肠道微生物厚壁菌促进结直肠细胞癌变的分子机制研究

Colorectal cancer is one of the most fatal cancers and gut microbiotas play an important role in the colorectal carcinogenesis. We previously found that miR-148a loss activated NF-kappa B and STAT3 signals to promote colorectal tumorigenesis; miR-148a targets LASS5 and its deubiquitinating enzyme USP32 to inhibit ceramide synthesis; miR-148a deletion alters mouse intestinal microbial composition (increased Firmicutes) to affect colorectal carcinogenesis; Firmicutes can promote colorectal cancer cell growth dependent on TLR4-SOAT1 signal and spontaneous colon cancer growth. This project will further study the role and mechanism of miR-148a deletion in promoting ceramide synthesis and increased Firmicutes and Firmicutes promoting colorectal carcinogenesis. This will reveal the molecular mechanism of miR-148a deletion increasing Firmicutes and Firmicutes promoting colorectal carcinogenesis, which is helpful to elucidate the pathological mechanism of colorectal cancer, and is of great significance for the prevention and treatment of these diseases.

结直肠癌是死亡率最高的癌症之一，肠道微生物在结直肠细胞癌变中发挥了重要作用。我们前期发现miR-148a缺失激活NF-кB和STAT3信号而促进结直肠细胞癌变；miR-148a靶向神经酰胺合成酶LASS5和它的去泛素化酶USP32；miR-148a缺失改变小鼠肠道微生物组成和显著增加厚壁菌而影响结直肠细胞癌变；厚壁菌促进结直肠癌细胞生长并依赖于TLR4-SOAT1信号和自发性肠癌的形成。本项目将进一步研究miR-148a缺失促进神经酰胺合成怎样增加厚壁菌和厚壁菌在结直肠细胞癌变中的作用及其分子机制，并行防治研究。这将揭示miR-148a缺失增加厚壁菌和厚壁菌促进结直肠细胞癌变的分子机制，有利于阐明结直肠癌的病理机制，且对防治这类疾病具有重要的意义。

结直肠癌（CRC）的发病率和死亡率在癌症中高居前三，严重威胁人类健康。目前的证据表明，多种因素在结直肠癌发生发展中起作用，包括癌基因激活、抑癌基因失活、非编码RNA表达改变、表观遗传修饰改变、代谢异常、不良饮食习惯、肠道微菌群改变以及炎症等。目前治疗结直肠癌的主要方法是手术切除、放疗和化疗，但其治疗效果较差，不能显著改善患者的预后，且术后严重影响患者的生活质量。因此研究清楚结直肠癌的发病机理，并为其临床治疗提供新的分子靶标具有重要的理论意义和临床应用价值。经过本项目的研究，我们在肠癌和肿瘤代谢研究中取得了较好的研究结果，并在相关领域的国际著名杂志发表了多篇高水平文章。发现敲除miR-148a可以诱导肠道微生物发生紊乱通过增加Ceramide的合成，紊乱的肠道微生物激活TLR4信号通路进而上调β-Catenin的转录活性。而β-Catenin直接结合到SOAT1的启动子上并促进其高表达，从而诱导胆固醇酯合成和肠癌发生。SOAT1抑制剂（Avasimibe）对AOM/DSS诱导和ApcMin/+小鼠自发性肠癌具有良好的治疗作用。同时我们通过大量的细胞分子生物学实验和动物学实验研究发现长非编码RNA LINC00265增加ZMIZ2表达，后者招募USP7去泛素化和稳定β-Catenin，揭示了在结直肠癌发生过程中细胞核内β-Catenin蛋白稳定性的调控机制。阐明了稳定的细胞核内β-Catenin转录激活磷酸酶PGAM5和苹果酸酶 ME1, PGAM5介导ME1 S336去磷酸化和ACAT1介导K337乙酰化强烈影响ME1多聚化、酶活性、NADPH产生和脂肪酸合成及结直肠癌的易感性。其为β-Catenin异常激活的结直肠癌治疗提供了新的理论基础和治疗靶标。接下来的实验结果发现ERK2磷酸化ME1在T103位点，从而抑制ME1的泛素化和蛋白酶体降解通过增强其与去泛素化酶USP19的相互作用。同时，ROS通过增强转录因子NRF2的转录活性从而促进PD-L1的转录和mRNA水平上调。联合使用ERK2抑制剂和抗PD-L1抗体可以显著抑制自发性和化学药物诱导的肠癌。本项目系统阐明了在肠癌发生过程中关键致癌因子β-Catenin、非编码RNA、肠道微生物和脂质代谢之间的复杂调控关系，进一步明确了肠癌发生的分子机制，其可为相关肿瘤的治疗提供新的理论基础和治疗靶标。