《Cancer Letters》：A Tumor-derived Mitochondrial tsRNA Drives Vascular Invasion of Lung Adenocarcinoma by Promoting Ribosomal Assembly in Endothelial Cells
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本研究聚焦于肺腺癌血管侵犯與不良預(yù)后的關(guān)聯(lián)機(jī)制。研究人員發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞可通過線粒體轉(zhuǎn)移，將一種高表達(dá)的線粒體tRNA來源小RNA——mt-5′tiRNA-34-GlnTTG傳遞給內(nèi)皮細(xì)胞。該分子通過結(jié)合并促進(jìn)FUBP3蛋白的核轉(zhuǎn)位，進(jìn)而增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的核糖體組裝效率和全局翻譯速率，最終促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移及肺腺癌轉(zhuǎn)移。研究進(jìn)一步驗(yàn)證了靶向該通路的脂質(zhì)納米顆粒抑制劑的治療潛力，揭示了線粒體tsRNA轉(zhuǎn)移在癌癥進(jìn)展中的新機(jī)制，并為限制轉(zhuǎn)移提供了有前景的治療策略。
在肺腺癌中，血管侵犯與患者的高復(fù)發(fā)率和不良預(yù)后密切相關(guān)，然而其背后的分子機(jī)制一直籠罩在迷霧之中。近年來，細(xì)胞間的“貨物交換”——特別是線粒體轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，逐漸成為腫瘤微環(huán)境研究的新焦點(diǎn)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞不僅會(huì)“自謀生路”，還能通過直接接觸或借助細(xì)胞外囊泡等途徑，將自己的線粒體“打包贈(zèng)送”給周圍的細(xì)胞，從而改變受體細(xì)胞的功能，助力腫瘤的生存和擴(kuò)散。那么，在肺腺癌的血管侵犯過程中，腫瘤細(xì)胞是否也通過線粒體轉(zhuǎn)移對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞動(dòng)了手腳？這些被轉(zhuǎn)移的線粒體僅僅是一個(gè)能量包裹，還是攜帶著更關(guān)鍵的“指令信息”？這些問題亟待解答。
為了解開謎團(tuán)，研究人員開展了一項(xiàng)深入研究。他們觀察到，在有血管侵犯的肺腺癌區(qū)域，血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的線粒體含量異常增高。進(jìn)一步的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)揭示，腫瘤細(xì)胞能夠通過一種不依賴于直接接觸的方式，將線粒體連同其內(nèi)高表達(dá)的一種特殊小分子——線粒體來源的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA衍生小RNA——mt-5′tiRNA-34-GlnTTG，一同傳遞給內(nèi)皮細(xì)胞。深入機(jī)制探索發(fā)現(xiàn)，這個(gè)小RNA并非“獨(dú)自行動(dòng)”，它會(huì)與一個(gè)名為FUBP3的蛋白質(zhì)“搭檔”結(jié)合，并幫助FUBP3更多地進(jìn)入細(xì)胞核。在細(xì)胞核內(nèi)，F(xiàn)UBP3有助于核糖體的組裝。于是，在mt-5′tiRNA-34-GlnTTG的影響下，內(nèi)皮細(xì)胞的核糖體組裝效率提升，整體蛋白質(zhì)翻譯（即根據(jù)mRNA模板合成蛋白質(zhì)的過程）速率加快。這套分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)最終導(dǎo)致了內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移能力的增強(qiáng)，從而為肺腺癌的轉(zhuǎn)移“鋪路搭橋”。
本研究綜合利用了臨床回顧性隊(duì)列分析、細(xì)胞共培養(yǎng)模型、多種小鼠體內(nèi)轉(zhuǎn)移模型（包括尾靜脈和原位肺注射模型）、流式細(xì)胞術(shù)、高通量測(cè)序（tsRNA測(cè)序、核糖體測(cè)序）、RNA免疫沉淀、蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析以及多種功能學(xué)實(shí)驗(yàn)（如細(xì)胞增殖、遷移、管腔形成、翻譯速率檢測(cè)等）進(jìn)行驗(yàn)證。臨床樣本來源于江蘇省腫瘤醫(yī)院的肺腺癌患者隊(duì)列。
