四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室表观遗传学研究室韩俊宏团队于2024年11月18日在JCI Insight在线发表题为“PCYT2 inhibits epithelial-to-mesenchymal transition in colorectal cancer by elevating YAP1 phosphorylation”的研究论文（点击二维码阅读原文）。阐明了磷脂酰乙醇胺合成关键限速酶PCYT2调控结直肠癌转移的分子机制，为研究肿瘤细胞代谢和细胞转移之间的相关性提供新的见解，并表明PCYT2是具有潜力的抑制结直肠癌转移的有效治疗靶点。
结直肠癌是常见的胃肠道恶性肿瘤。随着人们生活方式的改变，结直肠癌的患病率和死亡率持续上升。远处转移是结直肠癌患者死亡的主要原因之一，也是结直肠癌治疗的重点和难点。上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是癌细胞转移的关键因素，为各种肿瘤细胞的侵袭和迁移奠定了基础。在肿瘤细胞内，EMT受到多条信号通路的精准调控。此外，代谢重编程是肿瘤进展和转移的共同特征。像蛋白质一样，脂质可以通过脂质-蛋白质相互作用传递信号。研究表明，磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamine，PE）在某些肿瘤中表达异常，并且在细胞信号传导中扮演重要角色。尽管最近的研究表明，PE合成关键限速酶磷酸乙醇胺胞基转移酶2（phosphoethanolamine cytotransferase 2，PCYT2）参与肿瘤细胞谷氨酰胺饥饿和化疗耐药调节，但PCYT2对肿瘤转移的影响尚不明确，其在癌细胞转移过程中的分子机制仍不清楚。
本研究首先采用公共数据库和收集的临床样本分析结直肠癌组织和正常结直肠组织中PCYT2表达差异及其与预后的相关性，发现PCYT2在癌组织中表达量显著降低，结直肠癌肝转移患者的转移灶中PCYT2表达量比原发灶更低，并且高表达PCYT2患者的预后较好。同时，本研究也发现过表达PCYT2可以显著抑制结直肠癌细胞的迁移和侵袭，而敲低PCYT2则显著增强了结直肠癌细胞的迁移和侵袭能力。此外，结直肠癌小鼠原位和肺转移模型揭示了过表达PCYT2同样能有效地阻止结直肠癌细胞在小鼠体内肝脏、肺部等各器官的转移。
为了探索PCYT2催化合成的PE在结直肠癌转移过程中发挥功能的分子机制，本研究通过RNA-seq分析鉴定了敲低PCYT2后差异表达基因富集的信号通路，发现敲低PCYT2后Hippo信号通路下游基因表达显著改变。进一步检测Hippo通路核心因子变化则显示PCYT2主要通过增加YAP1的磷酸化水平，使更多的磷酸化YAP1经过泛素蛋白酶体途径降解，导致YAP1总蛋白表达下调，引起YAP1细胞核分布的减少。本研究更进一步通过染色质免疫共沉淀（ChIP）实验验证发现过表达PCYT2后YAP1富集EMT间质标志物Snail2和ZEB1关键转录因子启动子片段显著降低，敲低PCYT2时结果则正好相反。最后，本研究还通过同时过表达PCYT2和YAP1的回复实验结果，进一步支持PCYT2通过YAP1调节结直肠癌转移（图1）。这些结果表明PCYT2通过增加YAP1磷酸化导致YAP1的细胞核分布减少会降低EMT间质标志物Snail2和ZEB1的转录水平，抑制EMT过程，最终阻碍结直肠癌细胞的转移。
图1 示 PCYT2提高YAP1的磷酸化水平，减少YAP1的细胞核分布。A、B：敲低PCYT2后，上调和下调基因的表达热图（A）和火山图（B）；C：敲低PCYT2后，上调和下调基因的显著性差异通路富集分析结果；D～G：敲低或过表达PCYT2后，结直肠癌细胞中YAP1和p-YAP1在细胞质和细胞核中的分布变化；H、I：阻断溶酶体降解通路后，YAP1的蛋白水平变化；J：YAP1在CTGF、ZEB1和Snail2启动子上的富集情况；K、L：共表达PCYT2和YAP1回复上皮-间质标志物表达和细胞迁移能力；M：检测PCYT2敲低的HCT116细胞中回补全长PCYT2及其缺失胞苷转移酶活性的PCYT2对YAP1、p-YAP1和Snail2蛋白表达的恢复能力
