MOGS，是一种内质网锚定的葡萄糖苷酶，主要参与糖蛋白加工。既往研究表明其在周围神经损伤后表达上调，并已确定在阿尔茨海默病患者的脑毛细血管中GCS1表达升高。另一项研究证实，GCS1作为p32的结合蛋白减轻内质网应激。然而，GCS1是否参与CRC中内质网应激的调控及其具体机制尚不清楚，需要进一步研究。

GCS1在体外CRC的恶性发展过程中发挥重要作用

为了进一步了解GCS1在结直肠癌中的生物学作用，研究人员在正常肠道上皮细胞系NCM460和多种结直肠癌肿瘤细胞系中测量了GCS1的RNA和蛋白质表达水平。然后，选择DLD-1、RKO和HCT116细胞进行进一步的细胞功能实验。首先，将GCS1短发夹RNA（shRNA）转染入DLD-1和RKO细胞，并将过表达质粒转染入HCT116细胞。转染后，通过测量RNA和蛋白质表达确认，与对照组相比，GCS1表达显著改变。

然后，研究人员通过克隆形成实验评估GCS1的细胞增殖能力。当敲低GCS1时，DLD-1和RKO细胞的增殖能力显著降低，而当过表达GCS1时，HCT 116细胞的增殖能力显著增加。与对照组细胞相比，GCS1敲低的DLD-1和RKO细胞中EdU阳性细胞的数量较低，而GCS1过表达的HCT 116细胞中EdU阳性细胞的数量远大于对照组。此外，CCK-8实验证实GCS1促进细胞增殖。随后，研究人员通过迁移和伤口愈合实验验证了GCS1在侵袭和迁移方面的生物学作用，考虑到上述根据GCS1表达差异对侵袭能力进行的明显区分。这些发现表明，GCS1-过表达组的迁移和侵袭能力显著增加，而GCS1敲低组的迁移和侵袭能力显著降低。这些结果表明，GCS1在体外促进CRC细胞的增殖和转移。

GCS1在体外会加速结直肠癌的恶性进展

GCS1可减轻内质网应激并促进体内恶性进展

接下来，为了进一步探究GCS1在结直肠癌中的作用机制，研究人员对HCT 116细胞进行了GCS1过表达组和对照组的RNA测序，随后进行了KEGG富集分析，结果显示GCS1主要参与蛋白质在内质网的加工、泛素介导的蛋白降解以及凋亡途径。之前的研究也表明GCS1可以减少内质网应激。因此，研究人员推测GCS1可能通过控制内质网应激诱导的细胞凋亡来调控结直肠癌。

随后，流式细胞术（FCM）表明，过表达GCS1的HCT 116细胞的凋亡率显著降低，而GCS1敲低的DLD-1和RKO细胞的凋亡率增加。随后研究人员采用蛋白质免疫印迹分析来确认GCS1与ER应激之间的调节机制以及GCS1在翻译水平上对ER应激介导的细胞凋亡的影响。研究人员进一步研究了GCS1在ER应激中的功能。研究结果显示，在TM处理后，GCS1过表达降低了CHOP和cl-Caspase 3的水平，而GCS1敲低则增加了这些蛋白的水平。最后，研究人员使用皮下异种移植模型来研究GCS1对CRC的致癌作用。GCS1敲除显著抑制了异种移植肿瘤的生长，而GCS1过表达则促进了其生长。另外，研究人员还测量了肿瘤的体积和重量。总之，这些结果表明GCS1在体内具有促进肿瘤形成的作用。综上所述，这些发现表明GCS1过表达通过减少ER压力诱导的细胞凋亡，促进CRC的发生，并促进CRC在体内的进展。

研究小结

基于目前的研究，GCS1高表达与结直肠癌患者不良预后相关。此外，GCS1促进CRC细胞增殖和转移，同时减轻内质网应激介导的凋亡。机制上，GCS1招募USP10剪切GRP78的k48连接的多聚泛素链，增加GRP78的稳定性，减少内质网应激时凋亡蛋白CHOP的产生，最终促进CRC的恶性进展。本研究结果支持以下观点:靶向GCS1可能是CRC的一种成功治疗方法。