研究結(jié)果
線粒體從血管侵犯周圍的腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移至內(nèi)皮細(xì)胞
通過對(duì)患者組織樣本的分析，研究人員發(fā)現(xiàn)血管侵犯區(qū)域的血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)線粒體含量顯著高于正常區(qū)域。這種異常積累并非源于內(nèi)皮細(xì)胞自身線粒體合成或降解的改變。通過建立直接和間接共培養(yǎng)體系，并利用熒光標(biāo)記技術(shù)，他們證實(shí)肺腺癌細(xì)胞能夠?qū)⒕�粒體轉(zhuǎn)移給內(nèi)皮細(xì)胞，且這一過程不依賴于細(xì)胞直接接觸。體內(nèi)尾靜脈注射模型進(jìn)一步顯示，在血管周圍微環(huán)境中，內(nèi)皮細(xì)胞是接收腫瘤源性線粒體的主要細(xì)胞類型。
腫瘤細(xì)胞的線粒體轉(zhuǎn)移以RNA依賴的方式促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞惡性表型
研究發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間推移，越來越多的內(nèi)皮細(xì)胞獲得了腫瘤來源的線粒體。盡管這些線粒體的攝入并未顯著改變內(nèi)皮細(xì)胞的線粒體代謝功能（如耗氧率和活性氧水平），但卻顯著增強(qiáng)了內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和血管生成能力。有趣的是，用DNase I、RNase A或熱滅活處理腫瘤細(xì)胞的條件培養(yǎng)基后，其對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞表型的促進(jìn)作用并未消失，提示起調(diào)控作用的可能不是游離核酸或外膜蛋白，而是線粒體內(nèi)部的分子。
腫瘤細(xì)胞將mt-5′tiRNA-34-GlnTTG傳遞給內(nèi)皮細(xì)胞
通過對(duì)正常內(nèi)皮細(xì)胞和與腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng)后的內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行tsRNA測(cè)序比較，研究人員發(fā)現(xiàn)線粒體來源的tsRNAs普遍上調(diào)，其中mt-5′tiRNA-34-GlnTTG上調(diào)最為顯著。通過種屬特異性檢測(cè)，證實(shí)該分子來源于腫瘤細(xì)胞。功能實(shí)驗(yàn)表明，抑制mt-5′tiRNA-34-GlnTTG可顯著削弱內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和成管能力，而過表達(dá)則產(chǎn)生相反效果。時(shí)間進(jìn)程實(shí)驗(yàn)顯示，內(nèi)皮細(xì)胞中mt-5′tiRNA-34-GlnTTG水平的升高與線粒體轉(zhuǎn)移同步發(fā)生。
與線粒體轉(zhuǎn)移相關(guān)的mt-5′tiRNA-34-GlnTTG在體內(nèi)外促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞惡性表型
從共培養(yǎng)體系上清和體內(nèi)模型分離的線粒體中，以及從這些模型中分選出的內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)，均檢測(cè)到高水平的mt-5′tiRNA-34-GlnTTG。一系列體外功能學(xué)實(shí)驗(yàn)（3D球體形成、EdU、傷口愈合、Transwell、成管實(shí)驗(yàn)）和體內(nèi)尾靜脈轉(zhuǎn)移模型均證實(shí)，mt-5′tiRNA-34-GlnTTG過表達(dá)能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的惡性表型和肺轉(zhuǎn)移，而抑制其表達(dá)則產(chǎn)生抑制作用。
mt-5′tiRNA-34-GlnTTG促進(jìn)FUBP3核轉(zhuǎn)位以增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞核糖體生成和全局翻譯