脂质可以在各种生理过程中发挥信号传导的作用，其功能主要来源于脂质与蛋白质的相互作用，推测PCYT2的调控可能影响PE的合成，进而改变PE与特定蛋白质的结合，引起结直肠癌细胞通路信号传递的改变，最终导致细胞表型的变化。PE结合蛋白1（PE binding protein 1，PEBP1）是已报道的PE的结合蛋白，PE与PEBP1结合后能够调节多种激酶信号通路，其中一些与细胞迁移相关，如NF-κB信号通路、细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）通路等。本研究进一步发现，PEBP1也可以影响YAP1的磷酸化水平并抑制结直肠癌转移。同时，PCYT2是通过PEBP1来提高YAP1磷酸化水平，且PCYT2-PEBP1轴对结直肠癌细胞转移的调控依赖于PCYT2的胞苷转移酶活性。
本研究通过质谱分析鉴定了PEBP1相互作用蛋白PPP2R1A（蛋白磷酸酶亚基），并发现PPP2R1A和PEBP1存在直接互作，PPP2R1A和YAP1也存在直接互作，然而，PEBP1和YAP1不存在直接互作。更重要的是，PEBP1与YAP1在与PPP2R1A结合时呈竞争性关系。进一步的研究结果显示，当PCYT2敲低时，YAP1与PPP2R1A的结合显著增强，而PPP2R1A和PEBP1的结合则明显减弱。相反，当PCYT2增加时，YAP1与PPP2R1A的结合减弱，而PPP2R1A和PEBP1的结合则显著增强。结果表明PCYT2通过控制PE的合成，影响PE与PEBP1的结合，进而增强了PE-PEBP1与PPP2R1A的相互作用，最终减少PPP2R1A和YAP1的结合（图2）。此外，PPP2R1A能够促进YAP1的去磷酸化，增加YAP1在细胞核中的分布，并促进结直肠癌细胞的转移。
图2 示PEBP1和YAP1竞争性地与PPP2R1A互作。A～C：PEBP1、YAP1和PPP2R1A在结直肠癌细胞中的相互作用；D、E：YAP1、PPP2R1A与GFP-PEBP1在结直肠癌细胞中的共定位；F、H：GST pull-down验证PEBP1、YAP1和PPP2R1A的相互作用；I：GST pull-down实验分析PEBP1与PPP2R1A、PPP2R1A与YAP1体外相互作用强度关系；J、K：敲低和过表达PCYT2后， PPP2R1A、YAP1和PEBP1的相互作用强度变
综上所述，本研究结果表明，PCYT2在结直肠癌组织和正常肠上皮组织中的表达存在差异。正常肠上皮细胞中，PCYT2的表达水平相对较高，从而促进了PE水平的升高，进而增强了PEBP1和PPP2RlA之间的相互作用，同时减弱了PPP2R1A与YAP1的结合。因此，YAP1的去磷酸化程度降低，使其滞留在细胞质中，并最终通过泛素-蛋白酶体途径被降解。此外，细胞核内YAP1调控的关键EMT转录因子Snail2和ZEB1的转录被抑制，进而阻止了细胞EMT进程。相反，在结直肠癌细胞中，PCYT2表达下调导致在内质网中由PCYT2催化产生的PE水平下降。PE的减少影响了PE与PEBP1的结合，进而抑制了PEBP1与PPP2R1A的互作，增强了YAP1与PPP2R1A之间的相互作用。最终，YAP1去磷酸化程度增加，促进YAP1转移至细胞核，并上调EMT标志物ZEB1和Snail2的转录，从而促进结直肠癌细胞的转移（图3）。
图3 示PCYT2调控PEBP1、YAP1和PPP2R1A三者的相互作用从而抑制结直肠癌细胞转移
专家点评
