研究背景

神经浸润 (Perineural invasion，PNI) 是引起结直肠癌复发、转移的重要原因。PNI 的严重程度与结直肠癌的生存期缩短有关，是影响结直肠癌预后的重要因素。ASCO 指南指出，PNI 是结直肠癌 II 期辅助化疗的高危因素，然而二期肠癌患者中化疗对 PNI 患者获益并不明显。因此临床上针对结直肠癌 PNI 患者，并无直接的治疗手段。并且，目前结直肠癌 PNI 的发生机制尚不明确，因此亟需研究 PNI 的发生机制以为临床治疗提供靶点。

CD51，也称为整合素 αv，是整合素家族的一员。我们先前的研究表明，CD51 是结直肠癌干细胞的功能标志物，此外，已有研究显示具有PNI 的结直肠癌患者 CD51 表达升高。然而，结直肠癌中 CD51 与 PNI 之间的直接关系及其分子机制尚未得到充分研究。

来自中山大学附属第六医院何晓生教授团队在 Cancers 期刊发表了文章，寻找到调控结直肠癌神经浸润的关键分子 CD51, 揭示了 CD51 被 γ- 分泌酶切割的过程，建立了神经浸润、CD51 与 γ- 分泌酶之间的关联，为临床治疗结直肠癌神经浸润提供了靶点。

研究过程及结果

CD51 在具有 PNI 的结直肠癌中表达升高

使用 GEO 公共数据库 (GSE103479) 的数据，PNI 患者和非 PNI 患者的病理切片和冰冻组织进行对比，验证了 CD51 在具有 PNI 的结直肠癌中表达升高。同时发现 PNI 合并高表达的 CD51 影响预后。

图 1. CD51 在 PNI 患者中表达上调且与较差的预后相关。(A-D) PNI 和非 PNI 患者中 CD51 表达分析；(E) 基于患者 PNI 状态和 CD51 表达的 Kaplan-Meier 生存分析。

CD51 促进结直肠癌神经浸润

与施旺细胞共培养后，肿瘤细胞的迁移能力和运动速度明显增强。但是在肿瘤细胞中敲低 CD51 抑制了施旺细胞所起到的促进迁移、提高运动速度的作用。在小鼠模型中，敲低 CD51 显著抑制了肿瘤的 PNI。

图 2. CD51 在体外和体内影响结直肠癌的 PNI。(A-B) 肿瘤细胞迁移模型和代表图像；(C-D) 肿瘤细胞运动速度模型和代表图像；(E-H) PNI 的小鼠体内模型和代表图像。

CD51 可以被 γ- 分泌酶切割产生胞内段

通过免疫荧光和核浆分离试验，研究者发现 CD51 作为膜蛋白可以产生胞内段，并在细胞核中表达。通过序列比对，发现了 CD51 可能的 γ- 分泌酶切割位点。通过加入 γ- 分泌酶抑制剂，CD51 胞内段产生及入核减少，证明了 CD51 可以被 γ- 分泌酶切割产生胞内段。

图 3. CD51 可以被 γ- 分泌酶切割产生胞内段。(A-B) CD51 在细胞中的定位；(C) CD51 与 γ- 分泌酶底物的序列比对；(D-F) γ- 分泌酶抑制剂对 CD51 的影响。

CD51 胞内段促进结直肠癌的PNI

分别构建了 CD51 胞内段，胞外段和全长过表达细胞系后，与施旺细胞共培养，过表达胞内段的细胞的 PNI 明显增强，证实 CD51 胞内段提高了肿瘤细胞的嗜神经性。而 CD51 胞外段在 PNI 中不起作用。动物实验同样证实 CD51 胞内段促进 PNI。

图 4. CD51 胞内段促进结直肠癌的 PNI。(A) CD51 胞内段，胞外段和全长过表达细胞系的构建；(B-C) CD51 胞内段，胞外段和全长过表达细胞的体外 PNI 对比；(D-F) CD51 胞内段，胞外段和全长过表达细胞的体内 PNI 对比。

CD51 胞内段作为 NR4A3 的共激活因子促进 PNI

通过对 CD51 胞内段进行 Co-IP，找到其结合的转录因子 NR4A3，并通过双荧光素酶实验证明 CD51 胞内段调节 NR4A3 的转录活性。然后通过 ChIP-seq，发现 NR4A3 可以结合已被证明促进 PNI 的基因的启动子。鉴于 NR4A3 可以通过招募共激活因子或共抑制因子来正向或负向调节下游基因表达，通过 qPCR 实验和细胞功能实验，证明 CD51 胞内段与 NR4A3 的相互作用可以逆转 NR4A3 的转录抑制功能并促进 PNI。

图 5. CD51 胞内段作为 NR4A3 的共激活因子促进 PNI。(A-C) CD51-ICD 可以结合 NR4A3 并调节其转录活性；(D-E) NR4A3 可以结合 PNI 相关基因的启动子；(F-I) CD51 胞内段与 NR4A3 的相互作用逆转 NR4A3 的转录抑制并促进 PNI。

抑制 CD51 的 γ- 切割可以抑制 PNI

为了进一步评估此研究的临床应用，通过在肿瘤细胞培养基和小鼠饲料中加入 γ- 分泌酶抑制剂，可以在抑制由过表达 CD51 所促进的 PNI。

图 6. 抑制 CD51 的 γ- 切割可以抑制 PNI。(A-B) 加入 γ- 分泌酶抑制剂后的体外PNI情况；(C-E) 加入 γ- 分泌酶抑制剂后的体内 PNI 情况。

研究结论

该研究提供了 CD51 促进 PNI 的证据，γ- 分泌酶在产生 CD51 胞内段的过程中起着重要作用，而 CD51 胞内段可以进一步与转录因子 NR4A3 相互作用以激活下游信号转导。更重要的是，该研究提供了一种针对 PNI 的治疗策略，即靶向 γ- 分泌酶可能应用于结直肠癌 PNI 的临床治疗。

原文出自Cancers期刊

Huang, T.; Lin, Y.; Chen, J.; Hu, J.; Chen, H.; Zhang, Y.; Zhang, B.; He, X. CD51 Intracellular Domain Promotes Cancer Cell Neurotropism through Interacting with Transcription Factor NR4A3 in Colorectal Cancer. Cancers 2023, 15, 2623. DOI: 10.3390/cancers15092623

期刊主题涵盖癌症治疗和免疫疗法、癌症生物标志物、流行病学和预防、肿瘤微环境、癌症病因和筛查、诊断和护理、癌症分子生物学等肿瘤学领域各个方面。目前，期刊已被SCIE、Scopus等重要数据库收录。

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