RNA pull-down結(jié)合質(zhì)譜分析及后續(xù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，mt-5′tiRNA-34-GlnTTG與核仁蛋白FUBP3直接結(jié)合。分子對(duì)接和突變實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)UBP3蛋白的第247位苯丙氨酸（F247）是該相互作用的關(guān)鍵位點(diǎn)。mt-5′tiRNA-34-GlnTTG過表達(dá)促進(jìn)了FUBP3在細(xì)胞核內(nèi)的聚集。由于FUBP3參與核糖體生物合成和rRNA加工，研究人員發(fā)現(xiàn)mt-5′tiRNA-34-GlnTTG過表達(dá)能提升內(nèi)皮細(xì)胞的全局翻譯速率、核糖體組裝效率及rRNA加工水平。當(dāng)敲低FUBP3或使用無法結(jié)合mt-5′tiRNA-34-GlnTTG的FUBP3突變體時(shí)，mt-5′tiRNA-34-GlnTTG的這些促翻譯作用被完全阻斷。
mt-5′tiRNA-34-GlnTTG的促癌功能依賴于其結(jié)合伙伴FUBP3
在FUBP3被敲除的內(nèi)皮細(xì)胞中，改變mt-5′tiRNA-34-GlnTTG的水平不再影響其增殖、遷移和成管能力。同樣，在內(nèi)皮細(xì)胞中回補(bǔ)無法結(jié)合mt-5′tiRNA-34-GlnTTG的FUBP3突變體（F247Y或M248D）后，mt-5′tiRNA-34-GlnTTG也失去了調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞表型的能力。這證明mt-5′tiRNA-34-GlnTTG必須通過與有功能的FUBP3蛋白結(jié)合才能發(fā)揮其促癌效應(yīng)。
mt-5′tiRNA-34-GlnTTG在肺腺癌中的治療和診斷意義
研究團(tuán)隊(duì)將mt-5′tiRNA-34-GlnTTG抑制劑封裝于脂質(zhì)納米顆粒中，并在小鼠尾靜脈肺轉(zhuǎn)移模型和原位肺注射模型中進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示，接受LNP（脂質(zhì)納米顆粒）抑制劑治療的小鼠，其肺轉(zhuǎn)移灶顯著減少，生存期明顯延長(zhǎng)。此外，對(duì)肺腺癌患者血漿的分析發(fā)現(xiàn)，存在血管侵犯的患者血漿中mt-5′tiRNA-34-GlnTTG水平顯著高于無血管侵犯者，其水平可用于有效預(yù)測(cè)血管侵犯的存在，顯示出良好的診斷潛力。
研究結(jié)論與意義
本研究首次系統(tǒng)闡明了線粒體tsRNA在介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞-內(nèi)皮細(xì)胞通訊及促進(jìn)肺腺癌血管侵犯中的關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，肺腺癌細(xì)胞通過線粒體轉(zhuǎn)移，將攜帶的mt-5′tiRNA-34-GlnTTG“遞送”給血管內(nèi)皮細(xì)胞。在內(nèi)皮細(xì)胞中，該tsRNA與FUBP3蛋白結(jié)合，促進(jìn)其入核，進(jìn)而增強(qiáng)核糖體組裝效率和蛋白質(zhì)翻譯全局速率，最終驅(qū)動(dòng)內(nèi)皮細(xì)胞獲得促轉(zhuǎn)移的惡性表型。這項(xiàng)工作不僅揭示了肺腺癌血管侵犯與轉(zhuǎn)移的一條新穎分子通路——“線粒體轉(zhuǎn)移-mt-5′tiRNA-34-GlnTTG-FUBP3-核糖體組裝/翻譯激活”軸，還為理解tsRNA如何在體液中穩(wěn)定存在及發(fā)揮功能提供了新的視角（即線粒體可作為其載體）。
更重要的是，該研究具有明確的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)價(jià)值。基于上述機(jī)制，研究人員開發(fā)了靶向mt-5′tiRNA-34-GlnTTG的脂質(zhì)納米顆粒抑制劑，并在臨床前動(dòng)物模型中證實(shí)了其有效抑制肺轉(zhuǎn)移的潛力。同時(shí)，血漿中mt-5′tiRNA-34-GlnTTG水平的升高可作為預(yù)測(cè)肺腺癌血管侵犯的無創(chuàng)生物標(biāo)志物。因此，這項(xiàng)發(fā)表于《Cancer Letters》的研究，為干預(yù)肺腺癌的侵襲轉(zhuǎn)移提供了新的潛在治療靶點(diǎn)和診斷工具，為改善肺腺癌患者預(yù)后帶來了新的希望。