薛志宏教授：自从Warburg效应等理论提出癌症是一种代谢异常疾病以来，很多学者的研究集中于探索能够促进或者抑制正常细胞向恶性肿瘤细胞转化的特定生化代谢途径，因而可针对这些途径关键代谢酶或其中的关键代谢物进行干预，以及设计药物靶点，以期对肿瘤的发生发展进行控制或逆转。随着脂质组学技术的发展，脂质代谢在肿瘤发生发展过程中的重要性逐渐被揭露。而脂代谢是在不同层面多种器官组织中的复杂过程，需要多种基因和代谢酶的共同作用而达到动态平衡。以脂代谢相关基因与酶为潜在抗肿瘤治疗靶点的研究有望为肿瘤的防治开辟新的思路。
磷脂酰乙醇胺（PE）是哺乳动物细胞细胞膜中第二丰富的磷脂，调控着细胞的多个重要生理过程。它不仅参与细胞凋亡和铁死亡的调控，还在自噬的启动过程中发挥关键作用；同时，PE还可作为第二信使、蛋白伴侣和膜结合蛋白募集的受体。PE与多种人类疾病密切相关，特别是在癌症、帕金森病和阿尔茨海默病的脂质诱导应激反应中扮演了重要角色。然而，关于PE在肿瘤发生发展中的具体功能仍知之甚少，亟需进一步研究以揭示其在肿瘤细胞的生理过程中的作用机制。该研究以PE合成关键限速酶PCYT2为关键研究分子，探讨其在结直肠癌转移中的分子机制：PCYT2增加了PEBP1和YAP1磷酸酶亚基PPP2R1A之间的相互作用，进而破坏了PPP2R1A-YAP1的结合，导致磷酸化YAP1水平上升，使YAP1滞留在细胞质中并通过泛素-蛋白酶体途径降解，细胞核中YAP1的分布减少，从而抑制了ZEB1和Snail2的转录，最终阻碍结直肠癌上皮间质转化（EMT）进程。这一发现为理解肿瘤细胞磷脂代谢重编程提供了新的视角，并为新的抗癌靶点药物挖掘和开发奠定了理论基础。
薛志宏，教授，博士研究生导师，四川大学生物治疗全国重点实验室/华西第二医院研究员，入选国家高层次青年人才计划。主持“干细胞与转化”国家重点专项项目、国家自然科学基金委面上项目等，同时担任中国生物物理学会代谢生物学分会青年理事、四川省细胞生物学会理事、四川省国际医学交流促进会青年委员等。主要研究干细胞及拟器官命运决定过程的关键调控机制，结合干细胞分化和心脏拟器官模型重点关注RNA含非编码RNA及表观遗传调控等在发育和疾病中的重要作用，并建立相关的疾病模型。同时，开发针对基因表达的高分辨率多组学、单细胞检测技术和精准操控技术。研究成果发表在Nature、Molecular Cell 等高质量期刊。
作者心得
本研究发表于医学领域经典期刊JCI Insight，该刊专注于发表生物医学研究方面的文章，它涵盖的主题包括但不限于基础医学、临床研究、转化医学、流行病学等。在论文投稿过程中，审稿专家提出了许多建设性意见，我们针对审稿意见仔细地修改了文稿，文章的可读性也得以大幅提升，并最终被成功接受发表。我们的心得有以下几点：一是确保研究主题符合期刊的范围和读者群体；二是期刊通常有详细的投稿指南，包括格式要求、文献引用规范以及其他技术性要求，严格遵守这些指南可以避免不必要的退稿；三是在撰写和提交稿件前，建议进行内部同行评审或寻求同行意见，以改进研究的深度和准确性；四是期刊对实验设计的合理性、数据的透明度和解释的准确性特别重视，必须确保研究方法的清晰描述，结果数据能充分支持研究结论；五是审稿人可能提出修改建议或质疑研究方法或结论，要以开放积极的心态对待审稿人的反馈，并认真准备回复或修改稿件；六是投稿到高质量期刊通常是一个漫长的过程，要有耐心，不要因为一次或多次的拒稿而灰心，应继续改进和寻求提升稿件质量。总之，理解期刊的特点和要求，认真准备和细致执行投稿过程中的每个步骤，是成功发表研究成果的关键。
四川大学生物治疗全国重点实验室博士研究生周练和张苏为该论文共同第一作者，韩俊宏教授为通信作者。本研究获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、四川省自然科学基金项目和四川大学华西医院1.3.5项目的资助。
通信作者
