广州医科大学储文明教授团队揭示GNAI1和GNAI3在结肠炎诱发癌变过程中的作用

本文编译自Gastroenterology

2019年3月2日，来自广州医科大学/夏威夷大学的储文明教授在国际著名期刊Gastroenterology上发表题目为“GNAI1 and GNAI3 Reduce Colitis-Associated Tumorigenesis in Mice by Blocking IL6 Signaling and Downregulating Expression of GNAI2”的重磅研究论文。该文章报道了在结肠炎诱发的结肠癌变过程中，G蛋白α亚基家族成员（GNAI1和GNAI3）通过调控IL-6相关信号通路以及GNAI2的表达，抑制癌变的作用。促进GNAI1/3表达或抑制GNAI2以及IL-6信号通路将会为结肠炎诱发的结肠癌患者提供潜在的治疗策略。该研究将为后续结肠癌靶向治疗药物的研发提供基础。

研究背景

细胞因子IL-6和TNF-α在结肠炎诱发结肠癌变的过程中起促进作用，研究人员试图探究G蛋白α亚基家族成员（GNAI1、GNAI2和GNAI3）与IL-6和TNF-α相关信号通路的关系以及其在结肠炎诱发癌变过程中的作用。

研究方法

研究人员使用葡聚糖硫酸钠(DSS)来诱导B6/129野生型小鼠、Gnai1;2;3基因敲除小鼠，以及CD11c+阳性细胞中Gnai2基因条件性敲除的小鼠发生结肠炎，继而使用氧化偶氮甲烷（AOM）诱导小鼠结肠发生癌变。收集小鼠大便，通过PCR鉴定大便中的肠道微生物组成。从小鼠脾脏和结肠组织中分离并使用流式细胞术检测树突状细胞（DCs）和髓源性抑制细胞（MDSCs），使用免疫印迹来评估结肠癌组织，MDSCs和小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）中GNAI1, GNAI2, and GNAI3的表达，使用免疫共沉淀评估GNAI1/3与IL-6通路中的蛋白间的相互作用。使用PrimeFlow技术评估结肠固有层中CD11c+细胞GNAI2 mRNA的表达水平，使用流式细胞术评估DCs细胞中IL-6的表达，使用ELISA检测小鼠血浆中细胞因子的含量。在临床上收集了118对结肠肿瘤和癌旁组织以评估本研究的临床应用价值。

结果

GNAI1和GNAI3双基因敲除小鼠 (DKO小鼠)相比于B6的对照老鼠，在造模后出现了更为严重的结肠炎症状和数量更多的结肠癌病灶。DKO鼠的结肠癌变与大便中肠道微生物的改变无显著相关性， 但与NF-κB 信号通路的激活，GNAI2、NOS2、IL6的高表达，CD4+ DCs和MDSCs数量的增加以及CD8+ DCs数量的减少相关。在DKO小鼠中，IL-6主要由CD4+/CD11b+细胞而不是CD8+的DCs产生。对DKO小鼠进行IL-6抗体治疗可以减少MDSCs的数量并抑制结肠癌病灶发生的数量。IL-6干预可通过JAK2-TRAF6-TAK1-CHUK/IKKB激活MDSCs或MEFs细胞中NF-κB信号通路，也可通过JAK2活化STAT3. 这些通路的激活直接导致了GNAI2、IL6ST、NOS2的表达增高以及MDSCs的数量增多。通过体内体外实验，研究人员证实，敲低GNAI1/3基因可进一步增强GNAI2、IL6ST、NOS2的高表达以及MDSCs数量的增多。在DKO鼠中条件性敲除CD11c+细胞中Gnai2的表达可抑制NF-κB和STAT3的激活以及DCs 和MDSCs的数量。在结肠炎诱发的结肠癌组织中，GNAI1 and GNAI3的表达下降而GNAI2的表达上升（与癌旁组织相比）。通过生物信息学分析(芯片GSE39582)，研究人员发现结肠癌组织中低表达Gani1和Gnai3的结肠癌患者以及高表达Gnai2的患者预后较差。

结论

GNAI1/3可在小鼠体内抑制由DSS+AOM诱发的结肠癌, 而CD11c+细胞所表达的GNAI2以及 CD4+/CD11b+ DCs细胞表达的IL-6促进DSS+AOM诱发的结肠癌发展。促进GNAI1/3表达或抑制GNAI2以及IL-6信号通路可能成为结肠炎诱发的结肠癌的潜在治疗策略。

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