韩俊宏，四川大学二级教授，博士研究生导师，“教育部重要人才计划”特聘教授，华西医院生物治疗全国重点实验室表观遗传学研究室主任，四川省特聘专家，四川省专家评议委员会成员。任中国细胞生物学会染色质分会理事，中国遗传学会表观遗传学分会理事，四川省细胞生物学学会副理事长，四川省生物化学与分子生物学学会理事。长期从事DNA复制及基因组稳定性维持的分子机制、肿瘤耐药及肿瘤演进的表观遗传学调控研究，在Science、Cell、Nature、Science Advances、Genes & Development、PNAS、Signal Transduction and Targeted Therapy、Nucleic Acids Research、Journal of Clinical Investigation、Journal of Biological Chemistry 等主流学术期刊发表论文60余篇，主编/主译英文专著2部，参编专著1部。
第一作者
周练，四川大学生物治疗全国重点实验室表观遗传学博士研究生，主要研究方向是肿瘤细胞生物学，旨在解析结直肠癌耐药和转移作用分子机制。以第一或共同第一作者在JCI Insight、MedComm等期刊发表5篇论文。
共同第一作者
张苏，四川大学生物治疗全国重点实验室博士研究生。主要研究方向为利用多组学测序探究肿瘤转移的分子机制，寻找潜在的治疗靶标。目前以第一/共一作者身份在JCI Insight、Cancer letters、MedComm等期刊发表SCI论文5篇。
团队简介
韩俊宏教授团队长期致力于以临床为导向的基因组稳定性维持、肿瘤耐药及转移的机制研究，主要围绕腹部肿瘤进行攻关，成功建立了关键核心技术体系如基于类器官的药物筛选平台、表观遗传学调控研究平台（包括iPOND、Cut-tag、ChIP-seq、ATAC-seq等）、腹部肿瘤的动物模型等。打造的科研团队涵盖临床专家、青年研究人员、博士后及博硕士研究生，团队共发表60余篇高水平论文，包括Science、Cell、Nature、Science Advances、Genes & Development、Signal Transduction and Targeted Therapy、Nucleic Acids Research、Journal of Clinical Investigation、Journal of Biological Chemistry等；获授权专利2项。培养的多名青年人才已成功获得国家自然科学基金青年项目（4项）及国家博士后创新计划（1项）资助，真诚欢迎致力于转化医学研究的青年才俊加盟团队。
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编辑：李缨来
排版：陈红梅
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华西期刊社简介
四川大学华西医院华西期刊社成立于2006年，出版有14种医学科技期刊（9种中文和5种英文），其中SCI收录期刊2种，ESCI收录期刊2种，EI收录期刊1种、MEDLINE收录期刊4种、CSCD收录期刊7种、北大中文核心期刊要目总览收录期刊5种。华西期刊屡获“中国出版政府奖期刊奖”、“中国百种杰出学术期刊”、“中国精品科技期刊”、“中国最具国际影响力学术期刊”等殊荣。1种期刊入选“中国科技期刊卓越行动计划——领军期刊”项目，2种期刊入选“中国科技期刊国际影响力提升计划——D类（现：中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊）”项目。在国家双一流建设背景下华西期刊社加快推进英文期刊建设，目前已与Nature、Wiley-Blackwell、Oxford University Press、BMC等国际一流出版集团建立了合作关系。
